今天為大家介紹：汽車金屬緊固件的結構和功能、法規要求、選用原則和設計規范，

 

為老鐵們提供一個指導原則，希望大家在后續的工作中能起到一定的參考作用。

 

 

01

 

緊固件介紹

 

 

1. 系統定義

 

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

 

2. 結構種類

 

緊固件品種繁多，對應各類不同的標準，包括產品標準，公差標準、性能標準、表面處理、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/雙頭螺柱與螺母/螺紋孔配合的型式，主要用于承受較大載荷的高強度連接副，具有結構簡單，穩定的特點。

 

自攻螺釘與預制孔配合型式一般用于將重量較輕的物體，如內飾，小型電器類零件固定在金屬薄板上。

 

卡扣管夾類塑料緊固件一般用于將線束等小直徑管路固定嵌入鈑金類。

 

卡箍環箍多用于低壓液壓系統或氣壓系統，冷卻管路等。

 

4. 新技術發展趨勢

 

隨著新能源車型的崛起，全鋁制車身的應用逐漸廣泛，傳統的焊接螺栓，螺母不再適用該種材料。

 

熱熔自攻鉚接（FDS）、鋁點焊（RSW）、自沖鉚接（SPR）、抽芯拉鉚等新工藝新緊固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無紅銹進一步提高到720h，1000h無紅銹的水平。

 

汽車用緊固件，在服役過程中承受各種高溫高壓、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制、冷頂鍛性能等方面與發達國家還存在較大差距。

 

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。

 

 

02

 

法規要求

 

 

緊固件產品需強制符合”汽車零件和材料禁限用物質要求” 的要求，下表列出了緊固件零件在中國及歐盟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. 可靠性：緊固接頭的路試耐久，防腐性能滿足標準要求；

 

2. 安全性：緊固接頭能滿足安全方面的法規要求

 

 

04

 

制造策略

 

 

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制或輥制工藝，不得使用機加工工藝；

 

 

2. 10.9級及以上產品，需要進行防氫脆處理；

 

 

05

 

設計原則

 

 

1. 緊固接頭結構設計

 

 

 

a. 米制螺紋 除特殊情況，如安全帶相關緊固件因行業慣例使用統一英制螺紋外，體系中緊固件不得使用非米制螺紋。各公差等級的螺紋尺寸須滿足GB/T15756 普通螺紋極限尺寸的要求。

 

 

 

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

 

 

 

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、擰緊程度、連接外觀等要求，其頭部主要作用為承載和扳擰。

 

  

 

 

2. 螺紋配合設計

 

 

 

對不同的材質，為保證能承受足夠的連接應力，需使用不同的嚙合長度。下圖規定了上述情況匹配使用時的最小嚙合長度要求，可做評估使用。

 

  

 

在不干涉其它零件情況下，螺栓和螺柱與螺母相配后末端應超出螺母頂面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干涉并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、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

 

一般說來，性能等級較高的螺母可以代替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

 

設計緊固接頭時，還必須確保被夾緊材料所能承受的極限單位面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潰問題，引起較大的預緊力衰減。

 

4. 鎖緊結構的選擇

 

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）、鎖固膠三種型式。

 

選用時應注意：

 

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構原因會導致外螺紋涂層的破壞，容易引起銹蝕，且鎖緊結構隨著擰入擰出次數的增加而降低，不適用于需要經常拆卸的連接部位；

 

非金屬嵌件鎖緊螺母的優點是耐沖擊性、抗振性、重復使用性較全金屬型好，但耐溫性較差，應避免在高溫區域使用；

 

常用鎖固膠為微膠囊預涂式鎖固膠和尼龍鎖固膠，前者較后者使用溫度高，但缺點是不能重復使用，每次拆卸后需更換新的緊固件并清理螺紋孔。

 

5. 螺母的設計

 

螺母在設計時應確保其有足夠的厚度來獲得保證載荷，嚙合螺紋需滿足螺紋配合設計要求，8級和10級螺母，有效螺紋長度推薦≥1d；

 

結構上優先選擇六角法蘭面螺母；

 

關鍵緊固接頭，應優先考慮具有鎖緊結構的螺母。

 

06

 

摩擦系數設計要求

 

 

摩擦系數是螺栓連接設計的前提和邊界，每個緊固件體系內都應該有緊固件摩擦系數范圍要求要求，

 

 

 

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，為扭矩控制法和扭矩-角度控制法。

 

 

 

扭矩控制法是根據扭矩大小和軸向力之間存在一定關系所制定的一種方法，該方法在擰緊時，只對緊固扭矩M進行控制。

 

 

 

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。但因扭矩受摩擦系數影響較大，擰緊后獲得的預緊力有較大散差，通常可達到±30%。

 

 

 

扭矩-角度控制法（也稱轉角法）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制的方法，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制螺栓伸長量，擰緊后能獲得較小的預緊力散差，通常在±15%左右。

 

 

 

如果能夠滿足設計要求，擰緊工藝應優先選擇扭矩控制法。盡管轉角法控制精度比較高，螺栓利用率高，但是對于小產量的車型，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. 系統級試驗  高強度緊固接頭需要開展預緊力臺架測試及擰緊工藝驗證，在緊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《金屬緊固件檢測項目》標準，新開的零件需要試驗和認證。