汽車金屬緊固件設計（jì）選用指導

今天為大家介紹：汽（qì）車金屬緊固件的結構（gòu）和功能、法規要（yào）求、選用原則（zé）和設（shè）計規（guī）範，

為（wéi）老鐵（tiě）們提（tí）供一個指導原則，希望大家（jiā）在後續的工作中能起到一定的參考作用。

01

緊固（gù）件介紹

1. 係統定義

用於連接、固定各功能件的零件稱為緊固件，因其標準化（huà）、係列化、通用化程度極高（gāo），有對應的國家（jiā）標準或行業標準作為支撐，因此（cǐ）也有人將其稱為標準緊固件或標準件（jiàn）。

2. 結構種類

緊（jǐn）固（gù）件品種繁多，對應各類不同的標準，包括產品標準，公差標準、性能（néng）標準、表麵處（chù）理、標記方法以及驗收檢查、包裝等等，分別體現在多個國家（jiā）或行業標準中。

汽（qì）車常（cháng）用緊固件，包括（kuò）螺栓/螺釘、螺母、自（zì）攻螺釘、墊圈、塑料螺母及卡扣等，據統計，一輛（liàng）輕型車平均用緊固件約500種規格，4000件左右，其中，高強度（dù）緊固件占1/3左右，一輛汽車緊固件的費用約占整車成本（běn）的2.5%-3.0%。

3. 功（gōng）能介紹

螺栓/螺釘/雙頭螺柱與（yǔ）螺母/螺（luó）紋孔配合的型式（shì），主要用於承受較大載荷的高強度（dù）連接副，具有結構簡單，穩定的特點。

自攻螺釘與預製孔配合型式一般（bān）用於將重（chóng）量（liàng）較輕的物體，如內飾，小型電器類零件固定在金屬薄板上。

卡扣管夾類塑料緊固件一般用於將線束等（děng）小（xiǎo）直徑管路固定嵌入鈑（bǎn）金類。

卡箍環箍多用於低壓液壓係統（tǒng）或氣（qì）壓係統，冷卻管路等。

4. 新（xīn）技術發展趨勢

隨著新能源車型的崛起，全鋁製車身的應用逐漸廣泛，傳統的焊接螺栓，螺母不再適用（yòng）該種材（cái）料。

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

同（tóng）時，緊固件的防腐（fǔ）蝕性能，也從廣泛使用的240h、480h無紅鏽進一步提高到720h，1000h無紅鏽的水平。

汽車（chē）用緊固件，在服役過程中（zhōng）承受（shòu）各種高溫高壓（yā）、低溫、振動（dòng）、腐蝕、重載、交變應力，因此，對材料的綜合性（xìng）能（néng）要求很高（gāo），而國內鋼材在有害（hài）元素及夾雜（zá）物控製、冷頂（dǐng）鍛性（xìng）能等（děng）方麵與發達國家還存（cún）在較大差（chà）距。

因此（cǐ），在（zài）冷鐓鋼材料的發展（zhǎn）上將著力非（fēi）調質冷鐓鋼用線材研發、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴展、高強度螺（luó）栓鋼等基（jī）礎研發，進（jìn）一步提（tí）升我國緊固件線材的整體質量水平。

02

法規要求（qiú）

緊固件產品需強製符合”汽車零件和材料禁限用物質要求” 的要求（qiú），下表列出了緊固（gù）件（jiàn）零件在中國（guó）及（jí）歐盟等國家（jiā）的（de）主要法規要求（qiú）。

03

性能要求

緊固接頭（tóu），需要滿足的主要性能要求如（rú）下：

1. 可靠性：緊固接頭的路試耐久（jiǔ），防腐性能滿足標準要求；

2. 安全性：緊固接頭能滿（mǎn）足（zú）安全方麵的法（fǎ）規要求

04

製造策略

1. 除非冷鐓（duì）工藝無法實現，否則，不得采取機加工工藝，螺紋部（bù）位僅能使用軋（zhá）製或輥製工藝，不得使用機加工工藝；

2. 10.9級及（jí）以上（shàng）產品（pǐn），需要進行防氫脆處（chù）理；

05

設計（jì）原則

1. 緊固接頭結構設計（jì）

a. 米製螺（luó）紋 除特殊情況，如安（ān）全帶相關（guān）緊固件因行業慣例使用統（tǒng）一英製螺紋外，體係中緊固件不得使用非米製螺紋（wén）。各公差（chà）等級的螺紋（wén）尺寸須滿足GB/T15756 普通螺紋極限尺（chǐ）寸的（de）要求。

b. 孔的合理設計 各類（lèi）型緊固用通孔和沉孔尺寸可參（cān）考GB/T152 和GB/T5277的要求。開（kāi）孔過（guò）大會引起預緊力衰減和螺栓斷裂問（wèn）題（tí）發生。

c. 頭部型式（shì）的選用 緊固件（jiàn）頭部形狀較多，以適應不同的裝配（pèi）空間、擰緊程（chéng）度、連接外觀等要求，其頭部主要作用為承載和扳擰。

