汽車金屬緊固件設計選（xuǎn）用指導

今天為大家介紹：汽車金屬緊固（gù）件的結構和（hé）功能、法規（guī）要求、選用原則和設計（jì）規範，

為老鐵們提供一個指（zhǐ）導原則，希望大家（jiā）在後續的工作中能（néng）起到一定（dìng）的參考作用。

01

緊固件介紹

1. 係統定義

用於連接、固定各（gè）功（gōng）能件的零件（jiàn）稱為（wéi）緊固件，因其標準化（huà）、係列化、通用化程度極高，有對應的（de）國家標準或行業標準作為支撐，因此也有（yǒu）人將其稱為標準緊固件或標準件。

2. 結（jié）構種類

緊固件品種繁多，對應各（gè）類不同的標準，包括產（chǎn）品標（biāo）準，公差標準、性能標準、表麵處理、標記方法以及（jí）驗收檢查、包裝等等，分別體現（xiàn）在多個國（guó）家（jiā）或行業標準中（zhōng）。

汽車常（cháng）用緊固件，包括螺栓/螺釘、螺母、自攻螺（luó）釘、墊圈、塑料螺母及卡扣（kòu）等，據統計，一輛輕型車平均用緊固件約500種規格，4000件左右，其中，高強度緊固件占1/3左右，一輛汽車緊固件的費用約占（zhàn）整車成本的2.5%-3.0%。

3. 功能介紹

螺栓/螺釘/雙頭螺柱與螺（luó）母/螺（luó）紋孔配合的（de）型式，主要用於承受較大載荷的高強（qiáng）度連接副，具有結構簡單，穩定（dìng）的特（tè）點。

自攻螺釘與預製孔配合（hé）型式一般用於將重量較（jiào）輕的物體，如內飾，小型電器類零件（jiàn）固定（dìng）在金屬薄板上。

卡扣（kòu）管夾（jiá）類塑料緊固件一般用（yòng）於（yú）將線束等小直徑管路固（gù）定嵌入鈑金類。

卡箍環箍多用於低壓液壓係統（tǒng）或氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新（xīn）技術發展趨勢

隨著新能源車型的（de）崛起，全鋁製車身的應用逐（zhú）漸廣泛（fàn），傳統的焊接螺栓，螺母不再適用該種材料。

熱熔自攻鉚接（FDS）、鋁點焊（RSW）、自衝鉚接（jiē）（SPR）、抽芯拉鉚等新工（gōng）藝新緊固件的重要性不斷提升，此類產品（pǐn）的技術也不（bú）斷成熟。

同時，緊固件的（de）防腐蝕性（xìng）能，也從廣泛使用的240h、480h無紅鏽進一（yī）步提（tí）高（gāo）到720h，1000h無紅鏽的水平。

汽（qì）車用緊固件，在服役過程中（zhōng）承（chéng）受各（gè）種高溫高壓、低溫、振動、腐蝕（shí）、重載、交變應力，因此，對材料的綜合性能要求很高，而國內鋼材在有害元素及夾雜物控製、冷頂（dǐng）鍛性能等（děng）方（fāng）麵與發達（dá）國家還存在較大差距。

因此，在冷鐓鋼材料的發展上將著力非調質冷鐓鋼用線材研發（fā）、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓鋼等基礎研發，進一步提升我國（guó）緊固件線（xiàn）材的整體質量水平。

02

法規要（yào）求

緊固件產品需（xū）強製符合”汽車（chē）零件（jiàn）和材料禁限用物質要求” 的要求，下表列（liè）出了緊（jǐn）固件零件在中國及歐盟等國家的（de）主要法規要（yào）求（qiú）。

03

性能要求

緊固接頭，需要滿（mǎn）足的主要性能（néng）要求如下：

1. 可靠（kào）性：緊固接頭的路試耐久，防腐性能滿足標（biāo）準要求；

2. 安全性：緊（jǐn）固接頭能滿足安（ān）全（quán）方麵的法規要求

04

製造策略

1. 除非冷鐓工藝無法實現，否則，不得采（cǎi）取機加工工（gōng）藝，螺紋部位（wèi）僅能使用軋製或輥製工藝，不得使用機加工（gōng）工藝；

2. 10.9級（jí）及以上產品，需要進行防氫脆處理；

05

設計（jì）原則

1. 緊固接頭結構設計

a. 米製螺紋（wén） 除特殊情況，如安全帶相關緊（jǐn）固件因行（háng）業慣例使用統一英製螺紋外，體係中緊固件不得使（shǐ）用非米製螺紋。各公（gōng）差等級的螺紋尺寸須滿足GB/T15756 普通（tōng）螺紋極限尺寸的要求。

b. 孔（kǒng）的合理（lǐ）設計 各類型緊固用通孔和沉孔尺寸可參考GB/T152 和GB/T5277的要求。開孔過大會引（yǐn）起預緊力衰減和螺栓斷裂問題發生（shēng）。

c. 頭部型式的選用 緊固件頭部形（xíng）狀較多，以適應不同的裝配（pèi）空（kōng）間、擰緊程度、連接外觀等要求，其頭部主要作用為承（chéng）載和扳擰。

2. 螺（luó）紋配合設計

對不同的材質，為保證能（néng）承受足夠的連接應力，需使用不同的齧合長度。下圖規定了上（shàng）述情況匹配使用時的最小齧合長（zhǎng）度要求，可做評估（gū）使用。

