汽車金屬緊固（gù）件設計（jì）選用（yòng）指導

今天為大家介（jiè）紹（shào）：汽車金屬緊固件的結構和功（gōng）能、法規要求、選用原則和設計規（guī）範（fàn），

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

01

緊固件介紹

1. 係統定義

用於（yú）連接、固定各功能件的（de）零（líng）件稱為緊（jǐn）固件，因其標準化、係列化、通（tōng）用化程度極高，有對應的國家標準或行業標（biāo）準作為支撐，因此也有人將其稱為標（biāo）準緊固件或標準件。

2. 結構種類

緊固件品種繁多（duō），對應各類不同的標準，包（bāo）括產品標準，公差標準、性能標（biāo）準、表麵處理（lǐ）、標記方法以及驗收檢（jiǎn）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（luó）釘、墊圈（quān）、塑料螺母及卡扣等，據統（tǒng）計，一輛輕型車平均用緊固件約500種（zhǒng）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（de）費用約占整車成本的2.5%-3.0%。

3. 功能（néng）介紹

螺栓/螺（luó）釘（dìng）/雙頭螺柱與螺母/螺紋孔配合的型式，主要用於承受（shòu）較大載荷的（de）高（gāo）強度連接副，具有結構簡單（dān），穩定的（de）特點。

自攻螺（luó）釘與預製孔配（pèi）合型式一般用於將重（chóng）量較輕的物體，如內飾，小（xiǎo）型電器類零件固定在金屬薄板上（shàng）。

卡扣管夾（jiá）類塑料（liào）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（gū）環箍多用（yòng）於低壓液壓係統或氣壓係統（tǒng），冷卻管路等（děng）。

4. 新技術發（fā）展趨勢

隨著新能源車型（xíng）的崛起，全鋁製車身（shēn）的應用逐漸廣（guǎng）泛，傳統的焊接螺栓，螺母不（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（xīn）緊固件的重要性不斷提（tí）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無紅鏽的水平。

汽車（chē）用緊固件，在服役（yì）過程中承受各種（zhǒng）高溫高（gāo）壓（yā）、低溫、振動、腐（fǔ）蝕、重載、交變應（yīng）力，因此，對材料的綜合性能要求很高，而國內鋼（gāng）材在有害元素及夾雜物控（kòng）製（zhì）、冷頂鍛性能等方麵與發達國家還存在（zài）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（shuān）用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓（shuān）鋼等基礎研發，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（qiú）

緊固（gù）件產品需強製符合（hé）”汽車零件（jiàn）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（néng）要求（qiú）

緊固接頭，需要滿足的主要性能要求如下：

1. 可靠性：緊固接（jiē）頭的（de）路試耐久，防腐性能滿足標準要求；

2. 安全性：緊固接頭（tóu）能滿足安全（quán）方麵的法規要求

04

製造策略

1. 除非冷鐓工藝（yì）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（gōng）藝，不（bú）得（dé）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（gù）接頭結構設計

a. 米製螺紋 除特殊情況，如安全帶（dài）相關（guān）緊固件因行業慣例使（shǐ）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寸須滿足（zú）GB/T15756 普通螺（luó）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（qiú）。開孔過大會引起預緊力衰（shuāi）減和螺栓斷裂問題（tí）發生。

c. 頭部型式的選用 緊固件頭（tóu）部形狀較（jiào）多，以適應不同的裝配空間、擰緊程度（dù）、連接外觀等要求（qiú），其頭部主要（yào）作（zuò）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（lián）接應力，需使用不同的齧合長（zhǎng）度。下圖規定了上述情況匹配（pèi）使（shǐ）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（jiàn）情況下，螺栓（shuān）和螺柱（zhù）與螺母相配後末端應超出螺母頂麵1-2個完整牙為（wéi）宜，當螺（luó）栓擰入盲孔時，應確保螺栓的長度不得與盲（máng）孔產生幹涉並確保至少一倍直徑的螺紋在受力（lì）區域。

3. 等級（jí）匹配性

一般情（qíng）況下，螺母與（yǔ）螺栓、螺柱或（huò）螺釘（dìng）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（pèi）；

10級螺（luó）母可以與10.9級的（de）螺栓、螺柱或（huò）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（lái），性能等（děng）級較高的螺母可以（yǐ）代替性能等級較低的螺母（mǔ），如10級螺母可以代替（tì）8級螺（luó）母與8.8級螺栓、螺柱或螺釘相配。

考慮到較高的脆斷風（fēng）險，避免選用（yòng）12.9級螺栓

材料防壓潰設計

設計（jì）緊固接頭時，還必須確保被（bèi）夾緊材料所能承（chéng）受的極限單（dān）位麵積壓力需要超過螺栓預緊力產生的抗壓強（qiáng）度，以避免可能發生的材料（liào）壓潰問題，引起較大的預緊力（lì）衰減（jiǎn）。

4. 鎖緊結（jié）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（suǒ）緊螺母和非金屬嵌件（jiàn）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（cǎi）用螺釘-鎖緊墊圈組合件；

全金屬鎖緊（jǐn）螺母（mǔ）的優點是耐溫性好，但在擰緊過程中（zhōng）因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（nǐng）出次數的增加而降（jiàng）低，不適用於需要經常拆卸的連接部（bù）位（wèi）；

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

常用鎖固膠為微膠囊預（yù）塗式鎖固膠和尼龍鎖固膠，前者較後者使用溫度高，但缺點是不能重複使用，每次（cì）拆卸後需更換新的緊固件並清理螺紋孔。

5. 螺母的設計

螺母在設計時應確保其有足夠的厚度（dù）來獲得保證載荷，齧合螺（luó）紋需滿足螺（luó）紋配合設計要求，8級和10級（jí）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（yōu）先考慮具（jù）有（yǒu）鎖緊結構的螺母。

06

摩擦係數設計要求（qiú）

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

不同主機廠有不（bú）同規定，主流的（de）有0.09-0.15,0.10-0.16, 0.12-0.18三種。

07

擰緊工藝（yì）設計

常用的裝配方法（fǎ），為（wéi）扭矩控（kòng）製（zhì）法（fǎ）和扭矩-角（jiǎo）度控（kòng）製法（fǎ）。

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

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（jǔ）受摩擦係數影響較大，擰緊後獲得的預（yù）緊力有較大散差，通常可達（dá）到±30%。

扭矩-角（jiǎo）度控（kòng）製法（也稱轉角法）是（shì）將（jiāng）螺栓與（yǔ）螺母的相對回轉角（jiǎo）度作為指標進行初始預緊力（lì）控製的方法，可在（zài）彈性區和塑性區使用。

相對扭矩法，轉角法（fǎ）因通過轉角直接控製（zhì）螺栓伸長量，擰緊（jǐn）後（hòu）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（zhuǎn）角法設備費用太高。

08

實驗和認證

1. 整車（chē）級試驗緊固件及緊固接頭（tóu）主（zhǔ）要需滿足整（zhěng）車耐久和整（zhěng）車耐腐蝕試驗。

2. 係統級試驗  高強度緊固（gù）接頭需要開展預緊力台架測試及擰（nǐng）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（cè）項目》標準，新開的零（líng）件需要試驗和認證。