汽車金屬緊（jǐn）固件設計選用指導

今天為大家介紹：汽車金屬緊固件的結（jié）構和功能、法規（guī）要求、選用原則和設計規範，

為老鐵（tiě）們提供一個指導原則，希（xī）望大家在後續的工作中能（néng）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（jiàn），因其標準（zhǔn）化、係列化、通用化程度極高，有對應的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. 結構種類

緊固（gù）件品種繁（fán）多，對應各類不同的標準（zhǔn），包括（kuò）產品（pǐn）標準，公差標準、性能標準、表麵（miàn）處理（lǐ）、標（biāo）記（jì）方（fāng）法以及驗（yàn）收檢查（chá）、包裝等等，分別（bié）體現在多個國家或（huò）行業標準中。

汽車常用緊固件，包括螺栓/螺釘、螺母、自攻螺釘、墊圈（quān）、塑料螺母及卡扣等，據統計，一輛輕型車平（píng）均（jun1）用緊固件約500種規格，4000件左右，其中，高強度緊固件（jiàn）占1/3左右，一輛汽車緊固件的費用約占整車成本的2.5%-3.0%。

3. 功（gōng）能介紹

螺栓/螺釘/雙（shuāng）頭螺柱與螺母/螺紋孔配合的型式，主要用於承受較（jiào）大載荷的高（gāo）強度連接副，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用於將重量較輕的物體，如內飾，小型電器類零（líng）件（jiàn）固定在金屬薄板上。

卡（kǎ）扣管夾類塑料緊（jǐn）固件一般用於將線束等小（xiǎo）直徑管路固定嵌入鈑金類。

卡箍環（huán）箍多用於低壓液壓係統（tǒng）或氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新技（jì）術發展趨勢

隨著新能源車型的（de）崛起（qǐ），全鋁製車身的應用逐漸（jiàn）廣泛，傳（chuán）統的焊接螺栓（shuān），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（SPR）、抽芯拉鉚等新工藝新緊固件的重要性不斷提升，此類產（chǎn）品的技術也不斷成熟。

同時，緊（jǐn）固件的防腐蝕性能，也從（cóng）廣泛使用的240h、480h無紅鏽進（jìn）一步提（tí）高（gāo）到720h，1000h無紅鏽的水平。

汽車用緊固件，在服役過程中承受各種高溫高壓、低溫、振（zhèn）動、腐（fǔ）蝕、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（yǒu）害元素及夾雜物控製、冷頂鍛性能等方（fāng）麵與發達（dá）國家還存在較大差距（jù）。

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、10.9級螺栓用低碳硼鋼（gāng）擴展、高強度螺栓鋼（gāng）等基礎研發，進一步提升我國緊固件線材（cái）的整體質量水平。

02

法規要求

緊固（gù）件（jiàn）產品需（xū）強製符合”汽車零件和材料（liào）禁限用物質要求” 的要求，下表列（liè）出了緊固件零件在中國及歐盟等國家的主要法規要求。

03

性能（néng）要求

緊固接頭，需要滿足的（de）主要性能（néng）要求如下：

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

2. 安（ān）全性：緊（jǐn）固接頭能滿足安全方麵的法規要求

04

製造策略

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

2. 10.9級及以上產品，需要進行防（fáng）氫（qīng）脆處理；

05

設計原則

1. 緊固接頭結構設計

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

b. 孔的合（hé）理設計 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（kǒng）過大會引起預緊力衰減和螺栓斷裂問題發生。

c. 頭部型式的選用 緊固件頭部形狀（zhuàng）較多，以適應（yīng）不（bú）同的裝配空間、擰緊程度、連接外觀等要求，其頭（tóu）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（wéi）保證能承受足夠的連接應力，需使（shǐ）用不同的（de）齧合長度。下圖規定了上（shàng）述情況匹配使（shǐ）用時的最小齧合（hé）長度要求，可做評估使（shǐ）用（yòng）。

在不幹（gàn）涉其它零件情況下，螺栓和螺柱與螺母相配後末端應超出螺母頂麵1-2個完整牙為宜，當螺栓擰入盲孔時，應確（què）保螺栓（shuān）的長度不得與盲孔產生幹涉並確保至少一倍直徑的螺紋在受（shòu）力區域。

