擰緊曲線在預(yù)防緊固件裝錯(cuò)方面的應(yīng)用

李德鑫

摘 要：本文根據(jù)某車型發(fā)動(dòng)機(jī)懸置螺栓用錯(cuò)的問題，通過對比分析正常擰緊曲線和異常曲線，找出差異點(diǎn)，采取有針對性的電槍擰緊程序監(jiān)控角度，實(shí)現(xiàn)了電槍設(shè)備探測懸置螺栓用錯(cuò)的故障，消除了缺陷逃逸的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：擰緊曲線;角度監(jiān)控;電槍擰緊

1 前言

擰緊扭矩曲線是使用高精度電纜槍施加扭矩時(shí)，工具探測并記錄下來的擰緊過程信息，一般包括扭矩、角度、時(shí)間及轉(zhuǎn)速等信息。擰緊曲線對于緊固件的擰緊過程，就如同脈搏對于人體，從脈搏可以探知人的健康狀態(tài)。同樣，從擰緊曲線也可以看出整個(gè)擰緊過程是否正常，可以推測出擰緊過程中遇到了什么問題。以某車型A螺栓為例，其擰緊曲線如圖1所示（最終扭矩110N.m，采用兩步擰緊策略的Atlas電槍擰緊）。

擰緊曲線具有相對穩(wěn)定性，當(dāng)某一緊固件擰緊參數(shù)（緊固件、裝配件、裝配位置環(huán)境、擰緊程序參數(shù)等）不變時(shí)，其擰緊曲線是相對穩(wěn)定的，相似的。統(tǒng)計(jì)50條A螺栓的擰緊曲線，可以看出擰緊曲線是具有高度一致性的，如圖2所示。

2 異常曲線分析

某車型發(fā)動(dòng)機(jī)懸置固定螺栓在45工位使用Atlas電槍施加最終扭矩。由于車型配置不同，螺栓有兩種，自動(dòng)檔配置使用B螺栓（M12*1.75*57.5），手動(dòng)檔配置使用C螺栓（M12*1.75*70）。故障車為自動(dòng)檔配置，錯(cuò)誤裝配了C螺栓（由于懸置結(jié)構(gòu)不同，B螺栓在手動(dòng)檔配置上無法完成裝配），兩種螺栓長度不同，B螺栓為全螺牙，C螺栓為半螺牙狀態(tài)，但是螺帽相似，裝配后無法辨識區(qū)分。兩種螺栓外觀狀態(tài)如圖3所示。

該車型在45工位需要施加4顆緊固件扭矩（2個(gè)螺栓，2個(gè)螺母，均為110N.m），電槍采用相同的擰緊程序（第一目標(biāo)扭矩70N.m，最終扭矩110N.m，監(jiān)控角度10-150度，起始扭矩70N.m），根據(jù)裝配工藝順序，最后打緊的為懸置螺栓。

調(diào)取故障車和正常車輛的擰緊曲線進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)正常車輛4條曲線雖然局部有差異，但是整體上是相似的。故障車4條曲線中有1條與其他曲線明顯不同，正常曲線在20N.m到110N.m之間的斜率較大（較陡），并且比較穩(wěn)定，如圖4所示。異常曲線則分為兩個(gè)明顯不同的部分，在20N.m到60N.m之間的斜率較?。ㄝ^平緩），有小幅度的密集波動(dòng)，在60N.m到110N.m之間的斜率較大（較陡），與正常曲線相似，如圖5所示。初步分析認(rèn)為異常曲線是使用錯(cuò)誤螺栓的擰緊曲線。

3 異常曲線故障重現(xiàn)

為了進(jìn)一步證實(shí)異常曲線就是使用錯(cuò)誤螺栓擰緊的曲線，驗(yàn)證兩輛車使用錯(cuò)誤螺栓進(jìn)行裝配，跟蹤擰緊過程，并監(jiān)控?cái)Q緊曲線，如圖6/圖7所示。

可以看出兩輛驗(yàn)證車的打緊錯(cuò)誤螺栓的曲線均與其他曲線不同，扭矩在20N.m到60N.m之間的斜率較小，在60N.m到110N.m之間的斜率較大，與原故障車的異常曲線有高度的相似性。經(jīng)過分析可以確定，自動(dòng)檔配置車型如果裝配了C螺栓，其擰緊曲線有獨(dú)特性，與正常曲線有明顯差異。

