Șuruburi pentru automobile: tipuri, aplicații și ghid de selecție

Ce face diferite șuruburile auto

Șuruburi auto sunt elemente de fixare concepute special concepute pentru a rezista cerințelor unice ale mediului vehiculelor, inclusiv vibrații constante, fluctuații de temperatură de la -40 °F la 300 °F și expunere la uleiuri, combustibili și săruri de drum . Spre deosebire de șuruburile standard ale magazinului de feronerie, elementele de fixare de calitate auto trebuie să îndeplinească standarde stricte de calitate, cum ar fi ISO 898-1 pentru șuruburi metrice sau SAE J429 pentru elementele de fixare din seria inch, asigurându-se că mențin forța de strângere și integritatea structurală pe toată durata de viață a unui vehicul, de obicei de 150.000 de mile.

Industria auto folosește aproximativ 3.500 până la 5.000 de elemente de fixare individuale per vehicul , variind de la șuruburi minuscule care țin componentele tabloului de bord până la șuruburi structurale critice care fixează sistemele de suspensie. Această varietate necesită diferite materiale, acoperiri, modele de filet și configurații ale capului optimizate pentru aplicații specifice - de la șuruburi autofiletante din oțel inoxidabil pentru panouri ornamentale până la șuruburi de înaltă rezistență de grad 10.9 pentru componentele șasiului.

Tipuri comune de șuruburi auto și aplicațiile acestora

Șuruburi autofiletante

Șuruburile autofiletante își creează propriile filete pe măsură ce sunt introduse în materiale, eliminând nevoia de găuri prefiletate. Șuruburile care formează filet deplasează materialul fără tăiere, ideale pentru componentele din plastic precum panourile ușilor, tablourile de bord și ornamentele interioare. Șuruburile tăietoare îndepărtează materialul și funcționează bine în aplicațiile din tablă, cum ar fi atașamentele pentru aripi și panourile caroseriei. Șuruburile de tip AB cu filete distanțate sunt utilizate în mod obișnuit pentru plastic (2-4 fire pe inch), în timp ce șuruburile de tip B cu filete mai fine se potrivesc aplicațiilor din metal (8-15 fire pe inch) .

Șuruburi de mașină

Șuruburile de mașină se înfiletează în găuri sau piulițe prefiletate și sunt predominante în compartimentele motorului, ansamblurile de transmisie și sistemele de frânare. Stilurile de cap obișnuite includ capul pan pentru asamblarea generală, capul plat (confundat) pentru cerințele de montare încastrată și capul hexagonal pentru aplicații cu cuplu ridicat care necesită acces cu cheie sau priză. Șuruburile standard pentru mașini auto variază de la M4 la M12 în dimensiuni metrice, M6 și M8 fiind dimensiunile cel mai frecvent utilizate .

Șuruburi specializate pentru automobile

• Torx și Torx Plus: Transmisii cu stele în șase puncte care oferă un transfer mai bun al cuplului și reduc deplasarea, din ce în ce mai utilizate în vehiculele moderne cu specificații de cuplu cu până la 50% mai mari decât echivalentele Phillips
• Șuruburi de siguranță: Prezintă capete rezistente la manipulare, cum ar fi pin-in-Torx sau design unidirecțional pentru componente predispuse la furt, cum ar fi plăcuțele de înmatriculare și ansamblurile farurilor
• Șuruburi SEMS: Preasamblat cu șaibe (șaibe de blocare sau șaibe plate) pentru a economisi timp de asamblare și pentru a asigura o instalare corectă, comună în liniile de producție de masă
• Șuruburi cu umăr: Au o secțiune netedă a umărului între cap și fire, folosită ca puncte de pivotare în legăturile de accelerație și mecanismele de reglare a scaunului

Clasele materialelor și clasificările de rezistență

Șuruburile auto sunt fabricate din diverse materiale, fiecare ales pentru cerințe specifice de performanță. Marcajul de pe capetele șuruburilor indică rezistența la tracțiune și compoziția materialului.

