紧固件选择
CNC 零件装配中紧固件用错是返工的首要原因之一。本页按决策逻辑组织：先确定类型，再选等级和规格，最后确定力矩和防松方式。每个环节都有对比表，直接查表决策。
选哪种紧固件？
根据装配需求直接查表。大部分 CNC 零件用内六角螺钉就够了。
| 应用场景 | 推荐类型 | 理由 |
|---|
| 通用板件连接（两块板用螺钉拉紧） | 内六角圆柱头螺钉 (SHCS) | 头部可沉入板面，扳手空间小，CNC 最常用 |
| 空间受限，头部不能超出表面 | 沉头螺钉 | 头部锥面，拧紧后与表面齐平；需锪孔 |
| 外观件，不允许有沉孔 | 内六角半圆头螺钉 | 头部低矮圆弧，外观干净 |
| 结构件、重型载荷、需扳手操作 | 六角螺栓 + 六角螺母 | 扳手操作，承载能力强，可拆卸 |
| 将齿轮/轴承固定在轴上 | 紧定螺钉 | 无头，通过端部顶紧轴面传递扭矩 |
| 两端都需要螺母连接 | 双头螺柱 | 一端拧入机体，另一端穿过被连接件用螺母锁紧 |
| 两零件精确对位 | 定位销 | 精密圆柱配合 (H7/m6)，确保重复装配精度 |
| 铝/镁合金或滑牙修复 | 钢丝螺套 (Helicoil) | 嵌入母材形成高强度钢螺纹 |
| 铰链、枢轴连接 | 阶梯螺栓 | 阶梯面作铰接轴，头部内六角 |
| 螺栓受横向剪切力（非拉伸） | 铰制孔螺栓 | 光杆段与孔 H7/k6 配合，靠剪切承载 |
| 轴向限位 / 轴上零件定位 | 挡圈 | 卡在轴槽或孔槽中，防止零件轴向窜动 |
| 螺母防脱落 | 开口销 | 穿过螺母槽和螺栓孔，机械锁止 |
紧固件类型速查
| 类型 | 标准 | 驱动类型 | 头部类型 | 载荷类型 | 成本 | 常见规格 |
|---|
| 内六角螺钉 (SHCS) | ISO 4762 / DIN 912 | 内六角扳手 | 圆柱平顶 | 拉伸 / 剪切 | 低 | M2 – M24 |
| 沉头螺钉 | ISO 10642 / DIN 7991 | 内六角扳手 | 平头锥面 (90°) | 拉伸 | 低 | M3 – M20 |
| 内六角半圆头螺钉 | ISO 7380 | 内六角扳手 | 低矮圆弧 | 拉伸 | 低 | M3 – M16 |
| 六角螺栓 | ISO 4014 / DIN 931 | 外六角扳手 | 外六角 | 拉伸 / 剪切 | 低 | M5 – M48 |
| 紧定螺钉 | ISO 4026/4027/4028/4029 | 内六角 / 一字 | 无头 | 轴向顶紧 | 极低 | M2 – M12 |
| 双头螺柱 | ISO 4016 / DIN 976 | 外六角扳手 (螺母端) | 无头（两端螺纹） | 拉伸 | 低 | M6 – M36 |
| 铰制孔螺栓 | ISO 3546 / DIN 609 | 外六角扳手 | 外六角 | 剪切（光杆配合） | 中 | M6 – M24 |
| 定位销 | ISO 2338 / DIN 6325 | 无（压入） | 无头圆柱 | 剪切 / 定位 | 低 | 1mm – 20mm (d) |
| 开口销 | ISO 1234 / DIN 94 | 无 | 无（弯折锁止） | 防松 | 极低 | 1mm – 13mm (d) |
| 挡圈 | DIN 471 / 472 | 挡圈钳 | 开口弹性环 | 轴向限位 | 极低 | 3mm – 100mm (d) |
内六角螺钉 (SHCS)
CNC 加工中使用频率最高的紧固件。头部圆柱状，可沉入零件的沉孔中，表面平整。ISO 4762 (DIN 912) 是最通用的标准。
等级选择
| 等级 | 抗拉强度 | 屈服强度 | 什么时候用 |
|---|
| 8.8 | 800 MPa | 640 MPa | 一般结构件，成本最低。静态载荷、非关键连接 |
| 10.9 | 1000 MPa | 900 MPa | 默认选择。强度好且不脆，覆盖绝大部分 CNC 装配场景 |
