檢討裝配扭矩控制

1、裝配扭矩控制檢討一、引言商用車車身零件的固定連接方法很多，比如螺紋連接、粘接、鉚接、卡接等，但螺紋連接卻是一種其他方式都無法替代的固定連接，具有結構簡單、連接可靠、裝拆方便等優(yōu)點，因此螺栓螺母鎖緊零件的方式是商用車車身零件固定最廣泛的方式，由于螺紋連接應用最廣，它直接關系到產品的安全性和可靠性，那么如何評價連接的質量呢，本文概述了東風商用車車身裝配螺栓連接的原理，描述了車身零件裝配過程中扭矩控制的現(xiàn)狀，提出商用車車身裝配扭矩控制的有效方法，對其他商用車車身生產企業(yè)裝配扭矩控制提供借鑒意義。二、螺紋連接的原理1、螺紋聯(lián)接方式：東風商用車螺紋連接方式主要有：螺釘聯(lián)接（不需要螺母）、螺栓螺母組聯(lián)接、

2、雙頭螺柱聯(lián)接、管接頭螺紋聯(lián)接、自攻螺釘聯(lián)接2、螺紋聯(lián)接原理：螺絲連接件中的力：3、螺紋聯(lián)接預緊和防松的工作原理:螺紋聯(lián)接預緊和防松的工作原理分為如下兩種。1）靠摩擦力防松：常見的具體結構有雙螺母防松和彈簧墊圈防松。前者的原理是將上下兩個螺母同時旋緊，這樣兩者與螺栓間的摩擦力，從而防止螺母松動。后者是利用墊圈的反彈力產生附加摩擦力防松。彈簧墊圈防松簡單、可靠，應用較普遍。2）機械防松：即用機械的方法將螺母固定，常用結構有：開口銷、止動墊片，帶翅墊片和串聯(lián)鋼絲等。機械防松比摩擦力防松可靠。本文主要介紹靠摩擦力放松。4、螺紋聯(lián)接件擰緊力矩校驗螺紋聯(lián)接后，我們怎么來判定螺紋聯(lián)接滿足使用需要，可靠性怎么

3、來評估呢？生產過程的錯誤校驗：完成零出錯擰緊的5個等級1）Step 0: 把部件結合在一起這個過程可以采用氣動或電動沖擊扳手也可以采用定扭工具裝配，過程質量等級:a、僅僅將部件裝配在一起，沒有精度和過程的安全等級要求b、作人員和工具無法決定精度2）Step 1: 確保一個正確的擰緊扭矩所需設備:l 工具可以提供一個精確的和預先設定的扭矩過程質量等級:+ 工具有正確的扭矩精度- 不受操作人員和工件的影響離合器+/-5%+/-25 to 40%Pulse Air脈沖扳手Impact Wrench普通扳手Tensor S電動+/- 7,5 to 10%Tensor DS/DL智能控制器+/-15 t

4、o 25%Clutch tools離合扳手+/- 7,5 to 10%Step 2. 確保所有的螺絲被擰緊所需設備:l 系統(tǒng)自動計算螺絲數(shù)量過程質量等級:+ 工具有正確的扭矩精度+ 所有的螺絲都會被擰緊- 依然不了解連接的狀態(tài)Step 3. 確保連接正確你如何可以完全確認螺栓旋入是正確的？計算角度, 比如旋轉度數(shù)的數(shù)值旋入的角度監(jiān)控 Step 1 angle acceptance windowClamping angle acceptance windowTorqueAngleFinal targetSpeed兩步擰緊消除了彈性釋放力TimeSpeedTorque50 ms在旋入過程中暫停 5

5、0 ms , 消除了彈性釋放力Step 4.確保有安全性要求的連接件完全擰緊所需設備:l 通過一個可追蹤校準的傳感器進行扭矩控制l 對于扭矩結果進行文檔保存l 在整個擰緊過程進行連續(xù)的監(jiān)測工具配有傳感器, 旋入 & 當前的監(jiān)測結果存儲在 PF3000 和 ToolsNet 3000每把工具的校準數(shù)據(jù)儲存扭矩審核驗證 扭矩值& 過程實際的扭矩 100% 經過校驗Tensor S 可追蹤過程Step 5. 確保零出錯擰緊系統(tǒng)需求:l 工具控制器和工廠網(wǎng)絡的網(wǎng)絡連接 l 局部鑒定l 不合格產品管理- 精確的和預設定的工具扭矩- 不受操作人員影響 連接 OK ! 安全性要求的擰緊 OK