使用C螺栓預(yù)裝到自動(dòng)檔車型懸置零件，可以看出螺栓有3mm左右無螺牙部分露出，如圖8所示。將驗(yàn)證車的C螺栓退出后，可以明顯看出螺栓中部無螺牙區(qū)域有明顯磨損痕跡，該位置正是預(yù)裝時(shí)露出懸置的無螺牙部分，如圖9所示。分析認(rèn)為，當(dāng)擰緊C螺栓到無螺牙部分時(shí)（此時(shí)懸置與底座并未貼合），隨著螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)無螺牙部分開始擰入底座螺孔，螺孔螺牙被擠壓磨損，扭矩開始緩慢波動(dòng)上升。當(dāng)懸置與底座貼合時(shí)，扭矩開始快速上升，直到110N.m的目標(biāo)扭矩，整個(gè)擰緊過程與異常曲線的表現(xiàn)一致。由于C螺栓和自動(dòng)檔配置發(fā)動(dòng)機(jī)懸置結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，所以自動(dòng)檔配置使用C螺栓擰緊的異常曲線也是穩(wěn)定的，其具有的特征也是穩(wěn)定的，排除了隨機(jī)性的可能。

4 異常曲線探測

依靠人員目視檢查來防止螺栓用錯(cuò)的方法，可靠性差，有效性低，通過結(jié)構(gòu)或設(shè)備來防錯(cuò)具有更大的優(yōu)勢。根據(jù)自動(dòng)檔配置車型使用C螺栓裝配的擰緊曲線特點(diǎn)，可以通過優(yōu)化擰緊程序監(jiān)控角度來實(shí)現(xiàn)探測。

45工位電槍擰緊程序，原監(jiān)控角度為10-150度（起始扭矩70N.m）。由于異常曲線在60 N.m到110N.m階段與正常螺栓曲線是相似的，所以現(xiàn)有角度監(jiān)控?zé)o法探測出異常曲線。根據(jù)異常曲線在20N.m到60N.m階段，斜率低，轉(zhuǎn)動(dòng)角度大的特點(diǎn)，可以增加該階段的角度監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對異常曲線的探測和報(bào)警。

統(tǒng)計(jì)10組使用錯(cuò)誤螺栓的擰緊數(shù)據(jù)，以及200組正常螺栓的擰緊數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)正常螺栓數(shù)據(jù)扭矩從35N.m到110N.m，轉(zhuǎn)動(dòng)角度集中在50-130度之間。錯(cuò)誤螺栓數(shù)據(jù)扭矩從35N.m到110N.m，轉(zhuǎn)動(dòng)角度在300-500度之間。考慮到實(shí)際擰緊過程的波動(dòng)性，將監(jiān)控角度確定為10-170度（起始扭矩35N.m）是合理的，是可以探測出異常曲線的。

5 探測有效性驗(yàn)證

更改電槍程序角度監(jiān)控值后，跟蹤五個(gè)班次的擰緊數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)有誤報(bào)警故障。為了驗(yàn)證新程序的有效性，隨機(jī)抽取現(xiàn)場3輛該車型，使用錯(cuò)誤螺栓進(jìn)行裝配，電槍擰緊時(shí)均報(bào)警不合格（原因?yàn)楸O(jiān)控角度超差），其中1輛驗(yàn)證車電槍報(bào)警及擰緊曲線如圖10所示。

通過跟蹤驗(yàn)證可以看出，新程序?qū)φＢ菟〝Q緊過程無影響，不會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警問題。對使用錯(cuò)誤螺栓的驗(yàn)證車輛可以有效的探測出異常曲線并報(bào)警擰緊不合格，提醒員工確認(rèn)螺栓狀態(tài)，防止缺陷逃逸出工位。

6 結(jié)束語

本文主要針對某車型不同配置之間發(fā)動(dòng)機(jī)懸置螺栓用錯(cuò)的問題，通過分析并確認(rèn)使用錯(cuò)誤螺栓擰緊的異常曲線，找出與正常螺栓擰緊曲線的差異，采取優(yōu)化電槍擰緊程序監(jiān)控角度的措施，實(shí)現(xiàn)了通過設(shè)備來探測螺栓用錯(cuò)的故障，消除缺陷逃逸出裝配工位的風(fēng)險(xiǎn)。