汽車接地緊固件是汽車電氣系統(tǒng)中不可或缺的一部分，其作用是將電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分及裝置外導(dǎo)電部分通過導(dǎo)電線束與車身連接起來，形成一個良好的接地回路，如圖1所示。本文旨在介紹3種常用的接地緊固件，分別對其結(jié)構(gòu)、應(yīng)用場景進(jìn)行分析說明。

隨著新能源汽車的發(fā)展以及對整車輕量化目標(biāo)的不斷挑戰(zhàn)，鋁合金等車身材料應(yīng)用越來越廣泛，新型接地緊固件的應(yīng)用推廣顯得尤為重要。

1、汽車用接地緊固件的作用與重要性

1.1提高車輛的安全性能

汽車上電氣設(shè)備及裝置的導(dǎo)電線束雖然看起來比電源線少得多，但卻占據(jù)著重要地位，因為汽車是運動的交通工具，特別是各種條件惡劣的顛簸工況，以及外部環(huán)境對汽車整車及外露零部件的侵蝕，通常容易出現(xiàn)搭鐵不良或者線路斷路的情況，輕則影響汽車某方面的功能，重則使汽車癱瘓[1]。

接地緊固件分布在汽車全身，主要集中在儀表板管梁、車身底板、前機艙等部位，有些接地部位容易沾泥水﹑油污或生銹，這些情況都可能引起搭鐵不良，從而出現(xiàn)功能故障。例如搭鐵點處的車身上有漆、發(fā)動機搭鐵線緊固件松動等，這些都會導(dǎo)致搭鐵不良，嚴(yán)重影響用電器的正常工作。

1.2減少電磁干擾

汽車上一些小電流信號（如模擬信號、數(shù)字信號等），信號一般比較敏感，容易被干擾。對于娛樂系統(tǒng)天線及高電壓工作用電器，由于其工作過程中對周圍電磁場影響較大，必須采用接地導(dǎo)線，以達(dá)到保證接收信號準(zhǔn)確，且對周圍線束電磁場影響最小的作用，例如發(fā)動機點火線圈供電回路。針對這些位置，采用接地緊固件能夠很好地解決應(yīng)用問題[1]。

1.3滿足法規(guī)要求

汽車用接地緊固件是保障汽車安全運行的重要部件，其作用是安全可靠地固定接地線束，將車輛各個部分與大地相連，形成一個良好的接地系統(tǒng)。無論是美國法規(guī)要求《美國聯(lián)邦機動車輛安全標(biāo)準(zhǔn)FMVSS609》、歐盟法規(guī)要求《歐洲經(jīng)濟委員會ECER100》，還是中國法規(guī)要求《機動車運行安全技術(shù)條件GB7258—2017》《機械電氣安全機械電氣設(shè)備第1部分通用技術(shù)條件GB/T5226.1—2019》等，這些標(biāo)準(zhǔn)都對汽車接地緊固件提出了各種性能要求，目的就是最大程度保證汽車安全。

總體而言，不同國家和地區(qū)可能有不同的汽車接地緊固件法規(guī)要求，因此，在設(shè)計和制造汽車接地緊固件時，需要了解并符合相應(yīng)地區(qū)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。

2、不同類型的汽車用接地緊固件及其特點

常用的接地緊固件有刮漆螺栓、組合式螺栓、自攻螺栓3種。其各有特點，工程師根據(jù)設(shè)計需求、應(yīng)用環(huán)境和成本因素等維度綜合評估進(jìn)行設(shè)計選型。

2.1刮漆螺栓

刮漆螺栓的螺紋末端設(shè)計了若干個刮漆槽，刮漆槽的數(shù)量主要根據(jù)螺栓的螺紋規(guī)格來確定，例如M6規(guī)格的螺栓一般設(shè)計1個刮漆槽。在螺紋桿部有一組對稱的壓痕。

這兩個結(jié)構(gòu)特征是刮漆螺栓接地功能實現(xiàn)的關(guān)鍵[2]。刮漆螺栓在擰緊的過程中，依靠螺紋末端刮漆槽刮除車身焊接螺母內(nèi)螺紋上的電泳漆層，電泳漆殘渣順著焊接螺母內(nèi)螺紋孔脫落，如果內(nèi)螺紋是盲孔，則需要設(shè)計出足夠長的深度余量，用于容納刮除的電泳漆殘渣。螺紋桿部對稱的一組壓痕位置根據(jù)實際裝配環(huán)境進(jìn)行設(shè)計，一般應(yīng)處于內(nèi)外螺紋嚙合位置，在螺栓擰緊后，壓痕部位螺紋因為變形，與內(nèi)螺紋產(chǎn)生過盈配合，具有一定的鎖緊作用。