6、! 零出錯擰緊- 螺絲計數(shù) - 無重復擰緊- 壞的連接 - 角度監(jiān)測 => 連接控制- 可計算數(shù)值- 可追蹤- 擰緊數(shù)據(jù)收集- 控制器和工廠生產系統(tǒng)網(wǎng)絡連接- 不合格產品管理 批次 OK ! 扭矩 OK !- 無精度和過程安全等級 部件結合 !結論： 5 steps概要發(fā)生在裝配行業(yè)的一些常見的問題三、東風商用車車身擰緊工具的類型1、普通手動擰緊工具普通手動擰緊工具就是一般人都認識的活動扳手、呆扳手、梅花扳手、套筒扳手等。這些普通扳手可以說是扭矩工具的最早雛型，但它們并不是真正意義上的扭矩工具。使用普通扳手，螺栓是否擰緊要完全依靠操作者的鎖緊力量和經驗，鎖緊的可靠性很差，擰緊螺栓時容易出

7、現(xiàn)擰不牢或擰緊過頭的現(xiàn)象。2、沖擊型風動/電動工具 沖擊型風動/電動工具和普通手動擰緊工具一樣，只不過動力有人的手臂力量轉換采用壓縮空氣或電池作為動力的介質，該類沖擊型風動工具精度±50以上，沖擊型電動工具精度±40以上，擰緊螺栓時也容易出現(xiàn)擰不牢或擰緊過頭的現(xiàn)象。3、扭矩工具簡介扭矩工具一般是指上緊螺栓或螺母時可以定扭的擰緊工具，這里所說的“定扭”是指操作者根據(jù)連接螺栓的強度設定的擰緊力。根據(jù)產生扭力的動力源，扭矩工具大致可分為：手動扭矩扳手、氣動扭矩扳手、手持式電動扭矩扳手、電動伺服擰緊機。2.2.1手動扭矩扳手手動扭矩扳手在扭緊螺紋連接件時發(fā)出"卡塔&quo

8、t;聲后是提示已達到了要求的扭距值，"卡塔"聲由本身內部的扭距釋放結構產生，其結構由壓力彈簧、扭距釋放關節(jié)、扭距頂桿三結構所組成，首先在扭距扳手上設定所需扭距值，扭距扳手開始擰緊螺栓，當螺栓達到扭距值后會產生瞬間脫節(jié)的效應，發(fā)出關節(jié)敲擊扳手金屬外殼的"卡塔"聲。3.1手動式轉扭扳手（21*670SP）樣圖定扭式棘輪扭矩扳手樣圖3.2氣動扭矩扳手氣動扭矩扳手氣馬達部分的結構和工作原理都是同一種結構，不同的是前半部分，即氣動扭矩扳手可根據(jù)前半部分不同分為油壓脈沖扭矩扳手和離合器型扭矩扳手、沖擊型扳手。油壓脈沖型扭矩扳手工作原理是利用裝滿油的裝置驅動液壓脈沖來

9、擰緊緊固件，控制脈沖中油量的多少可以調節(jié)最終的扭矩。離合器型扭矩扳手工作原理是依靠內部一根定扭彈簧和一個頂針配合來控制扭矩。沖擊型的扳手工作原理是依靠兩個打擊塊來驅動轉軸轉動，從而起到擰緊作用。3.2.1斷氣式氣動工具：達到力矩時斷氣直柄直頭直柄彎頭槍式氣動扳手這一類擰緊機的力矩范圍從0.5 NM 到 150 NM，精度從+/-10% 到+/-15%，氣動扳手一般適合于機械件及10NM以上大力矩的擰緊。3.2.2離合器式定扭工具樣圖3.2.3油壓脈沖定扭工具3.3手持式電動扭矩扳手電槍充電器直柄彎頭這一類擰緊機的力矩范圍從0.8 NM 到 12 NM，精度從+/-15% 到+/-25%，電動扳

