汽车紧固件的开发、应用和成本分析

5月13日晚8点30分，“盖世微课堂——汽车紧固件的开发、应用和成本分析”正式开讲！盖世汽车特邀行业资深专家天津山口汽车紧固件制造有限公司副总经理周建林开堂授课并解答微友提问，同时来自东风裕隆、北汽、上汽、奇瑞汽车、长安标致雪铁龙、大运汽车、金龙客车、重汽等整车厂；延锋、佛吉亚、汉拿伟世通、西德科等零部件企业以及宾科、卓越、鸿基等紧固件相关企业共计266位人士在群内展开热烈讨论。以下是课堂焦点内容速记汇总，与业内共飨：

紧固件的开发设计分为八个部分和大家一起探讨，第二大部分主要围绕紧固件在汽车行业市场上的应用，第三个部分讲的是紧固件的成本分析。

首先。我们来看一下第一部分，产品的开发验证主要从这5个方面来阐述，首先了解产品开发评审Q、C、D是否满足？市场前景如何？第二个方面是产品的设计与开发、产品的输入和输出、产品的图纸。第三个是过程设计与开发，比如平常用的FMEA分析、控制计划、过程流程图、工艺图纸、工艺作业指导书等等相关的作业文件。第四个是产品过程设计开发验证，所出来的一些样件、全尺寸性能检测、工程能力研究、产能评价等。第五个是反馈、评定与纠正措施。

接下来是我们紧固件行业中一些工艺流程，一个紧固件是如何制造出来的，通过盤元，拔丝，再是冷镦成型跟搓丝成牙，再是热处理，表面处理，选别再送到客户手中这么一个完整的制造流程图，我们也根据相关的行业标准， JIS、GB、DIN、ISO标准及按照顾客指定标准持续为汽车产业提供技术方案。

第三个方面是模具设计参数 ，我们首先了解紧固件的压缩比率，强束材质，压缩的可能性 ，从这些方面考虑要紧固件是否能最大程度的生产。所以这里以下做了一些区分，从3mm到5mm以上，每一种可能范围不一样，所以按照这种百分比计算方式，在ppt中也有详述。当然对每一种材质也有一些压缩比率要求，比如我们常说的10A,10毫钢，它的压缩比率是最大值像 SUS43012不锈铁的一些压缩比率,这是经验所得来的一些压缩比率值.

可能很少有紧固件企业会存在的一些模具软件的设计，以下是现在德国CPM公司引进的一套模具软件设计的验证，通过模具软件设计，不需要进行调试，

而且在电脑上可以操作这个可行度与否。

接下来有一套产品的模拟实验：

从产品模拟指标查看 ，刚才我们前面提到了6个方面，现在展示是第一，就是金属材料流向，我们通常没有使用软件的时候，使产品会通过切割片用放大镜来看它的金属流向，但是我们有了这套软件之后，能够直接在电脑上查看它的金属流向的情况。第二张是等效应力的变化。看产品不同的地方的受力的情况。第三张是等效塑性应变 。当产品变形，每一个部位塑性变化是不一样的，查看它塑性变化受力的情况。

关于紧固件材料材料，目前市场上标准件主要是碳钢、不锈钢、铜三种。碳钢，我们在使用过程中标准件有低碳钢，中碳钢，高碳钢以及合金钢。现在目前市场上使用的最多的是低碳钢，中碳钢，合金刚，高碳钢目前市场上没有出现的太多。在汽车紧固件行业中，合金钢，特别像SCM435，SCM440像这种铬鉬合金钢用的特别的广泛。我所接触到的不锈钢材质主要分奥氏体和马氏体两种，目前市场上进口材料主要是日本产品，按级别主要分SUS302、SUS304、SUS316。铜，市场上主要用H62、H65、H68铜做标准件。这里也有一份我们在选材料对应级别的一个区分，从4.8级到12.9级等等相关的对应的相关的可选用的材质，包括我们有一些螺母，焊接螺母材料的选用。

后续热处理要求特别多的是对一些材料各个元素，对钢的性质的影响在热处理上有一些特殊的要求，主要是这八个碳、锰、镍、铬、钼、硼、矾、硅这几种材料，对这几种材料处理时它们会有一些特性。

紧固件材料在不同国家有不同的牌号，常用材料国内外牌号对比是从4.8级到12.9级，在日本、中国跟美国相对应的一些材料的牌号的区分，比如12.9级在日本通常是SCM435~440，在中国可能就是35~40Cr，在美国是4135~4140，不同国家有不同的材料牌号。

对于一个紧固件它的重量是如何得来的？我们在前期开发过程中是不知道材料的实际重量，是需要经过计算的，所以接下来这一张是计算材料用量的计算方法。常用的是这两种方法，体积乘以材料比重，这上面也有体现，铁的密度是0.00785，不锈钢跟黄铜是0.008

