汽車金屬（shǔ）緊固件設計選用指（zhǐ）導

今天為大家（jiā）介（jiè）紹：汽車金屬（shǔ）緊固件的結構和功能、法規要求、選用原則和設計規範，

為老鐵們提供一個指導原則，希（xī）望大家在後續的工作中能起到一定的參考作用。

01

緊固件介紹

1. 係（xì）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、係列化、通用化程度極高，有（yǒu）對應的國家標（biāo）準或（huò）行業標準作為（wéi）支撐，因此（cǐ）也有人將其稱為標準（zhǔn）緊固件或標（biāo）準件。

2. 結構種類

緊固（gù）件品種繁多，對應各類不（bú）同的標準，包括產品標準，公差標準、性能標準、表麵處理、標記方法以及驗收檢查、包裝等等，分別體現在多個國家或行業標準中。

汽車常用緊固件，包括螺（luó）栓/螺釘（dìng）、螺母、自攻（gōng）螺釘、墊圈、塑料螺母及卡扣等，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（dù）緊固件占1/3左右，一輛（liàng）汽車緊固件的費用約占（zhàn）整車（chē）成本（běn）的2.5%-3.0%。

3. 功能介紹（shào）

螺栓/螺釘/雙頭螺柱與螺母/螺紋孔配合的型式，主要用於承受較大載荷的高強度連接副（fù），具有結構簡單，穩定的特（tè）點（diǎn）。

自攻螺釘與預製孔配合型式一般用於將重量較輕的（de）物體，如內飾，小型電器類零件（jiàn）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小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或氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新技術發展趨勢

隨著新能源（yuán）車型的崛起，全鋁（lǚ）製車（chē）身的應用逐漸廣泛，傳（chuán）統的焊接螺栓，螺母不再適用該種材（cái）料。

熱熔自攻（gōng）鉚（mǎo）接（FDS）、鋁點焊（RSW）、自衝鉚（mǎo）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，緊固件的防腐蝕性能，也從廣泛使用的240h、480h無紅（hóng）鏽進一步提（tí）高（gāo）到720h，1000h無紅鏽的水平。

汽車用緊固件（jiàn），在服役過程中承（chéng）受各種高溫高壓、低溫、振動、腐蝕、重載、交變（biàn）應力，因此，對材料的綜合性能（néng）要求很高，而國內鋼材在有害元素及夾雜物（wù）控製、冷頂鍛性能等方麵與發達國家還存（cún）在較大差距。

因此，在冷鐓鋼材料的發展上將著（zhe）力非調質冷鐓鋼用線材（cái）研發、10.9級螺栓用低（dī）碳硼鋼擴展、高強（qiáng）度螺栓鋼等（děng）基礎研發，進一步提（tí）升我國緊固件（jiàn）線材的整體質量水平。

02

法規要求

緊（jǐn）固件產品需（xū）強製（zhì）符合”汽車零件和材料禁限用物質要求” 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（yào）求。

03

性能要求

緊（jǐn）固接頭，需要滿足的主要性能要求如下（xià）：

1. 可靠性：緊固接頭的路試（shì）耐久，防腐性能滿足標準要求；

2. 安全性：緊固接（jiē）頭能滿足安（ān）全方麵的法規要求

04

製造策略

1. 除非冷鐓工藝無法實現（xiàn），否則，不得采取機加工工藝，螺紋部位僅能使（shǐ）用軋製或（huò）輥製工藝，不得使用機加工工藝；

2. 10.9級及以上產品，需要進行防氫脆處理；

05

設計原則

1. 緊固（gù）接（jiē）頭結構設計

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

b. 孔的合理設計 各類型緊固用（yòng）通孔和沉孔尺寸可參考GB/T152 和GB/T5277的要求。開孔（kǒng）過大會（huì）引起預緊力衰減（jiǎn）和螺栓斷裂問題（tí）發生。

c. 頭部型式的選（xuǎn）用 緊固件頭部形狀較多，以適（shì）應不同的裝配空間、擰緊程度、連接外觀等要求，其頭部主要作用為承載和扳擰。

2. 螺（luó）紋配合設計

對不（bú）同的材質，為保證能承（chéng）受足夠的連接應力，需（xū）使（shǐ）用不同的齧合長度。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，螺栓和螺柱（zhù）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（nǐng）入盲孔時，應確保螺栓的長度不得與盲（máng）孔（kǒng）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（jí）匹配性

