汽車金屬（shǔ）緊固件設計（jì）選用指導

今天為（wéi）大家介紹：汽車金（jīn）屬緊固件的結構和功能、法規要求、選（xuǎn）用原則和設計規範，

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

01

緊固件介紹

1. 係統定義

用於（yú）連接、固（gù）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，有對應（yīng）的國家標準或行（háng）業（yè）標準作為（wéi）支撐，因此也（yě）有人將其稱為標準緊固件（jiàn）或標準件（jiàn）。

2. 結構（gòu）種類（lèi）

緊固件（jiàn）品種繁（fán）多，對應（yīng）各類不同的標準，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（chē）常用緊固件，包括螺栓/螺釘、螺母、自攻螺釘、墊圈、塑料螺母及卡扣等，據（jù）統計，一輛輕型車平（píng）均用緊固（gù）件約500種規格（gé），4000件（jiàn）左右，其中，高強度緊固件占1/3左右，一輛（liàng）汽車緊固件的費用約占整車成本的2.5%-3.0%。

3. 功能（néng）介紹

螺栓/螺釘/雙頭螺柱與螺母（mǔ）/螺紋孔配合的型式，主要用於承受較大（dà）載（zǎi）荷的高強度連（lián）接（jiē）副（fù），具有結構簡單，穩定的特點。

自（zì）攻螺釘與預製孔（kǒng）配合型式一般用於將重（chóng）量較輕的物體，如內（nèi）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（jiāng）線束等小直徑管路固定嵌入鈑金類。

卡箍環箍多用（yòng）於低壓液壓係統或氣壓係統（tǒng），冷卻管路等。

4. 新技術發展趨勢

隨著新能源車型的崛起，全鋁製（zhì）車身（shēn）的應用逐（zhú）漸（jiàn）廣泛，傳統的焊接螺栓，螺母（mǔ）不再適用該種材料。

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

同（tóng）時，緊（jǐn）固件的防腐蝕性能，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。

汽車用緊固件，在（zài）服役過（guò）程中承受各種高溫（wēn）高（gāo）壓、低溫、振動、腐蝕、重載、交變應力，因此，對（duì）材料的綜合性（xìng）能要求很高（gāo），而國（guó）內鋼材在有害元素及夾雜物控製、冷頂鍛性能等方（fāng）麵與發達國家還存在較大差距。

因此，在冷鐓鋼材料的（de）發展上將著力非調質冷鐓鋼用線材研發、10.9級螺（luó）栓用低碳硼（péng）鋼擴展、高強度螺栓鋼等基礎研發，進一（yī）步提升我國緊固件線材的整體（tǐ）質（zhì）量水平。

02

法規要求

緊固件產品需強製符合（hé）”汽車零件和材料禁限用物質要求” 的要求，下（xià）表列出了緊固件零件（jiàn）在中國及歐盟（méng）等國家的主要法規要求。

03

性能要求

緊固接頭，需要滿足的主要性能要求如下：

1. 可靠（kào）性：緊固接頭的（de）路試耐久，防腐性能滿足標準要求；

2. 安全性：緊固接頭能滿足安全方麵的（de）法規要求

04

製造策略

1. 除非冷鐓工藝無法實現，否則，不（bú）得采取（qǔ）機加工（gōng）工藝，螺紋部位僅能使（shǐ）用軋製或輥（gǔn）製工藝，不得使用機加（jiā）工（gōng）工藝；

2. 10.9級及以上（shàng）產品，需要進行防氫脆處理；

05

設計原則

1. 緊固接頭結構設計

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

b. 孔的合理設計 各類型（xíng）緊固用通孔（kǒng）和（hé）沉（chén）孔尺寸（cùn）可參考GB/T152 和（hé）GB/T5277的要求。開孔過大會引（yǐn）起預緊力衰減和螺栓斷裂（liè）問題發生。

c. 頭部型式的選用 緊固件頭部形（xíng）狀較多，以（yǐ）適應不同的裝配空間、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（shè）計

對（duì）不同（tóng）的材（cái）質，為保證能承受足夠的連（lián）接（jiē）應力，需使（shǐ）用（yòng）不同的齧（niè）合長度。下圖規定了上述情況匹配使用時（shí）的最小（xiǎo）齧合長度要求，可（kě）做評估使用（yòng）。

在不幹涉其（qí）它零件情況下，螺栓和螺（luó）柱與螺母（mǔ）相配（pèi）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（shí），應確保（bǎo）螺栓的長度（dù）不得與盲孔產生幹涉並確保（bǎo）至少一倍直徑的螺紋在（zài）受力區（qū）域。

3. 等級（jí）匹配性

一般情況下，螺母（mǔ）與螺栓、螺柱或螺釘機械（xiè）性能等級的（de）匹配如下：

8級螺母可以與8.8級的螺（luó）栓（shuān）、螺柱或螺釘相配；

10級螺母可以與10.9級的螺栓、螺柱或螺釘相配；

12級螺母可以與12.9級的螺栓、螺柱或螺釘相配（pèi）

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

考慮到較高的脆（cuì）斷風險，避免選用12.9級螺栓

材料（liào）防壓潰設計

設計緊固接頭時，還必須確保被夾（jiá）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度，以避免可能發（fā）生的（de）材（cái）料壓潰問題（tí），引起較大的預緊（jǐn）力衰減。

4. 鎖（suǒ）緊結構的選擇

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嵌件鎖緊螺母（mǔ））、鎖固膠三種型式。

選用時應注意：

不建議機械性能等（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耐溫性好（hǎo），但在擰（nǐng）緊過程中因結（jié）構原因會導致外（wài）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加而降低（dī），不適用（yòng）於需要經（jīng）常拆卸的連接部（bù）位；

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

常（cháng）用（yòng）鎖固膠為（wéi）微膠囊預塗式（shì）鎖固膠和尼龍（lóng）鎖（suǒ）固膠，前者較後者使（shǐ）用溫度（dù）高，但缺點（diǎn）是不能重複（fù）使用（yòng），每次拆卸後（hòu）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（bǎo）其有足夠的厚度來獲得保證載荷，齧合螺紋（wén）需滿足螺紋配（pèi）合設計要求，8級和10級螺（luó）母，有效螺紋長度推薦≥1d；

結構上優先選擇六角法蘭（lán）麵螺母；

關鍵緊固接頭，應優先考（kǎo）慮具有鎖緊結構的螺母。

06

摩擦（cā）係數設計要求（qiú）

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

不同主機廠（chǎng）有不同規（guī）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

常用的裝配方法，為扭矩控製法和扭（niǔ）矩-角度控製法。

扭（niǔ）矩控（kòng）製法是根據扭矩大小和軸（zhóu）向力之間存在一定（dìng）關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（háng）控製。

因具（jù）有擰緊工具簡單，可操作性強等優點，是目前（qián）行業內最廣泛使用（yòng）的擰緊方法。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差，通常（cháng）可達到±30%。

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

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

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

08

實驗和認證

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

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

3. 每個公司的金屬緊固件（jiàn）都（dōu）有《金屬緊固件檢測項目》標（biāo）準，新開的零件需要試驗和認（rèn）證。