汽（qì）車金屬緊固件設計選用指導

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

為（wéi）老鐵（tiě）們提供（gòng）一個指導原則，希望大家在後續的工作中能起到一定的參考（kǎo）作用。

01

緊固件介紹

1. 係統（tǒng）定（dìng）義（yì）

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

2. 結（jié）構（gòu）種類

緊（jǐn）固件品（pǐn）種繁多，對應各類不同的標準，包括產品標（biāo）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（biāo）準中（zhōng）。

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（jí）卡扣等，據統計，一輛（liàng）輕型車（chē）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（jiàn）的費用約占整車成本的2.5%-3.0%。

3. 功能介紹

螺栓（shuān）/螺釘/雙頭螺（luó）柱與螺母/螺紋孔（kǒng）配合的型式，主要用於承受較大載荷的（de）高強度連接（jiē）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（bān）用於將重量較輕的物體，如內飾（shì），小型電器類（lèi）零件（jiàn）固定在（zài）金屬薄板上。

卡扣管夾類塑料緊（jǐn）固件一般用於將線（xiàn）束等小直徑管路固定嵌入鈑金類（lèi）。

卡箍環（huán）箍多用於低壓液壓係統或氣壓係統，冷卻管路等。

4. 新技術發展趨勢

隨著新能源車（chē）型的（de）崛起（qǐ），全鋁製車身的應用逐漸廣泛，傳統的焊接螺栓，螺母不（bú）再適用該種（zhǒng）材料。

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

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

汽車用緊固件，在服役過程中（zhōng）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及夾雜物控製、冷頂鍛性（xìng）能等方麵與發達國家（jiā）還存在較大（dà）差距。

因此，在冷鐓鋼材料的發展上將著力非調質冷鐓鋼用線材研發、10.9級螺栓用低碳（tàn）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整體質量水平（píng）。

02

法規要求

緊固件產品需（xū）強製符合”汽車零件和材料禁限用物質要求（qiú）” 的要求，下表列出了緊固件零件在中（zhōng）國及歐盟等國家的主要法規要求。

03

性能要求

緊（jǐn）固接頭，需要滿足的主要性能要求如下：

1. 可靠性：緊固接頭的路試耐久，防（fáng）腐性能滿足標準要求；

2. 安全性：緊（jǐn）固接頭能滿足安全方（fāng）麵（miàn）的法規要求

04

製造策略（luè）

1. 除非冷鐓工藝無法實現，否則，不得采（cǎi）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（jī）加工工藝；

2. 10.9級及（jí）以上產品（pǐn），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（guān）緊固件因（yīn）行業慣例使用統一英製螺紋外，體係中緊固件不得使用非（fēi）米製螺紋。各公（gōng）差等級的螺（luó）紋尺寸須滿足GB/T15756 普通螺紋極限尺寸的要求。

b. 孔的合理設計 各類型緊固用通孔和沉孔尺寸可參考（kǎo）GB/T152 和（hé）GB/T5277的要求。開（kāi）孔過大會引起預緊力衰減和螺栓（shuān）斷裂問題發（fā）生。

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

2. 螺紋配合設計

對不同的材質，為保證能承受足夠（gòu）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（pǐ）配使用時的最小齧合長（zhǎng）度要求，可做評估（gū）使用。

在不幹涉其它零件情況下，螺（luó）栓和螺柱與螺母相配後末端（duān）應（yīng）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幹涉並確保（bǎo）至少一倍直徑的（de）螺紋在受（shòu）力區域。

3. 等（děng）級匹配性

一般（bān）情況下，螺（luó）母與螺栓、螺柱或螺釘機械性能等級的匹（pǐ）配如下：

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（yǐ）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（shuān）、螺柱或螺釘相配

一（yī）般說來（lái），性能等級較高的螺母可以（yǐ）代替性能等級較低的螺母，如10級螺母可以代替8級（jí）螺母與（yǔ）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（shè）計

設計（jì）緊固（gù）接頭時（shí），還必須確保被夾緊（jǐn）材料所（suǒ）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（qiáng）度，以避免可能發（fā）生的材料壓潰問題，引起較大的預緊力（lì）衰減。

4. 鎖緊結（jié）構的選擇（zé）

常見鎖緊方式主要（yào）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（qiàn）件鎖緊（jǐn）螺母）、鎖固膠三種型式。

選用時（shí）應（yīng）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（quān）組合件；

全金屬鎖緊螺母的優點是耐溫性好，但在擰緊過程中因結（jié）構原因會導致外螺紋塗層的破壞，容（róng）易引起鏽蝕（shí），且鎖緊結構隨著擰入擰出次數的（de）增加而降低（dī），不適用於需要經常拆卸的連接部位；

非金（jīn）屬嵌件鎖緊螺母的優（yōu）點是耐衝（chōng）擊性、抗振性、重複使（shǐ）用性較全金屬型好，但耐溫性較差，應避免在高溫區域使用；

常用鎖固（gù）膠為微膠囊預塗式鎖固膠和尼龍鎖固膠，前者較後者使用溫度高（gāo），但缺（quē）點（diǎn）是不能重複使用，每次拆卸後需更換新的緊固件並清理（lǐ）螺紋孔。

5. 螺母（mǔ）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（zǎi）荷，齧合螺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；

結構上優先選擇六角法蘭麵螺（luó）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（shù）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。

07

擰緊工藝設計

常用的裝配方法，為扭矩控製法（fǎ）和扭矩-角度控製法。

扭矩控製法是根（gēn）據扭矩大小和軸向（xiàng）力之間存在一定關係所製定的一種方法，該方法（fǎ）在擰緊時，隻對緊固（gù）扭矩M進行控製（zhì）。

因具有擰緊工具簡單，可操作性（xìng）強等優點，是目前行業內最廣泛使用的擰緊（jǐn）方（fāng）法。但因扭矩（jǔ）受摩擦係數影響較大，擰緊後（hòu）獲得的（de）預（yù）緊力有較大散差，通常可達到±30%。

扭矩-角度控製法（也稱轉角法）是（shì）將螺栓與螺母的（de）相對回轉角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（xìng）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（néng）獲得較（jiào）小（xiǎo）的預（yù）緊力散差，通常在±15%左右。

如果能夠滿足設計要求（qiú），擰緊工藝應優先（xiān）選擇扭（niǔ）矩（jǔ）控製法。盡管（guǎn）轉角法控製精（jīng）度比較高（gāo），螺栓利用率高，但是對於小產量的車型，轉角法設備（bèi）費用太高。

08

實驗和認證

1. 整車級試驗緊固件及（jí）緊固接（jiē）頭（tóu）主要需滿足整車耐久（jiǔ）和整車耐腐蝕試驗。

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（yàn）證，在緊固接頭開發實（shí）驗（yàn）室負責實施。

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