| 12.9 | 1200 MPa | 1080 MPa | 高载荷、预紧力要求高的关键部位。注意氢脆风险，禁镀锌 |
默认建议
没有 特殊 要求 时，一律 用 10.9 级。比 8.8 贵 不多，比 12.9 不容易 氢脆。只在 需要 防腐蚀 时 换 不锈钢 A2-70。
头部沉孔要求
内六角螺钉头部需要沉孔时，沉孔直径和深度必须留出足够的扳手操作空间。
| 螺钉规格 | 头部外径 (mm) | 头部高度 (mm) | 沉孔直径 (推荐) | 沉孔深度 (推荐) | 内六角尺寸 |
|---|
| M3 | 5.50 | 3.00 | 5.8 – 6.0 | 3.2 | 2.5 |
| M4 | 7.00 | 4.00 | 7.4 – 7.6 | 4.2 | 3.0 |
| M5 | 8.50 | 5.00 | 8.9 – 9.1 | 5.3 | 4.0 |
| M6 | 10.00 | 6.00 | 10.5 – 10.8 | 6.3 | 5.0 |
| M8 | 13.00 | 8.00 | 13.6 – 14.0 | 8.4 | 6.0 |
| M10 | 16.00 | 10.00 | 16.7 – 17.0 | 10.5 | 8.0 |
| M12 | 18.00 | 12.00 | 18.8 – 19.2 | 12.6 | 10.0 |
紧定螺钉
无头螺钉，通过端部顶紧另一个零件的表面来固定相对位置或传递扭矩。常见于齿轮、皮带轮、手轮与轴的固定。
端部类型与适用场景
| 端部类型 | 标准 | 形状 | 适用场景 | 不适用 |
|---|
| 平端 | ISO 4026 / DIN 916 | 平直面 | 需要 在 轴 上 压出 凹痕 的 固定，载荷 较 大 | 不 能 用于 需要 频繁 拆装 的 场合（会 损伤 轴面） |
| 锥端 | ISO 4027 / DIN 914 | 45° 锥尖 | 轴上 有 锥孔 的 定位，锥面 自定心，对中 精度 高 | 轴上 没有 锥孔 时 不能 用，会 打滑 |
| 柱端 | ISO 4028 / DIN 915 | 短圆柱 | 轴上 有 横向 孔 的 固定，柱端 插入 孔中，抗 剪切 好 | 轴上 没有 孔 时 不能 用 |
| 凹端 | ISO 4029 / DIN 913 | 球面 凹窝 | 不 伤 轴面，适合 已 热处理 的 轴，载荷 小 | 载荷 大 的 场合 不 够 可靠 |
常见错误：选错端头
- 轴上没有孔，用了柱端 → 根本顶不住，螺钉打滑
- 轴上没有锥孔，用了锥端 → 接触面积极小，一振动就松
- 硬轴上用了平端 → 打滑。应该用凹端或先在轴上铣一个平台
定位销
用于两零件之间的精确重复定位。装配时靠压入配合固定，不承受工作载荷（仅承受装配和拆卸时的剪切力）。
| 类型 | 标准 | 配合 | 特点 | 适用场景 |
|---|
| 直销 (圆柱销) | ISO 2338 / DIN 6325 | H7/m6（轻压配） | 最常用，精度高 | 两板精确对位、模具导向 |
| 螺纹取出销 | DIN 7979 | H7/m6 | 一端带螺纹孔，可用螺钉拔出 | 盲孔、需要经常拆卸 |
| 锥销 | ISO 2339 / DIN 1 | 锥面自锁 (1:50) | 可反复拆装不降低精度 | 需要多次拆装的精密定位 |
| 弹性销 (开口销) | ISO 8752 / DIN 1481 | 弹性涨紧 | 有弹性，可装入略小的孔 | 轻载定位、减震 |
定位销设计要点
- 使用 两颗 定位销，间距尽量大，定位精度最高
- 配合：H7/m6（轻压配合），不要用过渡配合，会松动
- 材料：建议用高碳钢或合金钢，硬度 ≥ 60 HRC
- 销孔先钻，装配时两件合在一起铰孔，保证同轴
钢丝螺套 (Helicoil)
一种由菱形截面不锈钢丝绕制的螺旋嵌件。安装到母材螺纹孔中后，内表面形成标准螺纹，外表面锚固在母材中。本质是用钢代替软材料来承受螺纹载荷。
什么时候用
| 场景 | 原因 | 是否必须 |
|---|
