據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前已發(fā)布實(shí)施的汽車標(biāo)準(zhǔn)件產(chǎn)品常用的標(biāo)準(zhǔn)約240項(xiàng)，種類涵蓋管腔封堵元件、管線路連接固定件、墊圈、螺釘、螺母、螺栓等，其中115項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)與金屬緊固件相關(guān)，占比約48%。隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，各汽車廠家為遏制金屬緊固件(以下稱汽車緊固件)不斷增多所帶來生產(chǎn)、管理等成本的增高，從結(jié)構(gòu)要素、材料和熱處理及表面處理4個方面對緊固件對標(biāo)優(yōu)選，本文對此進(jìn)行探討。

1.1 螺栓

對于六角頭螺栓+彈墊組合件，在螺栓預(yù)緊力較低時，防松效果較好，但由于彈簧墊圈不用于重要部位，因此對帶有彈簧墊圈的螺栓生產(chǎn)上主要使用精度在±40%左右的氣動扳手?jǐn)Q緊，裝配扭矩和軸向力散差大，彈簧墊圈常處于壓平狀態(tài)，甚至有漲圈風(fēng)險，螺栓+彈簧墊圈組合件實(shí)際防松性能不可控，達(dá)不到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。而對于六角法蘭面螺栓，則有以下優(yōu)點(diǎn)。

①在螺紋規(guī)格相同的條件下，六角法蘭面螺栓支撐面積大于六角頭螺栓，能更好地分散支撐面壓力，避免被連接件變形;

②在摩擦系數(shù)相同的條件下，法蘭面螺栓的防松效果明顯優(yōu)于六角頭螺栓;

③為避免套筒端部與被連接件發(fā)生摩擦破壞被連接件表面，相比于使用帶平墊圈的六角頭螺栓組合件，法蘭面螺栓的經(jīng)濟(jì)性更好。

優(yōu)先推薦六角法蘭面螺栓，對六角頭螺栓、六角頭螺栓+彈簧墊圈、六角頭螺栓+彈簧墊圈+平墊圈、六角頭螺栓+平墊圈限制使用。

1.2 螺釘

螺釘?shù)陌鈹Q形式為內(nèi)扳擰，驅(qū)動形式有內(nèi)六角、十字槽、內(nèi)六花，頭型有圓頭、圓柱頭凸緣、平圓頭、平圓頭凸緣、盤頭、盤頭凸緣、沉頭、半沉頭等常用的共8種。

由于對裝配效率的要求也在不斷提高，優(yōu)先選用內(nèi)六角花形螺釘，優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，逐漸限制內(nèi)六角螺釘和十字槽螺釘?shù)氖褂谩?/p>

1.3 螺母

六角法蘭面螺母的使用效果與六角法蘭面螺栓相同，若結(jié)構(gòu)允許，優(yōu)先使用六角法蘭面螺母。對于有特殊防松要求的部位，考慮使用有效力矩型鎖緊螺母，如全金屬鎖緊螺母和非金屬嵌件鎖緊螺母。由于全金屬鎖緊螺母是通過螺紋產(chǎn)生形變來鎖緊的，因此不宜用于經(jīng)常拆卸的部位;非金屬嵌件鎖緊螺母重復(fù)使用性好，但根據(jù)緊固件的標(biāo)準(zhǔn)要求，除發(fā)動機(jī)外，其應(yīng)用溫度≤120℃。特別需要注意的是，有效力矩型鎖緊螺母由于在安裝時需要克服螺母變形或非金屬嵌件帶來的附加力矩，因此需要對扭矩進(jìn)行確認(rèn)，按普通螺母的扭矩值裝配夾緊力有可能不夠，存在使用風(fēng)險。

1.4 螺紋

因?yàn)榧?xì)牙螺紋的承載能力和防松能力要比粗牙螺紋高，所以在選用較大規(guī)格螺紋緊固件的時候，應(yīng)盡量選擇細(xì)牙螺紋，同時也可以減少螺紋緊固件的品種。從表1可以看出，通常M12以下時只有粗牙產(chǎn)品，M12以上只有細(xì)牙產(chǎn)品，商用車的螺紋緊固件中M12 以上是粗細(xì)牙共存的，還存在優(yōu)化空間。

1.5 墊圈

為提升裝配效率，降低漏裝、錯裝風(fēng)險，原則上不允許墊圈類產(chǎn)品單獨(dú)存在。各類墊圈的使用建議如下。

①平墊圈主要用于改善接觸狀態(tài)，增大承載面積并維持支撐面的摩擦系數(shù)穩(wěn)定;②彈簧墊圈利用彈性產(chǎn)生軸向預(yù)緊力，可緩解軸力衰減，但由于防松性能難以有效控制，螺栓易承受偏載，有損壞風(fēng)險;③齒形彈性墊圈具有扭曲的齒，經(jīng)熱處理后硬度較高，裝配時齒產(chǎn)生彈性變形，同時局部嵌入支撐面，形成防松作用，齒形墊圈在連接部位應(yīng)當(dāng)慎用。

表面處理

汽車緊固件包括螺栓、螺母、墊圈，大部分必須經(jīng)過表面處理，保護(hù)免于腐蝕，改善外觀或達(dá)到一定特殊功能，如控制鎖緊力矩的螺蚊緊固件等。如國產(chǎn)某汽車緊固件的使用環(huán)境及耐腐蝕要求，見表2。

2.1 電鍍鋅

防腐性能最好的是鍍鋅黃色鈍化，其次為鍍鋅綠色鈍化，鍍鋅黑色鈍化和鍍鋅藍(lán)白色鈍化耐腐蝕能力一般鍍層為8μm，黃色鈍化白銹時間72h，紅銹時間144h;黑色和白色鈍化白銹時間6h，紅銹時間72h。