3. 等級匹配性

一般情況下，螺母與螺栓、螺柱或螺釘機（jī）械性能等級的匹配如下：

8級螺母可以與8.8級的螺栓、螺柱或螺釘相（xiàng）配；

10級螺母可以與10.9級的螺栓、螺柱或螺釘相配；

12級螺母可以與（yǔ）12.9級的螺栓、螺柱或螺（luó）釘相配

一般說來，性（xìng）能等級較高的（de）螺母可（kě）以代替（tì）性能等級較低的螺母，如10級螺母可以代替8級螺母與8.8級螺栓、螺柱或螺釘相配。

考慮（lǜ）到較高的脆斷風險，避免選用12.9級螺栓

材料防壓潰設（shè）計

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

4. 鎖緊（jǐn）結構的選擇

常見（jiàn）鎖緊方（fāng）式主要為螺栓-鎖緊墊圈組合件（jiàn）、鎖緊螺母（全（quán）金屬鎖（suǒ）緊螺母和非金屬嵌件（jiàn）鎖緊螺（luó）母）、鎖固膠三種型式。

選用時應注意：

不建議機械性能等級為8.8級及以上的螺（luó）釘采用螺釘（dìng）-鎖（suǒ）緊墊圈組合件；

全金屬鎖緊螺母的優點是耐溫性（xìng）好，但在（zài）擰緊過程中因結構原因會（huì）導致外螺紋塗層的破壞，容易引起鏽蝕，且鎖緊（jǐn）結構隨著擰入擰（nǐng）出次數的增加（jiā）而降低，不適用於需要經常拆卸的連接部位；

非金屬嵌件（jiàn）鎖緊螺（luó）母的優點是耐衝擊性、抗振性、重（chóng）複使用性（xìng）較全金（jīn）屬型好，但耐溫性較（jiào）差，應（yīng）避免在高（gāo）溫區域使用；

常用鎖固膠為微膠囊預塗（tú）式鎖（suǒ）固膠和尼龍鎖固膠，前者較後者使用溫度（dù）高，但缺（quē）點是不能重複（fù）使用（yòng），每次拆卸（xiè）後需（xū）更換新（xīn）的緊固件並（bìng）清理螺紋孔。

5. 螺母的設計

螺母在設計時應確保其有足（zú）夠的厚度來（lái）獲得保證載荷，齧合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≥1d；

結構上優先選擇六角法蘭麵螺母；

關鍵緊固接頭，應優先考慮具（jù）有（yǒu）鎖緊結構的螺母。

06

摩擦係數設計（jì）要（yào）求

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

不同主機（jī）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（jì）

常（cháng）用的裝配方法（fǎ），為扭矩控製法和扭矩（jǔ）-角度控製法。

扭矩控製法是根據（jù）扭矩大小和軸向力之間（jiān）存在一定關（guān）係所製定的一種方法，該方法在擰緊時，隻（zhī）對緊固扭矩M進行控製。

因具有擰緊（jǐn）工具簡單，可操作性強等優點，是目前行業內最廣泛使用的擰緊方法。但因扭矩受摩擦係數影響較大，擰緊後（hòu）獲得的（de）預緊力有較大散差，通常可達到±30%。

扭矩（jǔ）-角度控製法（也（yě）稱轉角法）是將（jiāng）螺栓與（yǔ）螺母的相對回轉角度作為指標進行初始預（yù）緊力控製的（de）方法，可在彈性區（qū）和塑性區使用。

相對扭矩法，轉角法因通（tōng）過轉角直接（jiē）控製螺栓伸長量（liàng），擰緊後（hòu）能獲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（qiú），擰緊工藝（yì）應優先選擇扭矩控製法。盡管轉角法控製精度比較高（gāo），螺栓利用率高，但是對於小產量的車型（xíng），轉角法設備費用太高。

08

實（shí）驗和認證

1. 整車級試驗緊固件及緊固接頭主要需滿（mǎn）足整車耐久和整車耐腐蝕試驗。

2. 係統級試驗  高強度緊固（gù）接頭需要開展預緊力台架測試及擰（nǐng）緊工藝驗（yàn）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（gù）件檢測項目》標準，新開的零件需要試驗和認證。