| 铝合金 / 镁合金零件 | 材料软，直接攻丝螺纹强度不足，2-3 次拆装就滑牙 | 必须 |
| 滑牙修复 | 螺纹已经损坏，钻孔后安装大一号的 Helicoil 恢复原始规格 | 必须（修复用） |
| 塑料零件 | 塑料无法直接攻出有强度的螺纹 | 必须 |
| 频繁拆装部位 | 反复拆装磨损螺纹，Helicoil 可承受数十次拆装 | 强烈建议 |
| 高振动环境 | 钢丝螺套与母材之间摩擦力大，抗振性好 | 建议 |
安装与成本
| 项目 | 说明 |
|---|
| 安装步骤 | 1. 钻底孔（比标准底孔大一号）→ 2. 攻 Helicoil 专用丝锥 → 3. 用安装工具旋入螺套 → 4. 折断安装柄 |
| 单件成本 | M3 – M5 约 0.5 – 1.5 元/件；M6 – M10 约 2 – 5 元/件。量大时成本更低 |
| 加工增加 | 需要专用丝锥和安装工具，增加一道工序。单件增加约 0.5 – 1 分钟工时 |
| 是否值得 | 铝件 — 绝对值得。钢件 10.9 级螺钉 — 一般不需要，除非频繁拆装 |
紧固件等级
公制用数字标记（如 8.8），第一位是抗拉强度的 1/100（MPa），小数点后是屈强比。英制 (SAE) 用 Grade 标记。
| 等级 | 体系 | 抗拉强度 | 屈服强度 | 硬度 | 材料 | 头部标记 | 适用场景 |
|---|
| 4.8 | ISO | 400 MPa | 320 MPa | ∼140 HB | 低碳钢 / 低碳合金钢 | 无标记 | 非结构件、不重要连接 |
| 8.8 | ISO | 800 MPa | 640 MPa | 22 – 32 HRC | 中碳钢 / 调质 | 8.8 | 一般结构件，静态载荷 |
| 10.9 | ISO | 1000 MPa | 900 MPa | 32 – 39 HRC | 合金钢 / 调质 | 10.9 | 默认选择，高载荷，动态载荷 |
| 12.9 | ISO | 1200 MPa | 1080 MPa | 39 – 44 HRC | 合金钢 / 调质 | 12.9 | 极限载荷。禁镀锌（氢脆） |
| Grade 2 | SAE | ∼510 MPa | ∼380 MPa | ∼B73 | 低碳钢 | 无标记 | 对应 4.8 级 |
| Grade 5 | SAE | ∼830 MPa | ∼630 MPa | ∼C25 | 中碳钢 / 调质 | 3 条线 | 对应 8.8 级 |
| Grade 8 | SAE | ∼1040 MPa | ∼860 MPa | ∼C33 | 合金钢 / 调质 | 6 条线 | 对应 10.9 级 |
| A2-70 | ISO 不锈钢 | 700 MPa | 450 MPa | <22 HRC | 304 不锈钢 | A2-70 | 防腐蚀环境，强度低 |
| A4-80 | ISO 不锈钢 | 800 MPa | 600 MPa | <25 HRC | 316 不锈钢 | A4-80 | 防腐蚀 + 耐酸碱 |
12.9 级氢脆警告
12.9 级螺钉禁止电镀（镀锌、镀镍）。电镀过程中渗氢导致延迟断裂。如果需要表面处理，用达克罗 (Dacromet) 或磷化。
拧紧力矩
拧紧力矩决定螺栓预紧力。力矩不足 → 松动；力矩过大 → 螺栓屈服或断裂。以下为参考值，实际以设计计算为准。
参考力矩表 (Nm)
| 规格 | 8.8 级 (干燥) | 8.8 级 (润滑) | 10.9 级 (干燥) | 10.9 级 (润滑) | 12.9 级 (干燥) | 12.9 级 (润滑) |
|---|
| M3 | 1.1 | 0.8 | 1.5 | 1.1 | 1.8 | 1.4 |
| M4 | 2.5 | 1.9 | 3.5 | 2.6 | 4.1 | 3.1 |
| M5 | 5.0 | 3.8 | 7.0 | 5.3 | 8.3 | 6.2 |
| M6 | 8.5 | 6.4 | 12.0 | 9.0 | 14.0 | 10.5 |