Pentru elementele de fixare SAE (inci), sistemul de clasificare diferă: Gradul 2 (oțel cu carbon scăzut, 60.000 psi), gradul 5 (oțel cu carbon mediu, 120.000 psi) și gradul 8 (oțel aliaj cu carbon mediu, 150.000 psi) . Gradul 5 servește la majoritatea scopurilor generale de automobile, în timp ce gradul 8 este rezervat aplicațiilor critice cu stres ridicat, cum ar fi biele și șuruburile volantului.

Acoperiri de protecție și tratamente de suprafață

Șuruburile din oțel neprotejate ar rugini în câteva săptămâni în mediile auto. Tratamentele de suprafață prelungesc durata de viață și mențin aspectul în timp ce se adaugă numai 5-20 microni grosime .

Zincare

Cel mai obișnuit acoperire pentru automobile, placarea cu zinc (galvanizare) o oferă 96-720 ore de rezistenta la pulverizare salina in functie de grosime. Zincul transparent oferă protecție de bază pentru componentele interioare, în timp ce acoperirile cu cromat de zinc galben sau negru adaugă un strat de conversie suplimentar pentru rezistență sporită la coroziune. Cu toate acestea, finisajele tradiționale cu cromat hexavalent sunt eliminate treptat din cauza reglementărilor de mediu, înlocuite cu alternative de cromat trivalent.

Acoperiri cu fosfat

Fosfatul de zinc și fosfatul de mangan creează un strat de suprafață cristalin care îmbunătățește aderența vopselei și oferă o rezistență ușoară la coroziune. Fosfatul negru (pe bază de mangan) este folosit frecvent pe șuruburile care vor fi vopsite în culoarea caroseriei în timpul asamblarii vehiculului. Aceste acoperiri reduc, de asemenea, frecarea în timpul instalării și previn uzura firelor.

Acoperiri avansate

• Geomet/Dacromet: Acoperiri din fulgi de zinc-aluminiu care oferă 1000 de ore de rezistență la pulverizarea cu sare fără probleme de fragilizare prin hidrogen, din ce în ce mai populare pentru elementele de fixare a șasiului
• Oxid negru: Oferă o protecție minimă împotriva coroziunii, dar un aspect excelent pentru elementele de fixare vizibile și previne reflexia luminii în ansamblurile optice
• Nichel electrostatic: Folosit pentru aplicații la temperaturi înalte, cum ar fi colectoarele de evacuare, rezistând la temperaturi de până la 750°F
• Acoperiri ceramice: Se aplică aplicațiilor de performanță care necesită rezistență la temperaturi extreme (1200°F) și rezistență chimică

Standarde de filet și specificații de pas

Designul filetului afectează direct forța de strângere, rezistența la vibrații și viteza de asamblare. Vehiculele moderne folosesc în principal fire ISO metrice, deși producătorii americani încă încorporează unele fire SAE (Unificate) pentru anumite componente.

Fire metrice sunt desemnate prin diametru și pas (M8 x 1,25 înseamnă un diametru de 8 mm cu 1,25 mm între filete). Filetele cu pas gros (M8 x 1,25) permit o instalare mai rapidă și o performanță mai bună în materiale mai moi, cum ar fi aluminiul, în timp ce filetele cu pas fin (M8 x 1,0) asigură o reglare mai fină și o zonă mai mare de efort de tracțiune, făcându-le ideale pentru secțiunile cu pereți subțiri. Industria auto a standardizat pe combinații specifice de pas: M6 x 1,0, M8 x 1,25, M10 x 1,5 și M12 x 1,75 pentru majoritatea aplicațiilor.

Lungimea de angajare a firului este esențială pentru rezistența articulațiilor. De regulă, cuplarea ar trebui să fie egală cu 1,5 ori diametrul șurubului în oțel, de 2,0 ori în aluminiu și de 2,5 ori în plastic. De exemplu, un șurub M8 necesită un filet de minimum 12 mm în oțel pentru a dezvolta rezistența deplină la tracțiune aproximativ 18 kN pentru gradul 8.8 .

