緊固件在汽車金屬薄板連接中的應(yīng)用研究

摘 要：緊固件是實(shí)現(xiàn)汽車零部件安裝裝配的主要元件，對(duì)緊固件在金屬薄板連接中的應(yīng)用研究可以進(jìn)一步了解汽車設(shè)計(jì)連接的方式。通過對(duì)汽車金屬薄板連接要求的分析，對(duì)不同種類的緊固件進(jìn)行應(yīng)用研究和實(shí)例分析。結(jié)果表明正確選用緊固件是達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵所在。

關(guān)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(qiáng)度鋼板，某些設(shè)計(jì)還采用鋁合金板，進(jìn)一步降低整車重量。因此，金屬薄板連接在汽車生產(chǎn)和裝配中占據(jù)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(nèi)飾件的安裝等，利用緊固件連接金屬薄板是汽車生產(chǎn)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(shù)量巨大，因此，對(duì)緊固件在汽車金屬薄板連接的應(yīng)用研究是必要的。

連接設(shè)計(jì)中應(yīng)先選擇緊固件種類，通過計(jì)算和校核再選取具體規(guī)格和參數(shù)。作者從汽車用金屬薄板的種類和特性入手進(jìn)行分析，根據(jù)不同緊固件適用的連接結(jié)構(gòu)和要求，通過對(duì)當(dāng)前汽車行業(yè)主要采用緊固件進(jìn)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(fā)設(shè)計(jì)水平的提高。

1 連接的要求

1.1 金屬薄板材料

高強(qiáng)度鋼板在汽車上應(yīng)用趨于增多，它解決了汽車普通板材重量與強(qiáng)度之間的矛盾。高強(qiáng)度鋼板一般采用沖壓成型，常作為車身主要結(jié)構(gòu)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(huì)影響鋼板可焊性，焊接前需調(diào)整焊接參數(shù)和工藝[1]。普通鍍鋅鋼板的應(yīng)用較為普遍，鋼板抗拉強(qiáng)度不及高強(qiáng)度鋼板，沖孔、折彎和成型等加工相對(duì)容易。鋅的電阻較大，影響鋼板的焊接特性。在選擇緊固件進(jìn)行連接時(shí)，一般避免采用焊接螺栓或焊接螺母連接高強(qiáng)度鋼板和鍍鋅鋼板。

應(yīng)用鋁合金板材主要是考慮到其質(zhì)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(qiáng)度和性能

汽車金屬薄板連接強(qiáng)度和性能要符合連接部位的要求，涉及車身安全、碰撞保護(hù)和行人保護(hù)的部位均應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確保連接效果滿足設(shè)計(jì)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(shí)車門有效保護(hù)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(qiáng)度的設(shè)計(jì)與選擇是保證連接可靠性的前提，在采用螺紋連接時(shí)，若通過控制預(yù)緊力防止螺紋聯(lián)接松動(dòng)，就必須保證計(jì)算和分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，預(yù)緊力過大會(huì)導(dǎo)致使用中緊固件的斷裂失效或破壞被連接部件導(dǎo)致連接松動(dòng)，相反，預(yù)緊力過小會(huì)產(chǎn)生夾緊力不足，連接件與被連接件摩擦力變小，產(chǎn)生松動(dòng)。

1.3 連接工藝

汽車屬于高度流水線作業(yè)生產(chǎn)，連接工藝的選擇要考慮到生產(chǎn)節(jié)拍與資源配置。如部件與車身相連接時(shí)，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(jìn)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(chǎn)生的電位腐蝕。連接工藝也會(huì)影響生產(chǎn)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(yīng)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(shí)金屬薄板易產(chǎn)生變形，因而無法可靠夾緊金屬薄板，從而造成螺紋松動(dòng)或被連接零件的連接表面凹陷，該連接形式較為簡(jiǎn)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(qiáng)度較高，裝配時(shí)應(yīng)避免金屬薄板變形。焊接容易產(chǎn)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(yù)制孔，普通鉚螺母預(yù)制孔為圓孔，六角鉚螺母預(yù)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(zhuǎn)動(dòng)。沖壓螺母則不需預(yù)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(shí)現(xiàn)固定，生產(chǎn)效率高且連接可靠，但設(shè)備投入成本也高，因此，使用該螺母前應(yīng)評(píng)估生產(chǎn)效率與生產(chǎn)批量、設(shè)備投入成本之間的關(guān)系[2]。簧片螺母的使用較為簡(jiǎn)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?shù)臄Q入而擠出塑料，利用螺母膨脹夾持金屬薄板，連接強(qiáng)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(shí)要考慮到螺紋防松，一般可采用預(yù)緊力控制和預(yù)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(qiáng)度較小。由于連接過程中螺紋對(duì)板材間隙的影響，最好連接板材層數(shù)不超過4層。使用自攻螺釘要預(yù)先制出光孔。在操作環(huán)境不便時(shí)，可采用自鉆自攻螺釘，省去了預(yù)制光孔的步驟，提高單體連接效率，但不適應(yīng)大量生產(chǎn)，自鉆自攻螺釘擰入時(shí)產(chǎn)生大量噪聲，不利于作業(yè)環(huán)境對(duì)操作人員的保護(hù)。

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(yù)制光孔，但塑料件自攻螺釘?shù)穆菁y牙型不同于普通自攻螺釘，而是呈現(xiàn)出高低交錯(cuò)，有利于夾持塑料件，嵌入塑料機(jī)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(jīng)濟(jì)、重量更輕。鉚接工藝過程比較容易控制，對(duì)連接材料的機(jī)械性能無不良影響。鉚孔對(duì)被連接件的截面強(qiáng)度會(huì)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(qiáng)度和疲勞性要求[2]。

鉚接的局限性表現(xiàn)為不宜用于連接太厚的材料，被鉚接件的零件不應(yīng)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(jié)構(gòu)中的固定連接。此外，還應(yīng)該注意被鉚接件中強(qiáng)度高的零件不應(yīng)夾在強(qiáng)度低的零件之間，厚度、剛性大的零件應(yīng)布置在外側(cè)。被連接材料較軟時(shí)，可采用如塑料用鉚釘。

2.4 卡扣

3 結(jié)論

3.1 普通螺紋連接雖然應(yīng)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(fā)揮承載作用。

3.2 采用專用零件應(yīng)注意使用成本和規(guī)模效益，塑料件的應(yīng)用規(guī)模逐漸擴(kuò)大。汽車板材連接技術(shù)和緊固件的應(yīng)用是汽車設(shè)計(jì)制造的一個(gè)重要組成，金屬薄板的材料強(qiáng)度、密度、導(dǎo)電性等特性都會(huì)對(duì)連接產(chǎn)生影響，因此，合理選擇標(biāo)準(zhǔn)件是金屬薄板連接的首要環(huán)節(jié)，連接質(zhì)量的好壞也影響著最終汽車產(chǎn)品的可靠性和耐久性。

參考文獻(xiàn)

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

[2]朱彤.汽車標(biāo)準(zhǔn)件手冊(cè)[M].長(zhǎng)春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2012.