汽車金屬緊固件設計選（xuǎn）用（yòng）指導（dǎo）

今天為大家介紹：汽車金屬緊固件的結構和（hé）功能、法規要求、選用原則和設計規範，

為（wéi）老鐵們（men）提供一個指導原則，希望大家在後（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（yòng）於連接、固定各功能件的零件稱為緊固件，因其標（biāo）準化、係列化、通（tōng）用化程度極高，有對應的國家標準或行業標準作（zuò）為（wéi）支撐，因此也有人將其（qí）稱為標準緊固件或（huò）標準件。

2. 結構種類

緊固件品種繁多（duō），對（duì）應各類不同的標準，包括產品標準，公差標準、性（xìng）能標準、表（biǎo）麵處理（lǐ）、標記（jì）方法以及驗收檢查、包裝等等，分別體現在多個（gè）國家（jiā）或行業標準中。

汽車常用緊固件，包括（kuò）螺栓/螺釘（dìng）、螺母、自攻螺釘、墊圈、塑（sù）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/雙頭（tóu）螺柱與螺母/螺（luó）紋孔配（pèi）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，穩定的特點。

自攻螺釘與預製孔配合型式一般用於將重（chóng）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（guǎn）夾類塑料緊固（gù）件一般用於將（jiāng）線束等（děng）小直徑管路固定嵌入鈑金（jīn）類（lèi）。

卡箍環箍多用於低壓液壓係統或（huò）氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新（xīn）技術發展趨勢

隨（suí）著新能源車型（xíng）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）不再適用該種材料。

熱熔（róng）自攻鉚（mǎo）接（FDS）、鋁點（diǎn）焊（RSW）、自衝（chōng）鉚接（jiē）（SPR）、抽（chōu）芯（xīn）拉鉚等新工藝新緊固件（jiàn）的（de）重要性不斷提升，此（cǐ）類產品的技術也不斷成熟。

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

汽車（chē）用緊固件，在服役過程中承受（shòu）各種高溫（wēn）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（cái）在有害元素及夾雜物控製、冷頂鍛性能等方麵與發達國家（jiā）還（hái）存在較大差距（jù）。

因此，在冷鐓鋼材料的發展上（shàng）將著力非調質冷鐓鋼用線材研發、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓鋼等基（jī）礎研發，進（jìn）一步提升（shēng）我國緊固件線材的整體質（zhì）量水平（píng）。

02

法規要求

緊固件產品需強製符合”汽車零件（jiàn）和材料禁限用（yòng）物質（zhì）要求” 的要求，下表列（liè）出了緊固件零（líng）件在中（zhōng）國及歐盟等國家（jiā）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（néng）要求如下（xià）：

1. 可靠性（xìng）：緊（jǐn）固接頭的路試耐久，防腐性能滿足標準要求；

2. 安全性（xìng）：緊固接頭能滿足安全方麵的法規（guī）要求

04

製（zhì）造策略

1. 除非冷鐓工藝無法實現，否則，不得采取機加（jiā）工工藝，螺紋部（bù）位僅能使用軋製（zhì）或輥（gǔn）製工藝，不得使用機加工（gōng）工藝（yì）；

2. 10.9級（jí）及以上產品，需要進行防氫（qīng）脆處理；

05

設計原則

1. 緊固（gù）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）慣例使用統（tǒng）一英製螺紋外，體係中緊固件不得使用非米製螺紋。各公差等級的螺紋尺（chǐ）寸須滿足GB/T15756 普（pǔ）通螺紋極（jí）限尺寸的（de）要求。

b. 孔的合理設計 各類型緊固用通孔和（hé）沉孔尺（chǐ）寸可參考GB/T152 和GB/T5277的要求（qiú）。開孔過大會引起（qǐ）預緊力衰減和螺栓斷（duàn）裂問題（tí）發生（shēng）。