Criterii de selecție pentru aplicații auto

Cerințe de încărcare

Calculați sarcinile reale de tracțiune și forfecare pe care le va experimenta elementul de fixare. Pentru sarcini dinamice (vibrații, șoc), aplicați un factor de siguranță de 3-5. Pentru sarcinile structurale statice, un factor de 2-3 este tipic. Ține minte asta specificațiile cuplului creează 70-90% din sarcina de rezistență a elementelor de fixare în forța de strângere , lăsând o rezervă minimă pentru sarcinile externe dacă este suprastrânsă.

Condiții de mediu

Evaluați expunerea la umiditate, sare, temperaturi extreme, substanțe chimice și radiații UV. Componentele de sub caroserie necesită cea mai înaltă protecție împotriva coroziunii (Geomet sau oțel inoxidabil), elementele de fixare ale compartimentului motorului necesită rezistență la temperaturi ridicate (clasificare de 300 °F), iar șuruburile interioare pot utiliza zincare de bază. Experiență cu vehiculele de coastă Rate de coroziune de 5-10 ori mai rapide decât vehiculele interioare din cauza expunerii la aer sărat.

Compatibilitatea materialelor

Potriviți materialul șurubului cu materialul substratului pentru a preveni coroziunea galvanică. Când metale diferite intră în contact în prezența electrolitului (apă, sare), metalul mai anodic se corodează accelerativ. Utilizați șuruburi din oțel inoxidabil sau oțel acoperit cu componente din aluminiu. Pentru ansamblurile din plastic, luați în considerare cuplul de strângere a filetului de tip plastic: benzi ABS la aproximativ 0,8 Nm pentru șuruburi M5, în timp ce nailonul umplut cu sticlă tolerează 2,5 Nm .

Considerații de asamblare

1. Accesul la scule: zonele încastrate pot necesita capete cu profil redus sau unități speciale, cum ar fi hexagonală internă (Allen)
2. Viteza de instalare: șuruburile autofiletante elimină operațiunile de filetare; Șuruburile SEMS cu șaibe captive reduc manipularea pieselor
3. Precizia cuplului: Îmbinările critice necesită elemente de fixare TTY sau specificații pentru unghiul de torsiune
4. Capacitatea de întreținere: Va trebui îndepărtat șurubul pentru întreținere? Compușii de blocare a filetului și caracteristicile de cuplu predominant rezistă slăbirii, dar complică dezasamblarea

Specificații de cuplu și cele mai bune practici de instalare

Un cuplu adecvat este esențial pentru ca șuruburile auto să funcționeze corect. Strângerea sub cuplu permite separarea îmbinărilor și slăbirea elementelor de fixare; suprastrângerea cauzează dezlipirea firului, ruperea elementelor de fixare sau deteriorarea materialului. Aproximativ 85% dintre defecțiunile elementelor de fixare ale autovehiculelor sunt cauzate de un cuplu de instalare incorect .

Valorile cuplului depind de dimensiunea șurubului, gradul, pasul filetului, acoperirea și frecarea. Un șurub uscat M8 x 1,25 de grad 8,8 necesită de obicei 25 Nm, dar același șurub cu lubrifiere poate avea nevoie de doar 20 Nm pentru a obține o forță de strângere echivalentă. Respectați întotdeauna specificațiile producătorului, care țin cont de aceste variabile.

Metode de blocare a firelor

• Piulițe de blocare din nailon (Nyloc): Inserția din plastic creează frecare; eficient pentru 5-10 cicluri de instalare înainte de a fi necesară înlocuirea
• Petice de fir deformate: Rășina pre-aplicată pe filetele șuruburilor se întărește în timpul instalării, oferind blocare chimică fără compuși separați
• Încuietoare lichide pentru fire: Adezivi anaerobi precum Loctite 243 (rezistență medie) pentru îmbinări care pot fi reparate sau 271 (rezistență ridicată) pentru ansambluri permanente
• Șaibe de blocare: Șaibele despicate și șaibele dintate sunt mai puțin eficiente decât se credea odinioară; testarea arată îmbunătățire minimă a rezistenței la vibrații față de șaibe simple

