緊固件在汽車金屬薄板連接中的應用研究

摘 要：緊固件是實現汽車零部件安裝裝配的主要元件，對緊固件在金屬薄板連接中的應用研究可以進一步了解汽車設計連接的方式。通過對汽車金屬薄板連接要求的分析，對不同種類的緊固件進行應用研究和實例分析。結果表明正確選用緊固件是達到設計目標的關鍵所在。

關鍵詞：緊固件；汽車板材；連接

前言

考慮到汽車輕量化的因素，目前汽車大量使用高強度鋼板，某些設計還采用鋁合金板，進一步降低整車重量。因此，金屬薄板連接在汽車生產和裝配中占據了很大的比重，如汽車白車身的焊接、車身部件的連接和車身內飾件的安裝等，利用緊固件連接金屬薄板是汽車生產中除焊接以外的主要連接方式。由于汽車用緊固件的種類繁多且數量巨大，因此，對緊固件在汽車金屬薄板連接的應用研究是必要的。

連接設計中應先選擇緊固件種類，通過計算和校核再選取具體規格和參數。作者從汽車用金屬薄板的種類和特性入手進行分析，根據不同緊固件適用的連接結構和要求，通過對當前汽車行業主要采用緊固件進行比較和分析，研究金屬薄板連接中緊固件的種類選擇，有助于汽車開發設計水平的提高。

1 連接的要求

1.1 金屬薄板材料

高強度鋼板在汽車上應用趨于增多，它解決了汽車普通板材重量與強度之間的矛盾。高強度鋼板一般采用沖壓成型，常作為車身主要結構件，用于白車身階段前的各種成型和連接，多采用焊接，但碳和合金元素的含量會影響鋼板可焊性，焊接前需調整焊接參數和工藝[1]。普通鍍鋅鋼板的應用較為普遍，鋼板抗拉強度不及高強度鋼板，沖孔、折彎和成型等加工相對容易。鋅的電阻較大，影響鋼板的焊接特性。在選擇緊固件進行連接時，一般避免采用焊接螺栓或焊接螺母連接高強度鋼板和鍍鋅鋼板。

應用鋁合金板材主要是考慮到其質量輕，在汽車非重要承載部位代替鋼板，鋁合金的焊接特性很差，因此多采用緊固件連接。

1.2 連接強度和性能

汽車金屬薄板連接強度和性能要符合連接部位的要求，涉及車身安全、碰撞保護和行人保護的部位均應進行試驗驗證，確保連接效果滿足設計要求。如車門鉸鏈與車身金屬薄板的連接一般采用雙螺釘配合焊接螺母，保證在車輛碰撞或翻滾時車門有效保護乘員，且在事故中連接部位不易變形，乘員能順利逃生。

連接強度的設計與選擇是保證連接可靠性的前提，在采用螺紋連接時，若通過控制預緊力防止螺紋聯接松動，就必須保證計算和分析數據的準確性，預緊力過大會導致使用中緊固件的斷裂失效或破壞被連接部件導致連接松動，相反，預緊力過小會產生夾緊力不足，連接件與被連接件摩擦力變小，產生松動。

1.3 連接工藝

汽車屬于高度流水線作業生產，連接工藝的選擇要考慮到生產節拍與資源配置。如部件與車身相連接時，通常采用在車身焊接期間焊接螺母或焊接螺栓，到總裝階段再進行裝配，以提高裝配效率并保證安裝精度。選擇連接工藝要考慮避免不同種類的金屬薄板疊加連接產生的電位腐蝕。連接工藝也會影響生產成本，合理選擇緊固件可減少不必要的工序和操作。

2 緊固件的應用

2.1 普通螺紋連接

2.1.1 不使用螺母的連接。若與金屬薄板連接的部件厚度較大或僅能制出盲孔，則可以使用螺栓或螺釘直接旋入擰緊，由于金屬板材的厚度較小，施加擰緊力矩時金屬薄板易產生變形，因而無法可靠夾緊金屬薄板，從而造成螺紋松動或被連接零件的連接表面凹陷，該連接形式較為簡單但可靠性不足。

