今天為大家介紹：汽車金屬緊固件的結(jié)構(gòu)和功能、法規(guī)要求、選用原則和設(shè)計規(guī)范，

 

為老鐵們提供一個指導(dǎo)原則，希望大家在后續(xù)的工作中能起到一定的參考作用。

 

 

01

 

緊固件介紹

 

 

1. 系統(tǒng)定義

 

用于連接、固定各功能件的零件稱為緊固件，因其標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化程度極高，有對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為支撐，因此也有人將其稱為標(biāo)準(zhǔn)緊固件或標(biāo)準(zhǔn)件。

 

2. 結(jié)構(gòu)種類

 

緊固件品種繁多，對應(yīng)各類不同的標(biāo)準(zhǔn)，包括產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，公差標(biāo)準(zhǔn)、性能標(biāo)準(zhǔn)、表面處理、標(biāo)記方法以及驗收檢查、包裝等等，分別體現(xiàn)在多個國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jù)統(tǒng)計，一輛輕型車平均用緊固件約500種規(guī)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(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定的特點。

 

自攻螺釘與預(yù)制孔配合型式一般用于將重量較輕的物體，如內(nèi)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(huán)箍多用于低壓液壓系統(tǒng)或氣壓系統(tǒng)，冷卻管路等。

 

4. 新技術(shù)發(fā)展趨勢

 

隨著新能源車型的崛起，全鋁制車身的應(yīng)用逐漸廣泛，傳統(tǒng)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(chǎn)品的技術(shù)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(yīng)力，因此，對材料的綜合性能要求很高，而國內(nèi)鋼材在有害元素及夾雜物控制、冷頂鍛性能等方面與發(fā)達國家還存在較大差距。

 

因此，在冷鐓鋼材料的發(fā)展上將著力非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼用線材研發(fā)、10.9級螺栓用低碳硼鋼擴展、高強度螺栓鋼等基礎(chǔ)研發(fā)，進一步提升我國緊固件線材的整體質(zhì)量水平。

 

 

02

 

法規(guī)要求

 

 

緊固件產(chǎn)品需強制符合”汽車零件和材料禁限用物質(zhì)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(guī)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(biāo)準(zhǔn)要求；

 

2. 安全性：緊固接頭能滿足安全方面的法規(guī)要求

 

 

04

 

制造策略

 

 

1. 除非冷鐓工藝無法實現(xiàn)，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(chǎn)品，需要進行防氫脆處理；

 

 

05

 

設(shè)計原則

 

 

1. 緊固接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計

 

 

 

a. 米制螺紋 除特殊情況，如安全帶相關(guān)緊固件因行業(yè)慣例使用統(tǒng)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(shè)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(yù)緊力衰減和螺栓斷裂問題發(fā)生。

 

 

 

c. 頭部型式的選用 緊固件頭部形狀較多，以適應(yīng)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(shè)計

 

 

 

對不同的材質(zhì)，為保證能承受足夠的連接應(yīng)力，需使用不同的嚙合長度。下圖規(guī)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(yīng)超出螺母頂面1-2個完整牙為宜，當(dāng)螺栓擰入盲孔時，應(yīng)確保螺栓的長度不得與盲孔產(chǎn)生干涉并確保至少一倍直徑的螺紋在受力區(qū)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(fēng)險，避免選用12.9級螺栓

 

材料防壓潰設(shè)計

 

設(shè)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(yù)緊力產(chǎn)生的抗壓強度，以避免可能發(fā)生的材料壓潰問題，引起較大的預(yù)緊力衰減。

 

4. 鎖緊結(jié)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(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-鎖緊墊圈組合件；

 

全金屬鎖緊螺母的優(yōu)點是耐溫性好，但在擰緊過程中因結(jié)構(gòu)原因會導(dǎo)致外螺紋涂層的破壞，容易引起銹蝕，且鎖緊結(jié)構(gòu)隨著擰入擰出次數(shù)的增加而降低，不適用于需要經(jīng)常拆卸的連接部位；

 

非金屬嵌件鎖緊螺母的優(yōu)點是耐沖擊性、抗振性、重復(fù)使用性較全金屬型好，但耐溫性較差，應(yīng)避免在高溫區(qū)域使用；

 

常用鎖固膠為微膠囊預(yù)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(fù)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(shè)計

 

螺母在設(shè)計時應(yīng)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(shè)計要求，8級和10級螺母，有效螺紋長度推薦≥1d；

 

結(jié)構(gòu)上優(yōu)先選擇六角法蘭面螺母；

 

關(guān)鍵緊固接頭，應(yīng)優(yōu)先考慮具有鎖緊結(jié)構(gòu)的螺母。

 

06

 

摩擦系數(shù)設(shè)計要求

 

 

摩擦系數(shù)是螺栓連接設(shè)計的前提和邊界，每個緊固件體系內(nèi)都應(yīng)該有緊固件摩擦系數(shù)范圍要求要求，

 

 

 

不同主機廠有不同規(guī)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(shè)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(jù)扭矩大小和軸向力之間存在一定關(guān)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(yōu)點，是目前行業(yè)內(nèi)最廣泛使用的擰緊方法。但因扭矩受摩擦系數(shù)影響較大，擰緊后獲得的預(yù)緊力有較大散差，通?？蛇_到±30%。

 

 

 

扭矩-角度控制法（也稱轉(zhuǎn)角法）是將螺栓與螺母的相對回轉(zhuǎn)角度作為指標(biāo)進行初始預(yù)緊力控制的方法，可在彈性區(qū)和塑性區(qū)使用。

 

 

 

相對扭矩法，轉(zhuǎn)角法因通過轉(zhuǎn)角直接控制螺栓伸長量，擰緊后能獲得較小的預(yù)緊力散差，通常在±15%左右。

 

 

 

如果能夠滿足設(shè)計要求，擰緊工藝應(yīng)優(yōu)先選擇扭矩控制法。盡管轉(zhuǎn)角法控制精度比較高，螺栓利用率高，但是對于小產(chǎn)量的車型，轉(zhuǎn)角法設(shè)備費用太高。

 

 

08

 

實驗和認(rèn)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(tǒng)級試驗  高強度緊固接頭需要開展預(yù)緊力臺架測試及擰緊工藝驗證，在緊固接頭開發(fā)實驗室負(fù)責(zé)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(biāo)準(zhǔn)，新開的零件需要試驗和認(rèn)證。