2. 螺紋配合設計

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

在不幹涉其它零件情況下，螺栓和（hé）螺柱與螺母相（xiàng）配後末端應超出螺母頂麵1-2個完整牙為宜（yí），當螺栓擰入盲孔時，應確保螺栓的長度不得與盲孔產生幹涉並確保至少一（yī）倍直徑的螺紋在受力區域。

3. 等級匹配性（xìng）

一般情況下，螺母與螺栓、螺柱或螺釘機械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（luó）釘相配；

10級螺母可以與10.9級的螺栓、螺（luó）柱（zhù）或螺釘相配；

12級螺母可以與12.9級（jí）的螺栓、螺柱或螺釘相配

一般說來，性能等級較高的螺母可以代替性能等級較（jiào）低的螺母，如10級螺母（mǔ）可（kě）以代替8級螺母與8.8級螺栓、螺柱（zhù）或螺釘相配。

考慮到較高的脆斷風險，避免選用12.9級螺栓

材料防壓潰設計（jì）

設計緊固（gù）接（jiē）頭時，還必須（xū）確保被夾緊材料所能承受的極限單位麵（miàn）積壓力（lì）需（xū）要超過螺栓預緊力產生的抗壓強度，以避免可能發生的材料壓潰問題，引起較大的預緊力（lì）衰減。

4. 鎖緊結構的選擇

常見鎖（suǒ）緊方式主要為螺栓-鎖緊（jǐn）墊圈組合件、鎖緊螺母（全金屬鎖（suǒ）緊（jǐn）螺母（mǔ）和非金屬嵌件鎖緊螺母）、鎖固膠（jiāo）三種型式。

選用時應注（zhù）意：

不建議機械（xiè）性（xìng）能等級為（wéi）8.8級及以上的螺釘采用螺釘-鎖緊墊（diàn）圈組合件；

全金屬鎖緊螺母的優點是耐溫性好，但在擰緊（jǐn）過程中因（yīn）結（jié）構原因會導致外螺紋塗層的破壞，容易引起鏽蝕，且鎖緊結構隨著擰入擰出次數的增（zēng）加而降低，不適用於需要（yào）經常拆卸的連（lián）接部位；

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

常用鎖固膠為微膠囊預塗式鎖固膠和尼龍鎖固膠，前者較後者使用溫度高，但（dàn）缺點（diǎn）是不能重複使用，每次拆（chāi）卸後需更換新的緊（jǐn）固（gù）件並清理螺紋孔。

5. 螺母（mǔ）的設計（jì）

螺母在設計（jì）時應確保其有（yǒu）足夠的厚度來獲得保證載荷，齧（niè）合（hé）螺紋（wén）需滿足螺紋配（pèi）合設計要求，8級和10級螺母，有效螺紋長度推薦≥1d；

結（jié）構上優先選擇六（liù）角法（fǎ）蘭麵螺母；

關鍵緊固接頭，應優（yōu）先考慮（lǜ）具有鎖緊（jǐn）結構的螺母。

06

摩擦係數設計要求

摩擦係數是螺栓連接設計的前提和邊界，每個緊固件體係內都應該有緊固件摩擦係數範圍要求要求，

不同主機廠有不同規定，主流的有0.09-0.15,0.10-0.16, 0.12-0.18三種。

07

擰緊工藝設計

常（cháng）用的裝配（pèi）方（fāng）法，為扭矩控製法（fǎ）和扭矩-角度控製（zhì）法。

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

因具有擰緊工具（jù）簡（jiǎn）單，可操作性強等優點，是目（mù）前行業內最廣泛使用的擰緊（jǐn）方法。但因扭矩受摩擦係數影響較大，擰緊後獲（huò）得的預緊力有較大散差，通常可達到（dào）±30%。

扭矩-角（jiǎo）度控製法（也稱轉角法）是將螺栓與螺母的相對回轉角度作為指（zhǐ）標進行初（chū）始預（yù）緊力控製的方法，可在彈性區和塑性區使用。

相（xiàng）對扭（niǔ）矩法，轉（zhuǎn）角法因（yīn）通過轉（zhuǎn）角直（zhí）接（jiē）控製螺栓伸（shēn）長量，擰緊後能獲（huò）得較小的預緊力散差，通常在±15%左右。

如果能夠滿足設計要求，擰緊工藝應優先選擇扭矩控製法。盡管轉角法控製精度比較高，螺栓利用率高，但是對於小產量的車型，轉角法設備費（fèi）用太高。

08

實驗和認證

1. 整車級試驗緊固件及緊固接頭主要需滿足（zú）整車耐久（jiǔ）和（hé）整車耐腐蝕試驗（yàn）。

2. 係統級試驗  高強度緊固接頭需要開展預緊力台架測試及擰緊工藝（yì）驗證，在緊固接頭開發實驗室負責實施。

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