焊接螺母與焊接螺栓一樣，均要考慮金屬薄板的可焊性和焊接工藝，焊接強度較高，裝配時應避免金屬薄板變形。焊接容易產生焊渣和廢氣，盡可能不采用人工焊接。鉚螺母需要專用安裝工具和金屬薄板預制孔，普通鉚螺母預制孔為圓孔，六角鉚螺母預制孔為六邊形，管身為六邊形的鉚螺母能更好地防止自身轉動。沖壓螺母則不需預制孔，而是直接在金屬薄板上沖出圓孔，并利用螺母沖頭部分嵌入金屬薄板實現固定，生產效率高且連接可靠，但設備投入成本也高，因此，使用該螺母前應評估生產效率與生產批量、設備投入成本之間的關系[2]。簧片螺母的使用較為簡單，通過簧片夾持在金屬薄板上，其定位精度較差，常用于牌照等非重要部件的連接。嵌裝塑料螺母與塑料用自攻螺釘相配使用，通過自攻螺釘的擰入而擠出塑料，利用螺母膨脹夾持金屬薄板，連接強度較低，可用于非金屬板和裝飾件的固定。

2.1.4 采用普通螺紋連接時要考慮到螺紋防松，一般可采用預緊力控制和預涂鎖固膠兩種方式。

2.2 自攻螺釘連接

自攻螺釘常用于金屬和非金屬薄板件之間的連接，但其連接強度較小。由于連接過程中螺紋對板材間隙的影響，最好連接板材層數不超過4層。使用自攻螺釘要預先制出光孔。在操作環境不便時，可采用自鉆自攻螺釘，省去了預制光孔的步驟，提高單體連接效率，但不適應大量生產，自鉆自攻螺釘擰入時產生大量噪聲，不利于作業環境對操作人員的保護。

塑料用自攻螺釘于自攻螺釘相比，效能和安裝方式類似，均需要預制光孔，但塑料件自攻螺釘的螺紋牙型不同于普通自攻螺釘，而是呈現出高低交錯，有利于夾持塑料件，嵌入塑料機體深度大，不宜松脫。

2.3 鉚接

鉚接適用于大型金屬覆蓋件的連接，且不可拆卸。與使用螺紋緊固件連接相比，鉚接更為經濟、重量更輕。鉚接工藝過程比較容易控制，對連接材料的機械性能無不良影響。鉚孔對被連接件的截面強度會造成一定的削弱，且鉚接緊固力較小，因此，鉚接的緊密性不及焊接，耐疲勞性也較差，所以通常使用鉚釘組或增加鉚接密度，以滿足強度和疲勞性要求[2]。

鉚接的局限性表現為不宜用于連接太厚的材料，被鉚接件的零件不應多于4層，主要承受剪切力，不適用于承受較大的拉力，常用于非受拉力結構中的固定連接。此外，還應該注意被鉚接件中強度高的零件不應夾在強度低的零件之間，厚度、剛性大的零件應布置在外側。被連接材料較軟時，可采用如塑料用鉚釘。

2.4 卡扣

3 結論

3.1 普通螺紋連接雖然應用廣泛，但有螺紋防松要求。螺紋連接副承載能力大，但并不是都能有效發揮承載作用。

3.2 采用專用零件應注意使用成本和規模效益，塑料件的應用規模逐漸擴大。汽車板材連接技術和緊固件的應用是汽車設計制造的一個重要組成，金屬薄板的材料強度、密度、導電性等特性都會對連接產生影響，因此，合理選擇標準件是金屬薄板連接的首要環節，連接質量的好壞也影響著最終汽車產品的可靠性和耐久性。

參考文獻

[1]陸匠心，王利.高強度汽車鋼板的生產與使用[J].汽車工藝與材料，2004（2）：1-6

[2]朱彤.汽車標準件手冊[M].長春：吉林科學技術出版社，2012.