10、手一般適合于10NM以下小力矩塑料件的擰緊，操作工通過目視檢查螺釘是否與貼合面貼合良好！3.4電動扭矩工具電動扭矩工具工作原理是在擰緊機構上裝有扭矩傳感器，在擰緊過程中，傳感器將檢測到的動態(tài)扭矩值反饋給擰緊控制器，擰緊控制器將這些數(shù)值與程序預定值進行比較，算出偏差并給伺服電機發(fā)出指令，直至擰緊到預定值后自動停機。這些扭矩扳手最終解決了擰緊螺栓時沒上牢或擰緊過頭的問題，能夠按照預訂設置的扭矩值對螺紋副進行扭緊操作?？梢哉{節(jié)擰緊力矩和角度，記錄擰緊結果（打印，聯(lián)網(wǎng)，）力矩范圍可以從1 NM 到 500 NM，精度為10%，一般適合于安全項的擰緊，如轉向機，安全帶的擰緊等！電動擰緊機圖例：四、東風商

11、用車車身扭矩控制現(xiàn)狀1、擰緊模式模式A：伺服擰緊機擰緊模式B：采用離合式氣動扳手擰緊、手持式電動扳手擰緊、或者是扭力（折彎）扳手擰緊，且工具的精度可以滿足工位裝配精度的要求，屬于可靠擰緊。模式C：工具的精度不滿足工位裝配精度要求，屬于不可靠擰緊。2、擰緊控制方法1、關鍵力矩原則上采用伺服機擰緊，力矩依靠伺服機精度保證。如伺服機未投入使用，則采用降級模式（定扭工具+折彎扳手）。2、重要力矩采用定扭工具+折彎扳手二次擰緊。力矩依靠自檢和抽檢跟蹤。3、一般力矩直接采用定扭工具擰緊。因油壓脈沖扳手精度受氣壓影響很大，原則上不直接使用。擰緊方法班組檢查質量檢查頻次工具頻次工具關鍵力矩伺服擰緊機每班3臺表

12、盤扳手每班1臺數(shù)顯扳手或表盤扳手重要力矩定扭工具+折彎扳手每班3臺表盤扳手每班1臺數(shù)顯扳手或表盤扳手一般力矩定扭工具不定時抽檢表盤扳手3、關鍵、重要工序擰緊力矩的設定A、使用的擰緊工具為伺服機；將伺服扳手調整到公差的中間值，并做上白色標記。B、可靠擰緊，工具的精度可以滿足工位裝配精度的要求。首先將裝配工具調整到公差的中間值，在第一次擰緊后，再采取二次擰緊的方式：使用另一個調整到公差中間值的扭力扳手保證擰緊力矩達到要求，并做上白色檢測標記。C、不可靠擰緊，工具的精度不能滿足工位裝配精度要求。首先將裝配工具調整到力矩下限，在第一次擰緊后，再采取二次擰緊的方式：另一個調整到公差的中間值的扭力扳手實施

13、擰緊，并做上白色檢測標記。4、扭矩控制模式一（普通風動沖擊工具+表盤式扭矩扳手）這種扭矩控制模式主要使用在東風CPB12車型上，我們針對CPB12司機座椅20組螺栓進行了測量，工藝要求該裝配點扭矩為（1622）Nm，扭矩檢量儀對裝配設備風動扳手（22TG-B10）輸出扭矩檢測，如表一(標定20Nm)，表盤式扭力扳手以“扭緊法”測得這20組螺栓扭矩值，如表二。分析波動圖可以得出該模式存在如下問題：1、風動扳手扭矩出現(xiàn)了較大的波動，平均值為14.53Nm，極差為18.05Nm，與預定值最大偏離率為50%。2、采用表盤式扭力扳手以“扭緊法”檢測出的扭矩值普遍大于預定值，波動較大，測量平均值為16.4

14、5Nm，極差為20Nm，其平均值與扭矩扳手平均值相差10.49 Nm，約13%。3、該控制模式控制精度低，如果風動扳手的力矩超出設計力矩范圍，則起不到控制裝配力矩的作用。5、扭矩控制模式二（風動定扭工具+表盤式扭矩扳手）該扭矩控制模式在D310/D530車型廣泛應用，我們針對D530駕駛室后懸置20組螺栓裝配情況進行了測量。工藝要求該裝配點扭矩為（5575）Nm，扭矩檢量儀對裝配設備風動定扭扳手日本三研（FL-9-1）輸出扭矩檢測，如表三（標定為70 Nm），表盤式扭力扳手以“扭緊法”測得這20組螺栓扭矩值，如表四。分析波動圖可以得出該模式存在如下問題：1、風動扭矩扳手輸出扭矩具有比較高的一致

