汽車金屬緊固件設計選用指導（dǎo）

今天（tiān）為大家介（jiè）紹：汽車（chē）金屬緊固件的結構（gòu）和功能、法規要求、選（xuǎn）用原則和（hé）設計規範，

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

01

緊固件介紹

1. 係統定義

用於連接、固定各功能件的（de）零件稱為緊固件，因其標準化、係（xì）列化、通用化程度極（jí）高，有對應的國家標準或行業標準作為支撐（chēng），因此也（yě）有人將其稱為標（biāo）準緊固件或標準件。

2. 結構種類（lèi）

緊固件品種繁多，對應各類不同的（de）標（biāo）準（zhǔn），包括產品標準（zhǔn），公差標準、性能標準、表麵處理、標記方（fāng）法（fǎ）以及驗收檢查、包（bāo）裝等等，分別體現在（zài）多（duō）個國家或行業標準中。

汽車常用緊固件，包括螺栓/螺釘、螺母、自攻螺（luó）釘、墊圈、塑料螺母及卡扣等，據統計，一輛輕型車平均用（yòng）緊固件約500種規格，4000件左右，其中，高強度緊固件占1/3左右（yòu），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

螺栓/螺釘/雙頭螺柱（zhù）與螺母/螺紋孔配合的型式，主要用（yòng）於承（chéng）受較大載荷的高強度連接副，具有結構簡單（dān），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（tǐ），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小直徑管路固定嵌入鈑金類。

卡箍環（huán）箍多（duō）用於低壓液壓係（xì）統或氣壓（yā）係統（tǒng），冷卻管路等。

4. 新技術發展趨勢

隨著新能源車（chē）型的崛起，全鋁（lǚ）製車（chē）身的應（yīng）用逐漸（jiàn）廣（guǎng）泛，傳統的焊接螺栓，螺母不再適用（yòng）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（jiàn）的重要性不斷提升，此類產品的技術也不斷成熟。

同時，緊固件的防腐蝕性能，也（yě）從廣泛使用的240h、480h無紅鏽進一步提高到720h，1000h無紅鏽的（de）水平。

汽車（chē）用（yòng）緊固件，在服役過程（chéng）中（zhōng）承受各種（zhǒng）高溫高壓、低（dī）溫、振動、腐蝕、重（chóng）載、交變應力，因此（cǐ），對材料的綜合性能要求（qiú）很高，而國內（nèi）鋼材在有害元（yuán）素及夾雜物控製、冷頂鍛性能等方麵與發達國家還存在較大差距。

因此，在冷鐓鋼材（cái）料（liào）的發展上將著力非調質冷鐓鋼用（yòng）線材研發、10.9級螺栓（shuān）用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓鋼等基（jī）礎研發，進一步提升我（wǒ）國緊固件線材的整體質量水平。

02

法規要求

緊固件產品需強製符合”汽車零件和材料禁限用物質要求” 的要求，下表列出了緊固（gù）件零（líng）件在（zài）中國及（jí）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（zú）的主要性能要求如下：

1. 可靠性：緊固接頭的路試耐久，防腐性能（néng）滿（mǎn）足標準要求（qiú）；

2. 安全（quán）性（xìng）：緊固接頭能滿足安全方麵的法規要求

04

製造策略

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

2. 10.9級（jí）及以上產品，需（xū）要進（jìn）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，如安全帶相關緊固件因行業慣例使用統一英製螺紋外，體係中緊固件不得使用非米製螺紋（wén）。各公差（chà）等級的螺紋尺寸須滿足GB/T15756 普通螺紋極限尺寸的要求。

b. 孔的合理設（shè）計 各（gè）類型緊固用通孔（kǒng）和沉孔尺寸可參考（kǎo）GB/T152 和GB/T5277的要求。開孔過（guò）大會引起預緊力衰減和螺栓斷裂問題（tí）發生。

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

2. 螺紋配合設計（jì）

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

在不幹涉其它零件情況下，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（zhěng）牙為宜，當（dāng）螺栓擰（nǐng）入盲孔時，應確保螺栓的長度不得與盲孔（kǒng）產生幹涉並確保至（zhì）少一倍直徑的螺（luó）紋在受力區域。

3. 等級匹配性

一般情況下，螺母與螺栓、螺柱或螺釘機械性能等級的匹配如下：

8級螺母可以與8.8級的螺栓（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（mǔ）可以與12.9級的螺栓、螺柱或螺釘相配

一般說來，性能等（děng）級較高的螺母（mǔ）可以代替性能等級較低的螺母，如10級螺母可（kě）以代（dài）替8級螺母與8.8級螺栓、螺柱或螺釘（dìng）相配。

考慮到較高（gāo）的脆斷風險，避免選用12.9級螺栓

材料防壓潰（kuì）設計

設計緊固接頭時，還必須確保被夾緊（jǐn）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，以避免可能發生的材料壓（yā）潰（kuì）問題，引起較大的（de）預緊力衰減。

4. 鎖緊（jǐn）結構（gòu）的（de）選擇

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

選用時應注意：

不建議機械性能等級為8.8級（jí）及以上的螺釘采用螺釘-鎖緊墊圈組合件；

全（quán）金屬鎖緊螺母的優點是耐溫性好，但在擰（nǐng）緊過程中因結構原因會導致外螺紋塗層（céng）的破壞，容易引起鏽蝕，且鎖緊結構隨著擰入擰出次數（shù）的增加而降（jiàng）低，不適用於需要經常（cháng）拆（chāi）卸的（de）連接部（bù）位；

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

常用鎖固膠為微膠囊預塗式鎖固膠（jiāo）和尼龍鎖固膠，前者較後者使用溫度高，但缺（quē）點是（shì）不能重複使用，每次拆（chāi）卸（xiè）後需更換新的緊固件並清理螺紋孔。

5. 螺母的設計

螺（luó）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（luó）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（tuī）薦≥1d；

結構上優先選（xuǎn）擇六角法蘭（lán）麵螺母；

關鍵緊固（gù）接頭，應優先考慮具有鎖緊結構的螺母。

06

摩（mó）擦係數設計要求

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

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）

常用的裝配方法，為扭矩控製法和扭矩-角度控製法（fǎ）。

扭矩控製法是根據扭矩大小和軸向力之間（jiān）存在一定關係所製定的一（yī）種方法，該方法在擰緊時（shí），隻對緊固扭矩M進行控（kòng）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方法。但因扭矩受摩擦係數影響較大，擰緊（jǐn）後獲得的預緊（jǐn）力（lì）有較大散差（chà），通常可達到±30%。

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

相對扭矩法（fǎ），轉角（jiǎo）法因通（tōng）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（tōng）常在±15%左右。

如果能夠（gòu）滿足設計要求，擰緊工藝應優先選擇（zé）扭矩控製法。盡管（guǎn）轉角（jiǎo）法控製精度比較高，螺栓利（lì）用率高，但是對於小產量的（de）車型，轉角法設備費用太高。

08

實驗和認證

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

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

3. 每個公司的金屬緊（jǐn）固件都有《金屬緊固件檢測項（xiàng）目（mù）》標準，新開的零件需要試（shì）驗和認證。