刮漆螺栓如圖2所示，結(jié)構(gòu)為六角頭螺栓和平墊圈組合件，表面處理為電鍍鋅。通常為了保證良好的導(dǎo)電性能，電鍍表面處理不涂封閉劑。

2.2組合式螺栓

組合式接地緊固件供貨狀態(tài)為螺栓和螺母組合起來一起送到生產(chǎn)線，直接焊接到白車身上。然后隨白車身經(jīng)過電泳、油漆，在總裝車間，緊固搭鐵端子時，先將螺母擰出，固定好端子，再擰緊螺母。

在涂裝車間經(jīng)過電泳、油漆工藝時，螺母與螺栓螺紋嚙合部位無電泳液和油漆浸入，保證了良好的導(dǎo)電接觸。

需要注意的是，螺母端面與螺栓端面要保證完全貼合，避免涂裝過程中兩個端面間浸入異物，造成導(dǎo)電不良。

組合式螺栓如圖3所示，在焊接前，螺栓和螺母通過規(guī)定扭矩工藝組裝在一起。表面處理為電鍍鋅鎳合金本色鈍化，防腐性能較高。

2.3自攻螺栓

自攻螺栓的螺紋桿呈三棱形，螺栓末端自攻螺紋區(qū)經(jīng)過感應(yīng)淬火，表面硬度非常高。同時在自攻螺紋區(qū)有若干個斜置的刮漆槽，斜置刮漆槽的數(shù)量主要根據(jù)螺栓的螺紋規(guī)格來確定，例如M6規(guī)格的螺栓一般設(shè)計4個刮漆槽。

自攻螺栓在擰緊的過程中，自攻螺紋區(qū)硬度高于被連接件，被連接件的配合孔被擠壓形成相應(yīng)的螺紋，緊固過程中基本沒有金屬碎屑產(chǎn)生，但是斜置刮漆槽會將經(jīng)過涂裝的車身油漆清除掉，從而實現(xiàn)接觸導(dǎo)電功能。自攻螺栓（圖4）按照規(guī)定扭矩擰入對配件中，表面處理為電鍍鋅鎳合金本色鈍化，防腐性能較高。

2.4 3種接地緊固件特點對比

接地緊固件特點對比見表1。

表1從牢固性、安裝工時、定位性、搭鐵效果和成本等維度對3種接地緊固件進(jìn)行比較。

綜合來說，刮漆螺栓應(yīng)用較普遍，在一些要求不是很高的安裝環(huán)境，例如車身內(nèi)部線束的接地點，這些位置不承受大載荷或者沖擊載荷，也不容易接觸到腐蝕雜質(zhì)等惡劣環(huán)境，所以能滿足基本的接地導(dǎo)電性能即可。組合式螺栓和自攻螺栓表面處理防腐性能較高，一般用在車身外部，例如機艙線束或者底盤部位的接地點，這些位置容易受到外部液體、泥污、道路鹽侵害，所以除了滿足基本的接地導(dǎo)電性能外，還要提高螺栓的抗腐蝕能力。

組合式螺栓因為是將螺栓頭焊接到車身鈑金上，采用螺柱焊植焊工藝，車身鈑金不需要開通孔。這樣在一些車身鈑金無法開孔焊接螺母的位置進(jìn)行應(yīng)用，保證了車身內(nèi)外密封效果。例如機艙前圍板上的接地點大量采用組合式螺栓。

在一些工況復(fù)雜的位置，例如被緊固的電器件承受較大載荷或者沖擊載荷，優(yōu)先采用自攻螺栓，因為自攻螺栓在擰緊到對配件上后，對配件的內(nèi)螺紋和自攻螺栓的外螺紋配合間隙最小，有一定的鎖緊功能，因此牢固性好，提高了緊固可靠性[3]。

3、新型汽車用接地緊固件的設(shè)計與制造技術(shù)

相對于刮漆螺栓、組合式螺栓都需要在車身上進(jìn)行焊接施工，而自攻螺栓可以直接和車身上的基孔進(jìn)行連接達(dá)到接地導(dǎo)電功能。這里自攻螺栓接地緊固件特指Taptite2000自攻螺栓。Taptite2000自攻螺栓應(yīng)用越來越廣泛，特別是輕量化材料鋁合金車身上，接地緊固件選用自攻螺栓，裝配效率得到提升，同時因為自攻螺栓具有鎖緊性能，連接可靠性也得到提升。