實(shí)際應(yīng)用中需要關(guān)注以下三方面。隨著環(huán)保逐漸加嚴(yán)，汽車緊固件使用三價鉻鈍化、鋅鋁涂層等更環(huán)保的方式是今后趨勢;最大抗拉強(qiáng)度大于1000MPa(相當(dāng)于硬度值33.5 HRC、332 HV)的汽車緊固件電鍍后在鈍化前需做驅(qū)氫處理，以降低延遲斷裂風(fēng)險;鉻酸鹽鈍化膜長時間暴露在70℃以上的環(huán)境中，防腐性能會受到破壞，因此對于環(huán)境溫度較高的區(qū)域，鍍鋅鈍化慎用。

2.2 鋅鋁涂層

鋅鋁涂層無氫脆現(xiàn)象，且滿足環(huán)保要求，中性鹽霧試驗(yàn)紅銹時間可以達(dá)到720h。鍍層顏色有黑色及灰色，在涂覆液中加入潤滑劑可改變摩擦系數(shù)，10.9級及以上的螺栓優(yōu)先推薦使用。此外，使用時還應(yīng)考慮以下方面。鋅鋁涂層與基體附著強(qiáng)度不如鍍鋅，使用中有掉粉現(xiàn)象，因此不能用于傳動部件的內(nèi)部，對于需要反復(fù)拆卸的螺栓也不建議使用。此外，對于大規(guī)格螺栓及螺母，滾鍍易產(chǎn)生劃痕和磕碰傷，降低耐腐蝕性能，選用時應(yīng)考慮;對于有導(dǎo)電性能要求的緊固件、外螺紋公稱直徑小于M6和內(nèi)螺紋小于M10的緊固件，為保證旋合性和正常裝配不宜采用鋅鋁涂層。

2.3鋅鎳合金

鋅鎳合金與鍍鋅相比防腐能力有大幅提升，同等鍍層8μm條件下，經(jīng)過鈍化和封閉處理后，可達(dá)到240h表面無白銹，1000h無紅銹;除此之外，還滿足耐高溫的使用要求。由于鋅鎳合金尚存在微量的氫脆傾向，對于抗拉強(qiáng)度大于1000MPa的汽車緊固件為降低質(zhì)量風(fēng)險，使用前須進(jìn)行必要的驗(yàn)證。

2.4鍍銅

銅的熔點(diǎn)在1083 ℃左右，在高溫環(huán)境下，為避免螺紋件燒結(jié)，表面處理選擇鍍銅，特別是發(fā)動機(jī)排氣歧管周邊的汽車緊固件。

材料與熱處理

汽車高強(qiáng)度螺栓一般指8.8級或以上級產(chǎn)品，不僅要求具有很高的抗拉強(qiáng)度和屈服比，而且還要具有很高的低溫沖擊性能，制造的難點(diǎn)之一也在于高強(qiáng)螺栓調(diào)質(zhì)處理，而在其材料選用的是SWRCH35K、10B21、10B33、35CrMo 、42CrMo或20MnTiB鋼等，具體見表3。眾所周知，高強(qiáng)度緊固件的機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果是重點(diǎn)考核的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，也是涉及安全的重要指標(biāo)。SWRCH35K、10B21鋼的主要問題是淬透性差，對高強(qiáng)度螺栓調(diào)質(zhì)處理的工藝及過程的有效控制，對于機(jī)械性能起到至關(guān)重要的作用。

為了汽車高強(qiáng)度螺栓熱處理質(zhì)量，鋼材從以下三方面進(jìn)行控制。①碳含量控制在中上限，既可提高鋼材的強(qiáng)韌性，又可減少偏析傾向。②合金元素控制在上限，可增加鋼材的淬透性和提高強(qiáng)韌性。③盡量減少有害殘留元素P、S的含量，保證鋼材的純凈度。汽車緊固件等級與材料。

調(diào)質(zhì)處理過程中螺栓內(nèi)部組織和性能的變化無法實(shí)時監(jiān)測，這是質(zhì)量控制難點(diǎn)之一。裝爐前應(yīng)認(rèn)真核對螺栓頭部標(biāo)記，保證被處理螺栓的信息準(zhǔn)確無誤和熱處理后不丟失以及可辯認(rèn)。淬火加熱過程嚴(yán)格控制，碳勢要準(zhǔn)確無誤，記錄每一批螺栓淬火出爐的時間，在出淬火介質(zhì)后應(yīng)檢測工件表面硬度，10B21、20MnTiB鋼應(yīng)大于43HRC;SWRCH35K、45、10B33鋼應(yīng)大于48HRC。淬火后的顯微組織為細(xì)針狀馬氏體，按JB/T9211-2008《中碳鋼與中碳合金結(jié)構(gòu)鋼馬氏體等級》標(biāo)準(zhǔn)評定，淬火馬氏體為3～5級符合技術(shù)要求;表面與芯部淬火硬度均勻度不大于3HRC。

結(jié)束語

本文結(jié)合了汽車緊固件實(shí)際生產(chǎn)中的一些經(jīng)驗(yàn)，并對汽車的實(shí)際應(yīng)用情況和部分標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了簡述，為企業(yè)汽車緊固件的品種對標(biāo)優(yōu)化提供參考。汽車緊固件的對標(biāo)優(yōu)化是一個系統(tǒng)化的工程，涉及到標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、P功能優(yōu)化、設(shè)計(jì)選用和生產(chǎn)管理體現(xiàn)等具體工作，需要綜合考慮設(shè)計(jì)、逐步完善。