| M8 | 21.0 | 15.8 | 29.0 | 21.8 | 34.0 | 25.5 |
| M10 | 41.0 | 30.8 | 58.0 | 43.5 | 68.0 | 51.0 |
| M12 | 71.0 | 53.3 | 100.0 | 75.0 | 118.0 | 88.5 |
干燥 vs 润滑
润滑状态（涂油、涂抹防咬合剂）下，摩擦系数降低，达到相同预紧力所需力矩减少约 25%。表中润滑列已按 −25% 计算。
实际操作中，关键连接应使用扭矩扳手并参考零件图纸要求的力矩值。
拧紧顺序
多螺栓连接必须按顺序拧紧，否则零件会翘曲变形，密封面会泄漏。
| 连接形式 | 拧紧顺序 | 说明 |
|---|
| 圆形法兰 (4 螺栓) | 对角交叉 | 1-3-2-4，先预紧，再分 2-3 次逐步到目标力矩 |
| 圆形法兰 (6+ 螺栓) | 星形 / 对称交叉 | 每次跳 2-3 个螺栓，确保受力均匀 |
| 矩形法兰 | 从中间向两边 | 先中间，后对角，向外扩展 |
| 长条形连接 | 从中间向两端 | 防止中间拱起或两端翘曲 |
操作原则
分步拧紧：先用手拧到贴合（预紧），再用扭矩扳手分 2-3 步逐步达到目标力矩。不要一步到位。
防松方式
振动环境下螺纹连接会自行松动。选择防松方式要考虑：是否需要可拆卸、振动等级、成本、温度。
| 方式 | 原理 | 适用场景 | 可拆卸性 | 成本 | 注意 |
|---|
| 螺纹胶 (Loctite) | 厌氧胶固化填充螺纹间隙 | 振动环境、一次性装配或定期维护 | 可（加热到 200°C 或用专用溶剂） | 极低 | 243(中强度，可拆) vs 271(高强度，永久)。M6 以下用 222 低强度 |
| 弹簧垫圈 | 弹性垫圈产生持续轴向力 | 一般振动场合，成本最低的防松方案 | 完全可拆 | 极低 | 预紧力要求高的场合效果有限，不推荐用于关键连接 |
| 尼龙螺母 | 尼龙嵌件卡紧螺纹 | 中等振动，需要经常拆装的场合 | 可拆（但尼龙会磨损，次数有限） | 低 | 耐温 ≤ 120°C。高温会失效 |
| 开槽螺母 + 开口销 | 机械锁止，螺母槽对准销孔穿入开口销 | 高振动、高可靠性要求（如悬挂、转向） | 可拆（需更换开口销） | 中 | 螺栓上需要钻销孔。最可靠的防松方式之一 |
| 楔形垫圈 (Nord-Lock) | 楔形面在振动时产生抬升力，抵消松动趋势 | 高振动、无法使用螺纹胶的场合 | 完全可拆 | 中 | 效果优于弹簧垫圈。需要成对使用 |
快速选择
- 一般场合 → 不需要额外防松，10.9 级螺钉 + 标准力矩即可
- 中等振动 → 螺纹胶 Loctite 243（中等强度，可拆）
- 高振动 / 安全件 → 开槽螺母 + 开口销
- 经常拆装 → 尼龙螺母或楔形垫圈
常见错误
| 错误 | 后果 | 正确做法 |
|---|
| 铝件直接攻丝装钢螺钉 | 2-3 次拆装就滑牙，螺纹彻底报废 | 铝件一律装 Helicoil 钢丝螺套 |
| 12.9 级螺钉镀锌 | 氢脆，延迟断裂，可能造成安全事故 | 12.9 级禁止电镀。用达克罗或磷化 |
| 力矩过大，螺栓拉断 | 螺栓屈服甚至断裂，连接失效 | 使用扭矩扳手，按力矩表操作 |
| 紧定螺钉端头选错 | 打滑、顶不紧，零件运转时松动 | 根据轴上结构（有无孔、有无锥孔）选择对应端头 |
| 定位销用间隙配合 | 定位不准，反复拆装后精度丧失 | 用 H7/m6 轻压配合，硬度 ≥ 60 HRC |
| 多螺栓不按顺序拧 | 密封面泄漏、零件翘曲变形 | 对角交叉、分步逐步到目标力矩 |
| 不锈钢螺钉和钢螺母混用 | 电偶腐蚀，螺纹咬死（galling） | 同材质配对。不锈钢螺纹必须润滑或使用防咬合剂 |
| 沉头螺钉沉孔角度不对 | 螺钉头部不完全贴合，凸出表面 | 标准沉头螺钉锥角 90°，沉孔锪钻必须匹配 |
| 盲孔攻丝深度不够 | 螺钉拧不到底，有效啮合牙数不足 | 盲孔有效螺纹深度 ≥ 螺钉公称直径 × 1.5 |