一般情況下，螺（luó）母與螺（luó）栓、螺柱或（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、螺柱或螺釘相配；

10級螺母可以與10.9級的螺栓、螺柱或（huò）螺釘相配；

12級螺母可以與12.9級的（de）螺栓、螺柱或螺（luó）釘相配

一般說來，性能等級（jí）較高的螺母可以代替性能等（děng）級較低的螺母，如10級螺母（mǔ）可（kě）以代替8級螺（luó）母與（yǔ）8.8級螺（luó）栓（shuān）、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（jí）螺栓（shuān）

材料防壓潰設計

設計緊固接頭時，還必須確（què）保被夾緊材料所能承受的極（jí）限單位（wèi）麵積壓力需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（liào）壓潰問題，引起較大的預緊力衰減。

4. 鎖緊結構的選擇（zé）

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

選用時應注意：

不（bú）建議機（jī）械性能等級為8.8級及以（yǐ）上的螺釘采用螺釘-鎖緊墊圈（quān）組合件；

全金屬（shǔ）鎖（suǒ）緊螺（luó）母（mǔ）的優點是耐溫性好，但在擰緊過程中因結構（gòu）原因會導致外螺紋塗層的（de）破（pò）壞，容易引起鏽蝕（shí），且鎖緊結構隨著擰入（rù）擰出次（cì）數的增加而降低，不適用於需要經常拆卸的（de）連接部位；

非（fēi）金屬嵌件鎖（suǒ）緊螺母的優點是（shì）耐衝（chōng）擊性、抗振性、重複使用性較全金屬型好，但耐溫性較差（chà），應避免在高溫區域使用；

常（cháng）用鎖固膠為微（wēi）膠（jiāo）囊預塗式鎖（suǒ）固膠和尼龍鎖固膠，前者較（jiào）後者使用溫度高，但缺點是不能重複使用，每次拆卸後需更換新的緊固件並清理螺紋孔。

5. 螺母的設計

螺母在設計時應確保其有足夠的厚度來獲得保證載荷，齧合螺紋需（xū）滿足螺紋配（pèi）合設計要求，8級（jí）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（jiē）頭，應（yīng）優先考慮具有鎖緊結構的螺母。

06

摩擦係（xì）數（shù）設計要求

摩擦係數是螺栓連接設計的前提和邊（biān）界，每個緊固件體係內都應該有緊固件摩擦係數範圍要（yào）求（qiú）要求，

不同（tóng）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（yì）設（shè）計

常用的裝配方法，為扭矩控製法和扭矩-角度控（kòng）製法。

扭矩控製法是根據扭矩大小和軸向力之間存在一定（dìng）關係所（suǒ）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，可操作性強等優（yōu）點，是目前行業內最廣（guǎng）泛使用的（de）擰緊方法。但因扭矩受摩擦係數影響較大（dà），擰緊後獲得的預緊力有較大散差，通常可達到±30%。

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

相對扭矩法，轉角法因（yīn）通過轉角直接控製螺栓伸長量，擰緊後能獲得較小的預緊力散差，通常在±15%左右。

如（rú）果（guǒ）能夠滿足設計要求，擰緊工藝應優先（xiān）選擇（zé）扭矩控製法。盡管轉角法控製精度比較高（gāo），螺栓利用率高（gāo），但是對於小產量的車型，轉角法設備（bèi）費用太高。

08

實驗和認證

1. 整（zhěng）車級試（shì）驗（yàn）緊固件及緊固（gù）接頭主要需滿足（zú）整車耐久和整車耐腐蝕試驗。

2. 係統（tǒng）級試驗  高強度緊固接頭需要開展預緊力台架測試及（jí）擰緊工（gōng）藝驗證，在緊固接頭開（kāi）發實驗室負責實施。

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。