汽車螺栓擰緊后殘余扭矩檢查應(yīng)用

柴偉東 何杰 歐陽東 王金成

摘要：螺栓的連接結(jié)構(gòu)被廣泛用于汽車的裝配。螺栓擰緊是汽車裝配中最基本的重要工序。螺栓擰緊可靠性不僅關(guān)系到車輛整體的功能性，還關(guān)系到車輛的安全性。本文通過闡述螺栓擰緊后的靜態(tài)扭矩檢查的必要性和某系列車輛的靜態(tài)扭矩檢測過程和螺栓的具體操作過程，對扭矩異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、查詢、匯總，并評價擰緊過程的可靠性和對整車質(zhì)量的影響，最終保障整車擰緊質(zhì)量的合格。

關(guān)鍵詞：螺栓;汽車;擰緊;靜態(tài)扭矩

前言

當(dāng)前中國汽車行業(yè)的競爭日益激烈，顧客需求也日益豐富，在追求高科技和創(chuàng)新裝配等個性化的同時，更加注重汽車產(chǎn)品的安全性、高質(zhì)量和可靠性。螺栓擰緊一旦失效，除了增加返工維修成本外，也可能導(dǎo)致公司在品牌形象及市場上的重大損失（比如召回行動）。這就對擰緊過程質(zhì)量提出了更高的要求，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，螺栓連接副的夾緊力難以測量，因此將靜態(tài)扭矩作為螺栓擰緊質(zhì)量的間接評價指標(biāo)。

根據(jù)質(zhì)量管理的需要，需要檢測螺栓擰緊后的靜態(tài)扭矩，即零件組裝時初次擰緊螺栓后，短時間內(nèi)確認(rèn)螺栓的擰緊扭矩值。目前常用的檢測方法是使用數(shù)顯扳手檢測，并進(jìn)行電子匯總。該操作過程容易產(chǎn)生監(jiān)測數(shù)據(jù)與實(shí)際不符問題。為了解決這類問題，以某系列汽車裝配的螺栓靜態(tài)矩檢測過程為例，闡述了汽車生產(chǎn)裝配線的螺栓靜態(tài)扭矩檢測流程及使用方法。

1螺栓擰緊連接的控制方法及優(yōu)缺點(diǎn)

汽車總裝車間常用的擰緊控制方法有兩種分為扭矩控制與轉(zhuǎn)角控制。扭矩控制是指將擰緊工具設(shè)定到工藝要求的扭矩值，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的值后，擰緊結(jié)束。轉(zhuǎn)角控制是指將擰緊工具設(shè)定到工藝要求的扭矩值后再擰緊一定角度的值，達(dá)到工藝要求的角度后擰緊結(jié)束。

扭矩控制是比較常用的的控制方式，優(yōu)點(diǎn)是①易實(shí)現(xiàn)，設(shè)備成本較低，蓄電池扳手、定值力矩扳手、EC電槍等均可擰緊②螺栓不會過屈服極限，可重復(fù)使用2-3次。缺點(diǎn)是①摩擦系數(shù)影響較大，夾緊力波動較大，夾緊力分散±35%。②螺栓利用率低（<50%）。轉(zhuǎn)角控制優(yōu)點(diǎn)是①螺栓利用率較高，相同夾緊力要求下可以采用更少、直徑更小的螺栓[4]。②過程和產(chǎn)品的有效性易于驗證;③符合現(xiàn)場維護(hù)成本和精度要求。④螺栓的使用率顯著提高。缺點(diǎn)是①設(shè)備成本高，只能使用EC電槍擰緊，返修時要采用帶有預(yù)置程序的數(shù)顯扳手返修。②轉(zhuǎn)角法使用過的螺栓不可以重復(fù)使用。

2螺栓連接的動態(tài)扭矩與靜態(tài)扭矩

動態(tài)扭矩是指螺栓擰緊結(jié)束瞬間得到的最大峰值，無法測量擰緊后的動態(tài)扭矩。靜態(tài)扭矩是指，螺栓擰緊后使用扳手繼續(xù)旋轉(zhuǎn)小角度測得的扭矩值?？傃b裝配線的Atlas電動扳手使用了這種方法，用數(shù)顯扳手檢測螺栓扭矩時采用靜態(tài)扭矩，通常動態(tài)扭矩和再擰緊靜態(tài)扭矩檢測值不同。即使連接點(diǎn)和螺栓的型號相同，數(shù)值也會存在偏差。因為靜態(tài)扭矩的數(shù)值不準(zhǔn)確，與操作人員檢測方法有很大關(guān)系，所以對合格零件的復(fù)查不是優(yōu)先的方法。靜態(tài)扭矩檢查只限于螺栓返修、工具更換和零件更換檢查。

在汽車的生產(chǎn)制造過程中，雖然在開班之前對螺栓的擰緊工具進(jìn)行了扭矩校驗[3]，但是實(shí)際生產(chǎn)操作中，擰緊工具有可能出現(xiàn)故障，造成螺栓的動態(tài)扭矩值達(dá)不到設(shè)計要求[2]，單是依靠動態(tài)扭矩是無法保證擰緊質(zhì)量的，為了確保螺栓擰緊質(zhì)量，需要對裝配好的螺栓進(jìn)行靜態(tài)扭矩檢驗。

