汽車金屬（shǔ）緊（jǐn）固件設計選（xuǎn）用指導（dǎo）

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

為老鐵們提供一個指導原則，希望大家在後續的工作中（zhōng）能起到一（yī）定（dìng）的參考作（zuò）用。

01

緊固件介（jiè）紹

1. 係統定義

用於連接、固定各功能件的零件稱為緊固（gù）件，因其標準化、係（xì）列化、通用化程度極高，有對應的國家標準或行業標準作為（wéi）支撐，因此也有人將（jiāng）其稱為標準緊固件或（huò）標準件（jiàn）。

2. 結構（gòu）種類

緊固件（jiàn）品種繁多，對應各（gè）類不同（tóng）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（děng）等（děng），分（fèn）別體現在多個國家或行業標準中。

汽車常用緊固件，包括螺栓/螺釘、螺母、自攻螺釘、墊圈、塑料螺母及卡扣等，據統（tǒng）計（jì），一輛輕型車平均用緊固件約500種（zhǒng）規格，4000件左右，其中（zhōng），高強度緊固件占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

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

自攻螺釘（dìng）與預製孔配合型式一般用（yòng）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上。

卡扣管夾類塑（sù）料緊固件一般用於將線束等小直徑管路固定嵌入鈑金類。

卡箍環箍多用於低壓液壓係統或氣（qì）壓係統，冷卻管路等。

4. 新技術發（fā）展趨勢

隨著新能源車（chē）型的崛起，全鋁製車身的應用逐漸廣泛，傳統的焊接螺栓，螺母（mǔ）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）、抽芯拉鉚等新工藝新緊（jǐn）固（gù）件的重要性不斷提升，此類產品的技術也不（bú）斷成熟。

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

汽（qì）車（chē）用緊固件，在服役過程中承受各（gè）種高溫高壓、低（dī）溫、振動、腐蝕、重載（zǎi）、交變應力，因此，對材料的綜合性能要求很高，而國內鋼材在（zài）有害元素及夾雜物控製（zhì）、冷頂鍛性（xìng）能等方麵與發達國家還存在（zài）較大差距。

因此，在冷鐓鋼（gāng）材料的發展上將著力（lì）非調質冷鐓鋼用線（xiàn）材研發、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓鋼等基礎研發（fā），進一步提升我國緊固件線（xiàn）材（cái）的整體質量水平（píng）。

02

法規（guī）要求（qiú）

緊固件產品需強製符合”汽（qì）車零件和材料禁（jìn）限用物質要求” 的（de）要求，下表（biǎo）列出了緊（jǐn）固件零件（jiàn）在（zài）中國及歐盟等國家的主要法規要求。

03

性能要求

緊固（gù）接頭，需要滿足的主要性能要（yào）求如下：

1. 可（kě）靠（kào）性：緊固接頭（tóu）的（de）路試耐久，防腐性能滿足標準要（yào）求；

2. 安全性：緊固接頭能滿（mǎn）足安全方麵的法規（guī）要求

04

製造策略

1. 除非（fēi）冷鐓工藝無法（fǎ）實（shí）現，否則，不得采取機加工工（gōng）藝，螺紋部位僅能使用軋製或輥製（zhì）工藝，不得使用機加工工藝；

2. 10.9級及以上產（chǎn）品，需要進行（háng）防氫脆處理；

05

設計（jì）原則

1. 緊固接頭結構設計

a. 米（mǐ）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（bú）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（luó）紋極限尺寸的要求。

b. 孔的合理（lǐ）設計 各類型（xíng）緊固用通孔和沉（chén）孔尺寸可參考GB/T152 和GB/T5277的要求（qiú）。開孔過大會引起預緊力（lì）衰減和螺栓斷裂問題發生。

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

2. 螺紋配合設（shè）計

對不同的材質，為保證能承受足（zú）夠（gòu）的連接應力，需使用不同的齧合長度。下圖規（guī）定了上（shàng）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）保螺栓的長度不得與盲孔（kǒng）產生（shēng）幹涉（shè）並確保至少一倍直徑的螺紋在受力區域。

3. 等級匹配性

一般情況下，螺（luó）母與螺（luó）栓、螺柱或螺釘機械性能（néng）等級的匹配如下：

8級螺母可以與8.8級（jí）的螺栓、螺柱（zhù）或螺釘相配；

10級（jí）螺母可以與10.9級的螺栓、螺柱或（huò）螺釘相配；

12級（jí）螺母可以與12.9級的螺栓、螺柱（zhù）或螺釘相配

一般說來，性能等級較高的螺母（mǔ）可以代替（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。

考慮到較高的脆斷風險，避免選用12.9級螺栓

材料防壓潰設計

設計緊固（gù）接頭（tóu）時，還必（bì）須（xū）確保（bǎo）被夾緊材料（liào）所能承受的極限單位麵積壓力需要超過（guò）螺栓預緊力產生的抗壓強度，以避免可能（néng）發生（shēng）的（de）材料壓潰問題，引起較（jiào）大的預緊力衰減（jiǎn）。

4. 鎖緊結構的選擇

常（cháng）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（suǒ）緊（jǐn）螺母）、鎖固（gù）膠三種型式。

選用時應注意：

不建議（yì）機械性能等（děng）級為8.8級（jí）及以上的螺釘采用螺（luó）釘-鎖緊墊圈組合件；

全金屬鎖緊螺母的優點是（shì）耐溫性好，但在擰緊過程中因結構原因會導致外螺紋塗層（céng）的破壞，容易引（yǐn）起鏽（xiù）蝕，且鎖緊（jǐn）結構隨著擰入擰出次數的增加而降低，不適用於需要經常拆卸的（de）連（lián）接部位；

非金屬嵌件鎖緊（jǐn）螺母的（de）優點是耐衝擊性、抗振性、重複使用性（xìng）較全金屬型好，但耐溫性較差（chà），應避免在高溫區域使用；

常用鎖固膠為微（wēi）膠囊預塗（tú）式鎖固（gù）膠和尼龍鎖固膠，前者較（jiào）後者（zhě）使用溫度高，但缺點是不能重複使用，每次（cì）拆卸後需（xū）更換新的緊固件並清理螺（luó）紋孔。

5. 螺（luó）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，應優先考慮具有鎖緊結構的螺母。

06

摩擦係數設計要求

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

不同主機廠有不同規定，主流的有0.09-0.15,0.10-0.16, 0.12-0.18三種。

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擰緊工（gōng）藝（yì）設計

常用的裝（zhuāng）配方法，為扭矩控製法和扭矩-角度控製（zhì）法。

扭矩控製法是根據扭矩（jǔ）大小和軸（zhóu）向力之間存在一定關係所製定的一種方法，該方法在擰緊時，隻對緊固扭矩M進行控（kòng）製。

因具（jù）有擰緊（jǐn）工具簡單，可（kě）操作（zuò）性強等優點，是目前（qián）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，擰緊後獲得的預緊力有較大散差，通常可達到±30%。

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

相對扭矩法，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（de）預緊力散差，通常在±15%左右。

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

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實驗和認（rèn）證（zhèng）

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

2. 係統級試驗  高強度緊固接頭需要開展預緊力台架測試及擰緊工藝驗證，在緊（jǐn）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（shǔ）緊固件檢測項目》標準，新開的零（líng）件需要試（shì）驗和認證。