关于紧固件的热处理。第一，对于4.8级到12.9级硬度相关一个要求，同时也结合国标3098.1的一个技术参数；第二个是一些小的紧固件，一些自攻、自钻的产品的芯部和表面硬度的对比，包括自攻，自钻螺丝在渗碳层上也有一些要求，以免脱碳层的脱落。

热处理之后最重要的是表面处理，表面处理因为现在受环保要求，我们基本上采用的是市场上常见的三价五鉻的处理方式，镀锌产品以蓝白，彩锌，黑锌等为主。近两年出现的是锌镍合金是汽车行业比较常用的，包括久美特，常用的原因是他们的盐雾实验要求是非常高的。当然常用表面处理类型及盐雾标准，也可依据客户要求通过增加封闭剂的方式来调节高盐雾要求。

刚才提到了紧固件的一个芯部硬度，芯部硬度过高的话很容易产生芯脆，汽车紧固件必然要有一个除氢处理的方式和时间上的处理模式。除氢处理是针对镀锌、镀镉、镀镍，电镀后尽快在4h内进行驱氢处理。驱氢在恒箱中进行，温度为190~230°C。驱氢时间必须从达到规定的温度时开始计算，如果放进去就计算是不准确的。

紧固件的开发设计最重要的环节是质量管控 ，从进料到成品出货有几大关口，这几大关口有不同的检验方式。首先进料有相关是外观、尺寸、元素、性能、有害物质检测等等；过程方面更多的是外观、尺寸、敲击实验、锻流线；热处理更多的是外观、硬度、扭矩、拉力、金相等等；表面处理更多的是一些氢脆测试、镀层、盐雾等，包括出货有一个有害物质检测。接下来给大家展示的是常用的紧固件品质管控仪器，在尺寸、外观检测上，常见的是二次元、轮廓测量仪、三坐标测量仪、影像分选机（这个是个全选机）；力学和化学检测上主要有硬度机（洛式和维氏）、拉力机、金相显微镜 、材料方面有一个光谱分析仪、盐雾试验机。

接下来跟大家探讨是紧固件的应用范围，汽车紧固件的应用范围非常广泛，而且现在汽车是随处可见的交通工具，所以可以应用在在天窗、车灯、 转向泵、 座椅、 空调、 玻璃升降器、 汽车发动机、 汽车变速器 及汽车其他紧固件产品。如图所示有一些具有代表意义产品能够逐一体现它应用的部位。紧固件不仅仅应用在汽车上，紧固件产品其他常见应用。连接用紧固件常见的有汽车底盘、车身 ; 传动用紧固件有车灯调光螺栓、仪器上用的摇摆螺栓； 管用紧固件常见的有水管接头、油管接头；特殊用途紧固件常见的有螺旋、门阀。

再来看一下第三部分紧固件的成本分析 ，首先来看一下紧固件的成本组合。我们要分析紧固件成本，首先要了解这些成本是哪些地方造成的。通常包括模具费、材料费 、加工费 （加工费包含每个工序所使用的费用）、管理费用。成本有一些是可以看到的，有一些是隐形的。显性成本包括采购模式（小批量多频次采购 ）、制造过程 、成品库存控制 ；隐性成本包括客户服务、质量管控、人文关怀 （产品是人做出来的，所以说这是一个很大的隐性成本）。

成本既然已经出现，如何优化紧固件成本呢?我在这里给大家展示一张图，目前汽车紧固件都是一些小批量多频次的供货量，所以我们要植入一些准时化、自动化的思想（客户要一个，给一个;给一个，做一个;做一个， 对一个），这样的话产品质量和成品库存得以管控，其实这样没有下面的支撑也是做不到的，所以我们加了3个流动。工厂内的流动，这个跟客户跟供应商是有直接相关关系的。工厂与客户之间的管理是信息流，工厂内管理是信息怎样传达下去，如何发给供应商。所以经过这些可以引出来以客户需求为导向的连续流，建立全面快速流动的价值管理体系。目的是准确快速响应客户，确保客户之品质交期；满足客户，感动客户。当然最终目的是提升系统在单位时间内赚钱的能力，产能的释放，质量的提升，信息的转化等等，这些都是在紧固件生产制造过程中优化成本的一些模式。