3汽車螺栓靜態(tài)扭矩檢測

3.1檢測方法

為了解決螺栓靜太扭矩檢測中的各種問題，使用了螺栓靜態(tài)扭矩檢測儀。檢測儀的配置簡單好用。基本配置請參照表1。主要功能是使用數(shù)顯扳手檢測螺栓的靜態(tài)扭矩，檢測結(jié)果一一保存在軟件系統(tǒng)中，系統(tǒng)功能強(qiáng)大，如篩選、組合查詢、數(shù)據(jù)分析等。

3.2檢測過程

通常在擰緊螺栓后30分鐘內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)扭矩的測量，檢測人員按照工序順序檢查，在每個工序掃描車輛底盤號信息條碼，進(jìn)行靜扭矩檢查。通常的測量方法是坐標(biāo)法，即用數(shù)字扳手持續(xù)擰緊，當(dāng)螺栓從靜摩擦變?yōu)閯討B(tài)摩擦?xí)r，開始讀取。在該讀數(shù)上施加坐標(biāo)比，即螺栓靜態(tài)扭矩。坐標(biāo)比通常是0.9或1。在測試期間，使用數(shù)顯扭矩扳手進(jìn)行靜態(tài)扭矩檢測。數(shù)顯扳手的數(shù)值顯示框旁邊的顯示燈未亮，表示正在檢測中，紅色燈的閃爍表示靜態(tài)扭矩值不合格[1]，檢測過程中需要扭矩檢測人員減慢速度，注意螺栓是否瞬間旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后立即停止動作并讀取數(shù)據(jù)，旋轉(zhuǎn)角度不超過10°。綠燈未閃爍，表示靜態(tài)扭矩未達(dá)到要求范圍下限值時，螺栓旋轉(zhuǎn)，表示該螺栓的靜態(tài)扭矩檢測不合格[1]。如果檢測出的扭矩值在靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，則自動保存數(shù)據(jù)，執(zhí)行下一個螺栓的檢測程序。當(dāng)所有螺栓檢測結(jié)束后將螺栓檢測結(jié)果上傳Atlas的扭矩檢測系統(tǒng)。當(dāng)出現(xiàn)靜態(tài)扭矩不合格時，扭矩檢測人員須分析原因，并報告檢測結(jié)果。

3.3異常數(shù)據(jù)處理分析

對于異常的數(shù)據(jù)（例工藝力矩的值為20+/-3Nm，突然測到10Nm的力矩），這時應(yīng)該用數(shù)顯扳手再繼續(xù)擰緊看力矩是否繼續(xù)增大，如果繼續(xù)增大這樣的數(shù)據(jù)可以不用記錄。當(dāng)靜態(tài)扭矩檢測不合格時，檢測人員負(fù)責(zé)對不合格擰緊點(diǎn)前后各抽檢，記錄抽檢車輛底盤號及擰緊點(diǎn)數(shù)據(jù)并判定是否為批量問題，出現(xiàn)1臺以上為批量問題，應(yīng)立即分析制定臨時措施并最終給出長久措施;如果非批量問題，將該擰緊點(diǎn)的不合格報告打印出來存檔。

當(dāng)出現(xiàn)批量檢測不合格時，扭矩檢測人員確認(rèn)生產(chǎn)操作人員是否按照標(biāo)準(zhǔn)操作完成裝配，目視檢查螺栓連接接觸面是否存在缺陷、螺紋孔內(nèi)是否存在缺陷，檢查擰緊工具或設(shè)備是否存在問題，確認(rèn)零件材料、鍍層是否發(fā)生變化，進(jìn)行缺陷分析并做好措施跟蹤直到問題徹底解決。當(dāng)出現(xiàn)非批量檢測不合格時，扭矩檢測人員聯(lián)系生產(chǎn)操作人員執(zhí)行應(yīng)急預(yù)案，對不合格車輛擰緊點(diǎn)進(jìn)行缺陷返修，返修合格扭矩檢測人員再次測量靜態(tài)扭矩，生產(chǎn)操作人員將靜態(tài)扭矩數(shù)據(jù)記錄在存檔文件中。

4總結(jié)

螺栓靜態(tài)扭矩是保證汽車裝配質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在實(shí)際扭矩控制中建立并應(yīng)用動、靜態(tài)扭矩的概念，對緊固操作時執(zhí)行的動態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量檢測時判定的靜態(tài)扭矩范圍進(jìn)行區(qū)分管理，對解決傳統(tǒng)扭矩控制中的質(zhì)量缺陷問題有著積極的幫助，是一種科學(xué)有效的管理方法，且可以更利于提高整車可靠性[5]。

參考文獻(xiàn)：

[1]王佳佳周炳海.《發(fā)動機(jī)裝配線螺栓靜態(tài)扭矩檢測過程的改進(jìn)》柴油機(jī)設(shè)計與制造2021.01

[2]張啟慶張震華佘運(yùn)義李林峰趙旺增.《淺談汽車線束中螺栓的擰緊》汽車電器2015.02

[3]王艾東孫建.《淺談汽車線束中螺栓的擰緊》科研2016.07

[4]劉超王旭金吳彩麗陳然.《高強(qiáng)度螺栓的監(jiān)控扭矩研究》柴油機(jī)

2014

[5]向雪梅.《B公司螺紋緊固件扭矩質(zhì)量控制研究》中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫2017.07