汽車金屬緊固件設計選用指導

今（jīn）天為大家介紹：汽車金屬（shǔ）緊固件的結構和功能、法規要求（qiú）、選用原則和設計規範，

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

01

緊固件介紹

1. 係（xì）統定義

用於（yú）連接、固定各功能（néng）件的零件稱為緊固件，因其標準化、係列化、通用化程度極（jí）高，有對（duì）應的國家標準或行業標準作為支撐，因此也有人（rén）將（jiāng）其稱為標準緊固件或標準件。

2. 結構種類

緊固件品種繁多，對應各類不同的標（biāo）準，包括產品標（biāo）準（zhǔn），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（tǐ）現在多個國（guó）家或（huò）行業標準中。

汽車常用緊固（gù）件，包括螺栓（shuān）/螺釘、螺母、自（zì）攻螺釘、墊圈、塑料螺（luó）母及卡扣等，據統計，一輛輕型車平均用緊固件約500種規（guī）格（gé），4000件左右，其中，高強（qiáng）度緊（jǐn）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. 功能介紹（shào）

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

自（zì）攻螺釘與預製孔配合（hé）型式一般用於將重量較輕的物體，如內飾，小型電器類零件固定在金屬薄板（bǎn）上（shàng）。

卡（kǎ）扣管夾（jiá）類塑料緊固件一般用於將線（xiàn）束等小直徑管路固定嵌入（rù）鈑金類。

卡箍環箍多用（yòng）於低（dī）壓液壓係統或氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新技（jì）術發展（zhǎn）趨勢（shì）

隨著新能源（yuán）車型的崛（jué）起，全鋁製車身的應用逐漸廣泛，傳統的焊接螺（luó）栓，螺母不（bú）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（yì）新緊固件的重要性不斷提升，此類產品的技術也不斷成熟。

同（tóng）時，緊固件的防（fáng）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（shuǐ）平。

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

因此，在冷（lěng）鐓鋼材料（liào）的發展上將著力非調質冷鐓鋼用線材研（yán）發、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓鋼等基礎研發，進一步提升我國緊固件線材的（de）整體（tǐ）質（zhì）量水（shuǐ）平。

02

法規要求

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

03

性（xìng）能要求（qiú）

緊固接（jiē）頭，需要滿足的主要性（xìng）能要求如下：

1. 可靠性：緊固接頭的路試耐久，防腐（fǔ）性能滿足標準要求；

2. 安全性：緊固接頭能（néng）滿足安全（quán）方麵的法規要求（qiú）

04

製造策略

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

2. 10.9級及以（yǐ）上產品，需要進行防氫（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（kuàng），如安全帶相關緊（jǐn）固件因行業（yè）慣例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（chà）等級的螺紋尺寸須滿足GB/T15756 普通螺紋（wén）極限尺（chǐ）寸的要求。

b. 孔的合理設計 各類型緊固用通（tōng）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（jǐn）力（lì）衰（shuāi）減和螺栓斷裂問題發生。

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

2. 螺紋（wén）配合設計

對不同的（de）材質，為保證能承受（shòu）足夠的連（lián）接應力，需使（shǐ）用不同（tóng）的齧合長度。下圖規定（dìng）了上述情況匹配使用時的最小齧合長（zhǎng）度要求，可做評估使（shǐ）用。

在不幹（gàn）涉其它零件情況下，螺栓和螺柱與（yǔ）螺母（mǔ）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，應確保螺栓的長度不得與盲孔產生（shēng）幹涉（shè）並確保（bǎo）至少一倍（bèi）直徑的螺紋在（zài）受力區域。

3. 等級匹配性

一般情況下，螺母與螺栓、螺柱或螺釘機械（xiè）性能等級的匹配如（rú）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（jí）較（jiào）低的螺母，如10級螺母可以代替8級螺母（mǔ）與8.8級螺栓、螺柱或螺釘相配。

考慮到較（jiào）高的脆斷風險，避（bì）免選用12.9級螺栓

材料防壓潰設計

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

4. 鎖緊（jǐn）結構的選擇（zé）

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

選（xuǎn）用時應注意：

不建議機械性能等級為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（luó）母的優點是耐溫性（xìng）好，但在擰緊過程中因結（jié）構（gòu）原因（yīn）會導致外螺紋塗層的破壞，容易引起鏽蝕，且鎖緊結構（gòu）隨著擰入（rù）擰（nǐng）出次數的增加而降低，不適用於需要經常拆卸的連接部（bù）位；

非金屬嵌件鎖緊螺母的優點是耐衝擊性、抗振性、重複使用（yòng）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（hòu）者使用（yòng）溫度高，但缺點是（shì）不能重（chóng）複使用（yòng），每次拆卸後需更換新的緊固件並清（qīng）理螺紋孔。

5. 螺母的設計

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

結構上優（yōu）先選擇六角法蘭麵螺母；

關鍵緊固接頭，應優先考慮（lǜ）具有（yǒu）鎖緊結構的（de）螺母。

06

摩擦係（xì）數設計要求

摩擦係數是螺栓連接設計的前提和邊界，每（měi）個緊固件體係內都應該有（yǒu）緊固件（jiàn）摩擦係數範圍要求要求，

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

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擰緊工（gōng）藝設計

常用的裝（zhuāng）配方法，為扭矩控製法和扭矩-角度控製法。

扭矩控製法是根據（jù）扭矩大小和軸向（xiàng）力之間存在一定關係所製定的一種方法，該方（fāng）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，可操作性強等優點，是目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，擰緊後獲得的預緊力有較大散（sàn）差，通常（cháng）可達到±30%。

扭矩-角度控製法（也稱轉角法）是將螺栓與螺母（mǔ）的相對回轉角（jiǎo）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（yòng）。

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

如果（guǒ）能夠（gòu）滿足（zú）設計要求（qiú），擰緊工藝應優先選擇扭矩控製法（fǎ）。盡（jìn）管轉角（jiǎo）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（jiǎo）法設備費用太高。

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）整車耐久和整車耐腐蝕試驗。

2. 係統（tǒng）級試（shì）驗  高強度緊固接頭需要開展（zhǎn）預緊力台（tái）架測試及擰緊工藝驗證，在緊固接頭開發實驗室負責實施（shī）。

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，新開的零件需要試驗和認證。