3.1自攻螺栓設(shè)計

自攻螺栓的頭部驅(qū)動型式一般為六角法蘭面結(jié)構(gòu)，與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)六角法蘭面螺栓產(chǎn)品相比，相同螺紋規(guī)格的六角對邊尺寸要大一個檔，例如M6規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)六角法蘭面螺栓六角對邊尺寸為8mm，而M6規(guī)格的自攻螺栓六角對邊尺寸為10mm。這樣設(shè)計的目的主要是為了在生產(chǎn)線上和同規(guī)格的普通螺栓進(jìn)行防錯，避免操作者拿錯零件或者安裝到錯誤的位置。

自攻螺栓的螺紋桿設(shè)計成三棱形，在攻入對手件基體材料時，讓對手件基體材料受擠壓變形，變形過程中材料延展流動更加順暢，形成與螺栓規(guī)格相對應(yīng)的內(nèi)螺紋[4]，如圖5所示。

自攻螺栓的末端螺紋區(qū)域經(jīng)過感應(yīng)淬火。感應(yīng)淬硬區(qū)必須包括整個自攻螺紋區(qū)，且第1顆完整螺紋的淬硬層深度在螺紋小徑往中心線距離0.2mm以上，如圖6所示陰影部分。如果具有特殊的導(dǎo)向端，第3顆完整螺紋應(yīng)盡可能在感應(yīng)淬硬區(qū)內(nèi)。

3.2自攻螺栓制造技術(shù)

自攻螺栓的原材料需要采用中碳合金鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理后機械性能為10.9級，關(guān)鍵工藝是Taptite2000自攻螺紋成型和末端螺紋區(qū)域感應(yīng)淬火。Taptite2000自攻螺紋是一種創(chuàng)新的三角桿螺紋設(shè)計，即圓弧螺紋，比普通三角桿螺紋緊固件性能更好，保留三角螺紋形狀的原理的同時，增加了圓弧。因此，Taptite2000自攻螺紋緊固件具有更卓越的機械性能、裝配性能和降低操作人員勞動強度的特性。該螺紋成型需要定制特殊的搓絲板工裝，通過增加末端螺紋的不圓度，大大降低了攻入扭矩。以M6規(guī)格自攻螺栓為例，普通三角桿螺紋緊固件攻入扭矩10N.m，Taptite2000自攻螺紋緊固件的攻入扭矩只需要6N.m。

為了攻入無內(nèi)螺紋的對手件基體材料中，自攻螺紋區(qū)域局部進(jìn)行了高頻感應(yīng)淬硬。最后自攻螺栓經(jīng)過電鍍表面處理，不涂封閉劑或者浸涂導(dǎo)電性封閉劑。當(dāng)前行業(yè)應(yīng)用較普遍的自攻螺栓螺紋是Taptite2000專利螺紋，故單顆螺栓的成本也較高，但是從整個緊固系統(tǒng)來看，這種自攻螺栓的綜合使用成本更低[4]。

就3種接地緊固件來說，自攻螺栓也有它的局限性，在車身鈑金不能開孔的情況下自攻螺栓無法應(yīng)用，應(yīng)選擇組合式螺栓。再者，Taptite2000專利螺紋附加成本對小批量用戶來說是一個負(fù)擔(dān)，這需要通過其他地方，例如提升總成零件附加值，來進(jìn)行平衡。

4、結(jié)論

汽車接地緊固件設(shè)計選用應(yīng)考慮具體的安裝使用環(huán)境，最重要的是保證導(dǎo)電性，提供安全可靠的接地性能，能夠在特定場景解決電磁干擾問題，同時還要滿足安全法規(guī)要求。自攻螺栓（Taptite2000專利螺紋）雖然有其優(yōu)勢，但是當(dāng)前單件成本還相對較高，需要持續(xù)擴大行業(yè)應(yīng)用范圍以期分?jǐn)偝杀?，或者研發(fā)出替代產(chǎn)品。組合式螺栓可以解決車身鈑金不開孔的搭鐵點接地問題，保證密封效果。刮漆螺栓滿足一般的車身內(nèi)部線束接地要求。

無論是哪一種接地緊固件，都面臨耐腐蝕的問題，在較惡劣的應(yīng)用環(huán)境中，表面處理防護(hù)就顯得很關(guān)鍵，目前行業(yè)內(nèi)采用電鍍鋅鎳較普遍，但是在工作狀態(tài)下，通電的接地緊固件和線束及車身鈑金形成原電池閉合回路，極大加速了腐蝕程度，新的防腐材料和工藝需要進(jìn)一步研究。

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