在不幹（gàn）涉其它（tā）零件情況下，螺栓（shuān）和螺柱與螺母相配後末端應超出螺母頂麵1-2個（gè）完整（zhěng）牙為宜，當螺栓擰入盲孔時，應確保螺栓的長度不得與盲（máng）孔產生幹涉並確保至少一倍直徑的（de）螺紋在受力區域。

3. 等級匹配性

一般情況下，螺母與螺栓、螺（luó）柱或（huò）螺釘機械（xiè）性能等級的匹配如下：

8級螺母可以與8.8級的螺栓、螺柱或螺釘（dìng）相配；

10級螺母可以與10.9級的螺栓、螺柱或螺釘相配；

12級螺（luó）母可以與12.9級的螺（luó）栓、螺柱或螺釘相配

一（yī）般說來，性能等級較高的螺母可（kě）以代替性（xìng）能等級較低的（de）螺母，如10級螺母可以代替（tì）8級螺母與8.8級螺栓、螺柱或螺釘相配。

考慮到較高的脆斷風險，避免（miǎn）選用12.9級螺栓

材料防（fáng）壓潰設計（jì）

設計緊固接頭時，還必（bì）須確保被夾緊材料所能承受的極限單位麵積壓力需要超過螺栓預緊力產生的抗壓強（qiáng）度，以避免可能發生的材料壓潰問題，引起較大的預緊力衰減。

4. 鎖緊結構的選擇

常見鎖緊（jǐn）方式主要為螺（luó）栓-鎖緊墊圈組合件、鎖緊螺（luó）母（全金屬鎖緊螺母和非金屬嵌件鎖緊螺母）、鎖固膠三種型式。

選用（yòng）時應注意：

不建議（yì）機械（xiè）性能等（děng）級為8.8級及以上的螺釘采用螺釘-鎖緊墊圈組合件；

全金屬鎖緊螺母的優點是（shì）耐溫性好，但在擰緊過程中因結構（gòu）原因會導致外螺紋塗層的破壞，容易引起鏽蝕，且鎖緊結構隨（suí）著擰（nǐng）入擰出次數的增加而降低，不（bú）適用於（yú）需要經常拆卸的連接（jiē）部位；

非金屬嵌件鎖緊螺母的優點是耐衝擊性、抗振性（xìng）、重複使用性較全金屬型好，但耐溫性較差，應避免在高溫區域使用；

常用鎖固膠為微膠囊預塗式鎖固膠和尼龍鎖固膠，前者較後者使（shǐ）用溫度高，但缺點是不能重複使用，每次拆卸後（hòu）需更換新（xīn）的緊（jǐn）固件並清理螺紋（wén）孔（kǒng）。

5. 螺母的（de）設計

螺（luó）母在設計時應確保其有足夠（gòu）的厚度來獲得保證載荷，齧合（hé）螺紋需滿足螺紋配合設計要求，8級和10級螺母，有效螺紋長度推薦（jiàn）≥1d；

結構上優先選擇六角法蘭麵螺母；

關（guān）鍵緊固接（jiē）頭，應優先（xiān）考（kǎo）慮具有鎖緊（jǐn）結構的螺母。

06

摩（mó）擦係（xì）數設計要求

摩擦（cā）係數是螺（luó）栓連（lián）接設計（jì）的前提和邊（biān）界，每（měi）個緊固件體係內都（dōu）應該有緊固件摩擦係數（shù）範圍要求要求（qiú），

不同主機廠（chǎng）有不同規定，主流的（de）有0.09-0.15,0.10-0.16, 0.12-0.18三種。

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擰緊工藝設（shè）計（jì）

常用的裝配方法（fǎ），為扭矩控製法和（hé）扭矩-角度控製法。

扭矩控製法是根據扭矩大小（xiǎo）和軸向力之間存在一定關係所製定的一種方法，該方法在擰緊時，隻對緊固扭矩M進行控製。

因具有擰緊工具簡單，可操作性強等（děng）優點（diǎn），是（shì）目前行業內最廣泛使用的擰緊方法（fǎ）。但因扭矩受摩擦（cā）係數影響較（jiào）大，擰緊後獲得的預緊（jǐn）力有較大散差，通常可達到±30%。

扭矩-角度控製法（也稱轉角法）是（shì）將（jiāng）螺（luó）栓與螺母（mǔ）的相對回轉角度作（zuò）為指標（biāo）進行初始預（yù）緊力控製的方法，可在彈性（xìng）區和塑性區使用。

相（xiàng）對扭矩法（fǎ），轉（zhuǎn）角法因通過轉角直接控（kòng）製螺栓伸長量，擰緊後能獲得較小的預緊力（lì）散差，通常在±15%左右。

如果能夠滿足設（shè）計要求，擰緊工藝應優先選擇扭矩控（kòng）製法。盡管轉角法控製精度比較高，螺（luó）栓利用率高，但是（shì）對於小產（chǎn）量（liàng）的（de）車型（xíng），轉角法設備費用太高。

08

實驗和認（rèn）證（zhèng）

1. 整車級試驗緊（jǐn）固（gù）件及緊固接頭主要需滿足（zú）整車耐久和整車耐（nài）腐蝕試驗。

2. 係統級試驗（yàn）  高強（qiáng）度緊固（gù）接（jiē）頭需要開展預緊力台架（jià）測試及擰緊工藝驗證（zhèng），在緊固接頭開發實驗室（shì）負責實施。

3. 每個公司（sī）的金屬緊固件都有《金屬緊固件檢測項目》標準，新開的零件需要試驗和認證。