Secvența de instalare

Pentru îmbinările cu mai multe elemente de fixare, cum ar fi chiulasele sau montarea roților, urmați un model de stea începând din centru și lucrând spre exterior. Strângeți în etape: prima trecere la cuplu de 50%, a doua la 75%, finală la 100%. Acest lucru asigură o distribuție uniformă a sarcinii și previne deformarea suprafețelor de îmbinare. Unele elemente de fixare critice folosesc metoda cuplu-unghi: strângeți la cuplul inițial (specificație strânsă), apoi rotiți grade suplimentare (de obicei 90-180°) pentru a obține o sarcină precisă a clemei.

Standarde de calitate și cerințe de conformitate

Producătorii de elemente de fixare pentru automobile trebuie să respecte standarde stricte de calitate pentru a asigura siguranța și fiabilitatea. Sistemul de management al calității ISO/TS 16949 (acum IATF 16949) se adresează în mod specific cerințelor de producție auto, impunând Verificare dimensională 100%, certificare a materialelor și trasabilitate prin numere de lot de căldură .

Protocoalele de testare includ testarea la tracțiune (tragere până la defectare), testarea la sarcină (încărcare până la 90% din limita de curgere), testarea durității (Rockwell sau Vickers) și testarea cu pulverizare cu sare (ASTM B117) pentru rezistența la coroziune. Elementele de fixare critice de siguranță sunt supuse eșantionării statistice cu valori Cpk de 1,67 sau mai mari, adică mai puțin de 0,6 defecte per milion de oportunități .

Elementele de fixare contrafăcute reprezintă o problemă serioasă de siguranță. Șuruburile auto originale au marcaje trasabile ale capului care indică producătorul și calitatea. Elementele de fixare OEM includ adesea marcaje sau culori brevetate pentru identificare. Atunci când achiziționați șuruburi de înlocuire, verificați acreditările furnizorului și solicitați certificări ale materialelor pentru a asigura conformitatea cu specificațiile.

Tendințe emergente în tehnologia de fixare pentru automobile

Industria auto continuă să inoveze tehnologia elementelor de fixare pentru a aborda obiectivele de ușurare, automatizare a ansamblului și sustenabilitate.

Materiale ușoare: Elementele de fixare din titan reduc greutatea cu 40% în comparație cu oțelul, menținând în același timp rezistența, deși costul rămâne prohibitiv pentru vehiculele de pe piața de masă. Șuruburile din aluminiu cu filete întărite servesc aplicațiilor necritice. Elementele de fixare compozite și hibride combină tipuri de materiale pentru un raport optimizat rezistență-greutate.

Elemente de fixare inteligente: Senzorii încorporați monitorizează tensiunea șuruburilor, temperatura și vibrațiile în timp real, transmitând date fără fir. Această tehnologie permite întreținerea predictivă și detectarea imediată a defecțiunilor în vehiculele comerciale și aplicațiile de înaltă performanță. Costul actual de implementare 50-200 USD per element de fixare echipat cu senzor dar poate deveni economică pentru îmbinările critice ca scale de producție.

Alternative ecologice: Producătorii dezvoltă compuși de blocare a firelor pe bază de bio din resurse regenerabile și acoperiri fără crom care respectă reglementările REACH. Unele companii explorează elemente de fixare dizolvabile pentru o reciclare simplificată la sfârșitul vieții, folosind polimeri care se descompun în condiții specifice (căldură, expunere chimică) în timpul dezmembrării vehiculului.

Tehnici avansate de îmbinare: Înșurubarea prin găurire în flux (găurire cu formă) elimină operațiunile separate de găurire prin faptul că șurubul însuși creează și bate gaura într-o singură operație, reducând timpul de asamblare prin 30-40% pentru aplicații din tablă . Șuruburile de sudură prin frecare creează legături moleculare prin căldură de rotație, producând îmbinări etanșe la gaz fără etanșanți suplimentari.