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(gè)方面對(duì)緊固件對(duì)標(biāo)優(yōu)選，本文對(duì)此進(jìn)行探討。

1.1 螺栓

對(duì)于六角頭螺栓+彈墊組合件，在螺栓預(yù)緊力較低時(shí)，防松效果較好，但由于彈簧墊圈不用于重要部位，因此對(duì)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(dòng)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(xiǎn)，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(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)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(shí)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(duì)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(xiǎn)。

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(shí)候，應(yīng)盡量選擇細(xì)牙螺紋，同時(shí)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(shí)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(cuò)裝風(fēng)險(xiǎn)，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(xiǎn);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(shí)齒產(chǎn)生彈性變形，同時(shí)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(guó)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(shí)間72h，紅銹時(shí)間144h;黑色和白色鈍化白銹時(shí)間6h，紅銹時(shí)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(jià)鉻鈍化、鋅鋁涂層等更環(huán)保的方式是今后趨勢(shì);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(xiǎn);鉻酸鹽鈍化膜長(zhǎng)時(shí)間暴露在70℃以上的環(huán)境中，防腐性能會(huì)受到破壞，因此對(duì)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(shí)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(rùn)滑劑可改變摩擦系數(shù)，10.9級(jí)及以上的螺栓優(yōu)先推薦使用。此外，使用時(shí)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(dòng)部件的內(nèi)部，對(duì)于需要反復(fù)拆卸的螺栓也不建議使用。此外，對(duì)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(shí)應(yīng)考慮;對(duì)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(duì)于抗拉強(qiáng)度大于1000MPa的汽車緊固件為降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，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(dòng)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(jí)或以上級(jí)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(duì)高強(qiáng)度螺栓調(diào)質(zhì)處理的工藝及過程的有效控制，對(duì)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(jí)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(shí)監(jiān)測(cè)，這是質(zhì)量控制難點(diǎn)之一。裝爐前應(yīng)認(rèn)真核對(duì)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(shì)要準(zhǔn)確無誤，記錄每一批螺栓淬火出爐的時(shí)間，在出淬火介質(zhì)后應(yīng)檢測(cè)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(jí)》標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定，淬火馬氏體為3～5級(jí)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(duì)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(jiǎn)述，為企業(yè)汽車緊固件的品種對(duì)標(biāo)優(yōu)化提供參考。汽車緊固件的對(duì)標(biāo)優(yōu)化是一個(gè)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。