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

2. 螺紋（wén）配合設（shè）計（jì）

對不同的材質，為保證能承受足夠的連接應力，需使用不（bú）同的齧合長度。下圖規定了（le）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（zài）不幹涉其它零件情況下，螺栓和（hé）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（dāng）螺栓擰（nǐng）入盲孔時，應確保螺栓的長度（dù）不（bú）得與盲（máng）孔產（chǎn）生幹（gàn）涉並確（què）保至少一倍直徑的螺紋在（zài）受力（lì）區域。

3. 等級（jí）匹配性

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

8級螺母可以（yǐ）與8.8級的螺栓、螺柱或螺釘相（xiàng）配；

10級螺母可（kě）以（yǐ）與10.9級（jí）的螺栓、螺柱或螺釘相（xiàng）配；

12級螺母可以與12.9級的螺栓、螺柱（zhù）或螺釘相配

一般說來，性能等級（jí）較高的（de）螺母（mǔ）可以代替性能等級較低（dī）的（de）螺母，如10級螺（luó）母可以代替8級螺母與8.8級螺栓、螺柱或螺釘（dìng）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

設計緊固接頭時，還必須確保被夾緊材料所能承受的極限單位麵積壓力需要超過螺栓預（yù）緊力產生的抗壓強度，以避免可能發生的材料壓潰問題，引起較（jiào）大的預緊力衰（shuāi）減（jiǎn）。

4. 鎖緊結構（gòu）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）、鎖固膠三種型式。

選用時應注意：

不（bú）建議機（jī）械性（xìng）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；

全金屬鎖緊螺母的優點（diǎn）是耐溫性好，但在擰緊過程中因（yīn）結構原因會導致外螺紋塗層的破壞，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，不適用於需要經（jīng）常拆卸的（de）連接部（bù）位；

非（fēi）金屬嵌件鎖緊螺母的優點是（shì）耐衝擊性、抗振性、重複使用性較全金屬（shǔ）型好，但耐溫（wēn）性較差，應（yīng）避免在高溫區域使用；

常用鎖固（gù）膠為微膠囊預塗式鎖固膠和尼龍鎖固（gù）膠（jiāo），前者較後者使用（yòng）溫度高（gāo），但缺點是不（bú）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（de）設計

螺母在設計時應確保其有足夠的厚度來獲（huò）得保證載荷，齧合螺（luó）紋（wén）需滿足螺紋配合設計要求，8級和10級螺母，有（yǒu）效螺紋長度推薦≥1d；

結構上優先選擇六角法（fǎ）蘭麵螺母；

關（guān）鍵（jiàn）緊固接頭，應優先考慮（lǜ）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（jiè），每個緊固（gù）件體係內都應該有緊固件摩擦係數範圍要求要求，

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

07

擰緊（jǐn）工藝設計

常用的裝配方法，為扭矩控製法和扭（niǔ）矩-角（jiǎo）度控製法。

扭矩控製法是根據扭矩大小和軸向力之間存在（zài）一定關係所（suǒ）製定的一種方法，該方法在擰緊時，隻對緊固（gù）扭矩M進行控製。

因具有擰緊工具簡單，可操作性（xìng）強等優（yōu）點，是目前行業內最廣（guǎng）泛使（shǐ）用的擰緊方法。但因扭（niǔ）矩受摩擦係數影響較大，擰緊後獲得的預緊力（lì）有較大散差，通常可達到±30%。

扭矩-角度控製（zhì）法（也稱轉角法）是將螺栓與螺母的（de）相對回轉角度作為指（zhǐ）標進（jìn）行（háng）初始預緊力（lì）控製的方法，可在彈性區和塑性區使（shǐ）用。

相（xiàng）對扭矩法，轉角法因通（tōng）過轉角直接控製螺栓（shuān）伸長量，擰緊後（hòu）能獲得較小的預緊力散（sàn）差，通常（cháng）在±15%左右。

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

08

實驗和認證

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

2. 係統級試驗  高強度（dù）緊固接頭需要開展預（yù）緊力台架測試及擰緊工藝驗證，在（zài）緊固（gù）接頭開發實驗室負責實施。

3. 每個（gè）公司的金屬緊固件都有《金屬緊固件檢測項目》標準，新開的零件（jiàn）需要試驗和認證（zhèng）。