以下是提问环节：

1.汽车紧固件一般使用什么牌号的钢种？

碳钢：低碳钢 08A，10A 12A 16A 18A 22A等等

中碳钢 35,45号钢

合金钢主要是35、42铬钼、SCM435，SCM440和10B21

不锈钢主要是SUS430，SUS304、SUS316

铜的材质相对比较少

2.紧固件不同的表面处理是如何选择的？以及对性能和成本的影响。

根据产品的颜色搭配和使用的环境，耐腐蚀的要求，表面处理的种类包括氧化，电镀锌，涂覆包括达克罗，久美特，电泳等；

不同的涂覆对性能要求不一样，比如久美特，特点是盐雾实验要求很高；锌镍合金，对盐雾要求高，同时也影响成本，高电镀层，成本同时也会增加。

3. 目前研发和设计上主要的困扰是什么？

一个是主要是目前针对外观要求，久美特和达克罗的使用经验比较欠缺，有很多要求难以达到。

二是耐腐蚀的验证的周期很长，比如锌镍合金的验证是1000h，需要40多天；当然理论上有些镀层和盐雾的联系，理论是有的，实验上还是需要进行去验证。

4.在新能源汽车方面有没有用武之地？

新能源汽车在行驶的过程中也会产生振动，关键部位的零件也会做放松的处理，所以未来在新能源汽车上还是有用武之地。

5. 车规级螺钉主要是指什么达标了才是车规级螺钉？

主要指一次性，0缺陷，尺寸和性能方面符合汽车设计标准规定的螺钉，可以称为汽车紧固件规范的螺钉。

6. 扭矩控制法和扭矩转角法分别适合什么类型的锁附结构？

通机联杆、气缸盖螺栓适合扭矩/转角法，这类螺栓要求预紧力充足均匀。扭矩法适合高强度螺栓，只是确定的单一扭矩控制，不适合关键部位紧固件。

7. 如果对紧固件摩擦系数做要求，成本一般会增加多少？

这个要根据不同的要求去测算，没有直接答案。

有摩擦系数要求的紧固件在表面处理之后会凃润滑油，并进行摩擦系数检测，具体的费用因产品要求而定，一般也会采取磷化表面处理，增加摩擦系数，产品的价格也是因产品而异。

8. 目前中国出口紧固件到欧洲有哪些限制？不同类别紧固件关税大概分别是多少?

据2014年统计，已经放宽了很多限制，具体的内容也需要同行共同探讨。

9. 什么是汽车级的紧固件？8.8级螺钉螺栓是什么材质的？

通常而言专用于汽车上的紧固件一般叫汽车级紧固件，8.8级螺钉螺栓一般使用中碳钢和低碳钢合金钢精调解热处理之后能达到要求，中碳钢用的是35-45号钢，合金钢通常用的是10B21。

10. 紧固件的成本构成是那些？不同的紧固件的成本差异，紧固件的生产工艺不同。

包括模具，材料，过程中的加工费用和隐形费用，其中隐形费用主要是管理费用，包括品质，管控，还包括日常的仓库管理等一些人工管控费用。同时成本差异主要来自生产工艺，生产工艺的编排等因素，汽车紧固件相对于其他的标准来说，牙纹和扭力矩也是有一定的要求，所以制造成本也是不一样。

11. 镀层厚度和表面处理类型对焊接有无影响？

有影响，也是微小的变化，和镀层的材料的导电性相关。导电性越好，对焊接的影响越小，对于有焊接的要求的产品，在焊接前最好不要做表面处理。

12. 紧固件的各种的电镀成本，原材料成本占总成本的比例？

电镀成本占制造成本的10%-20%；镀层厚的话，电镀成本就高，盐雾试验相对规范的范围之内的话，成本基本上控制占总成本的10%左右。原材料是紧固件主要的成本内容之一，线材占总成本的25-35%。

对于汽车紧固件的成本主要是材料这块，对材料的要求比较高，材料的各项性能和指标都要达到相对平衡点上，才能达到汽车紧固件的其他的性能要求，紧固件其他的原材料成本占比比较低，大体上来说紧固件的成本主要是包括电镀和原材料的成本。

13. 紧固件的大体分类，材质要求，模具要求，后处理要求，可靠性要求等是那些？

螺栓，螺柱，螺丝，螺母，垫圈，垫片等

材料要求：碳钢（低碳，中碳钢，合金）不锈钢，铜

模具要求：粗糙度，铜锌度，精密度对于好的紧固件要求比较高。

后处理要求包括热处理渗碳，调制等

电镀包括：涂覆，磨光，氧化发黑等

电镀后续有放松处理的要求，根据产品使用的情况和部位做一些相关的处理

14. 施必牢螺母的行业现状以及后续应用前景是什么

是市场大的趋势，前景比较好，怎么推广和应用是接下来的课题

15.紧固件在高速冲压领域的现状及发展趋势；

目前紧固件领域在高速冲压成型方面有哪些技术难度有待解决；

紧固件领域在高速冲压方面有哪些成功的企业；

紧固件领域国内的模具冲压技术在冲速方面是多少（一般企业）

紧固件行业冲频次冲速在100W左右模具，成功的企业案例，我们自己也引进了德国的CTM模具软件设计，能够在办公室就能把问题解决，不至于把生产调试的过程中发生很多问题来不及解决，这个软件对于我们公司，对于行业我觉得有助于发展。

16.紧固件领域目前行业利润怎么样，跟其他汽车成型冲压件相比处于什么价位；紧固件领域冲压后进入企业需要怎样实现厚积薄发？

实际利润按照不同的企业和定位去评价企业的利润。我们自己公司用了2大支柱，CTM模具软件和精益生产，紧固件需要精益的模式去做，更重要的是开源节流。

（文章来源：盖世汽车网）