15、性，但是在個別點出現(xiàn)了較大的波動，平均值為70.16Nm，極差為28.75Nm，與預定值最大偏離率為20%。2、采用表盤式扭力扳手以“扭緊法”檢測出的扭矩值普遍大于預定值，波動也較大，測量平均值為80.65Nm，極差為33Nm，其平均值與扭矩扳手平均值相差10.49 Nm，約14.95%。3、該控制模式采用了風動定扭工具，扭矩散差得到了收斂，但是控制精度不高。通過上述兩組實驗數(shù)據(jù)進行對比我們可以得出如下結論：第一、風動沖擊扳手由于自身擰緊原理較風動定扭工具具有較大的波動性，因此在同種氣源工況下測出的輸出扭矩波動相差了30%。第二、采用具備穩(wěn)定扭矩輸出的設備可以克服因氣源波動造成的輸出扭矩散差偏

16、大的問題。第三、在第一組數(shù)據(jù)中，采用“扭緊法”檢測數(shù)值小于擰緊設備輸出值，分析可能是由于氣源突然變化或者操作人員誤讀造成的。第四、工藝設計扭矩與裝備輸出扭矩以及事后“扭緊法”檢測扭矩之間不能劃等號，裝備輸出扭矩可以認定是螺紋副最終的扭緊力矩，該值應位于工藝設計的額定值范圍之內，才能算是合格的。第五、以上兩種扭矩控制模式均不高。6、扭矩控制改進通過兩組測量數(shù)據(jù)和理論分析，得出事后“扭緊法”測得的扭矩值不能作為裝配扭矩是否合格的依據(jù)。鑒于此我們將扭矩控制重點放在由于扭矩工具自身不穩(wěn)定造成扭矩散差偏大的問題上。采取了以下措施：第一、裝配設備的檢測，即執(zhí)行螺栓擰緊工藝的風動擰緊槍的準確性和可靠性檢測，

17、對扭矩準確度進行評價。通過采用模擬工況的動態(tài)校準法將擰緊槍用傳感器讀出數(shù)值，驗證該值是否位于工藝設計的額定值范圍之內。這種方法借鑒了電動扭矩扳手的部分工作原理，經過在線實時檢測我們可以很好的控制裝配扭矩。第二、為了防止因氣源波動造成的扭矩波動，提高裝配扭矩的可靠性，在關鍵工位配備了棘輪定扭扳手進行二次擰緊（該設備精度可以達到±3%），進一步收斂裝配扭矩散差。第三、編制了科學的扭矩工具管理標準，保證扭矩設備在使用過程中可以按照要求進行檢測，保證工具的可靠性。棘輪式扭矩扳手和風動扭矩工具檢測設備新的扭矩控制模式可以簡稱：普通風動定扭工具+手動定扭工具+表盤式扭矩扳手，以下是通過采用該扭矩

18、控制模式后測得的后懸扭矩值。扭矩檢量儀對裝配設備風動定扭扳手日本三研（FL-9-1）輸出扭矩檢測，如表五（標定為70 Nm），棘輪扭矩扳手標定值為70 Nm，通過表盤式扭力扳手以“扭緊法”測得這20組螺栓扭矩值，見表六。分析波動圖可以得出以下結論：1、風動扭矩扳手輸出扭矩具有比較高的一致性，平均值為71.48Nm，極差為23Nm，與預定值最大偏離率為18.57%。2、用棘輪式扭矩扳手進行二次緊固后，表盤式扭力扳手以“扭緊法”檢測出的扭矩值普遍大于預定值，測量平均值為76.14Nm，極差為17Nm，其平均值與扭矩扳手平均值相差4.66 Nm，約6.52%。3、通過采用新的扭矩控制策略后，測量的裝配扭矩散差較采用前下降了8.43%和6.48%，較好的解決了由于氣壓波動造成的裝配扭矩偏低問題。 4、通過在線檢測設備對扭矩設備進行檢測，扭矩可靠性得到了較好的保證；5、此種扭矩控制模式較前面兩種控制精度高。五、結束語通過改進后的扭矩控制模式雖然在現(xiàn)有的基礎上提高了扭矩控制精度，但是因氣源的不穩(wěn)定以及操作人員習慣等環(huán)境、人員等不可控因素影響，扭矩失控狀態(tài)出現(xiàn)還是時有發(fā)生，隨著對生產效率和生產質量要求的提高，商用車車身制造中扭