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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接可靠、裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用最廣，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的安全性和可靠性，那么如何評(píng)價(jià)連接的質(zhì)量呢，本文概述了東風(fēng)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(duì)其他商用車車身生產(chǎn)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(fēng)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(yù)緊和防松的工作原理:螺紋聯(lián)接預(yù)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(jié)構(gòu)有雙螺母防松和彈簧墊圈防松。前者的原理是將上下兩個(gè)螺母同時(shí)旋緊，這樣兩者與螺栓間的摩擦力，從而防止螺母松動(dòng)。后者是利用墊圈的反彈力產(chǎn)生附加摩擦力防松。彈簧墊圈防松簡(jiǎn)單、可靠，應(yīng)用較普遍。2）機(jī)械防松：即用機(jī)械的方法將螺母固定，常用結(jié)構(gòu)有：開口銷、止動(dòng)墊片，帶翅墊片和串聯(lián)鋼絲等。機(jī)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(yàn)螺紋聯(lián)接后，我們?cè)趺磥砼卸菁y聯(lián)接滿足使用需要，可靠性怎么

3、來評(píng)估呢？生產(chǎn)過程的錯(cuò)誤校驗(yàn)：完成零出錯(cuò)擰緊的5個(gè)等級(jí)1）Step 0: 把部件結(jié)合在一起這個(gè)過程可以采用氣動(dòng)或電動(dòng)沖擊扳手也可以采用定扭工具裝配，過程質(zhì)量等級(jí):a、僅僅將部件裝配在一起，沒有精度和過程的安全等級(jí)要求b、作人員和工具無法決定精度2）Step 1: 確保一個(gè)正確的擰緊扭矩所需設(shè)備:l 工具可以提供一個(gè)精確的和預(yù)先設(shè)定的扭矩過程質(zhì)量等級(jí):+ 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(dòng)+/- 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(shè)備:l 系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算螺絲數(shù)量過程質(zhì)量等級(jí):+ 工具有正確的扭矩精度+ 所有的螺絲都會(huì)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(rèn)螺栓旋入是正確的？計(jì)算角度, 比如旋轉(zhuǎn)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(shè)備:l 通過一個(gè)可追蹤校準(zhǔn)的傳感器進(jìn)行扭矩控制l 對(duì)于扭矩結(jié)果進(jìn)行文檔保存l 在整個(gè)擰緊過程進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè)工具配有傳感器, 旋入 & 當(dāng)前的監(jiān)測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)在 PF3000 和 ToolsNet 3000每把工具的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存扭矩審核驗(yàn)證 扭矩值& 過程實(shí)際的扭矩 100% 經(jīng)過校驗(yàn)Tensor S 可追蹤過程Step 5. 確保零出錯(cuò)擰緊系統(tǒng)需求:l 工具控制器和工廠網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)連接 l 局部鑒定l 不合格產(chǎn)品管理- 精確的和預(yù)設(shè)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(cuò)擰緊- 螺絲計(jì)數(shù) - 無重復(fù)擰緊- 壞的連接 - 角度監(jiān)測(cè) => 連接控制- 可計(jì)算數(shù)值- 可追蹤- 擰緊數(shù)據(jù)收集- 控制器和工廠生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接- 不合格產(chǎn)品管理 批次 OK ! 扭矩 OK !- 無精度和過程安全等級(jí) 部件結(jié)合 !結(jié)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(fēng)商用車車身擰緊工具的類型1、普通手動(dòng)擰緊工具普通手動(dòng)擰緊工具就是一般人都認(rèn)識(shí)的活動(dòng)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(jīng)驗(yàn)，鎖緊的可靠性很差，擰緊螺栓時(shí)容易出

7、現(xiàn)擰不牢或擰緊過頭的現(xiàn)象。2、沖擊型風(fēng)動(dòng)/電動(dòng)工具 沖擊型風(fēng)動(dòng)/電動(dòng)工具和普通手動(dòng)擰緊工具一樣，只不過動(dòng)力有人的手臂力量轉(zhuǎn)換采用壓縮空氣或電池作為動(dòng)力的介質(zhì)，該類沖擊型風(fēng)動(dòng)工具精度±50以上，沖擊型電動(dòng)工具精度±40以上，擰緊螺栓時(shí)也容易出現(xiàn)擰不牢或擰緊過頭的現(xiàn)象。3、扭矩工具簡(jiǎn)介扭矩工具一般是指上緊螺栓或螺母時(shí)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(qiáng)度設(shè)定的擰緊力。根據(jù)產(chǎn)生扭力的動(dòng)力源，扭矩工具大致可分為：手動(dòng)扭矩扳手、氣動(dòng)扭矩扳手、手持式電動(dòng)扭矩扳手、電動(dòng)伺服擰緊機(jī)。2.2.1手動(dòng)扭矩扳手手動(dòng)扭矩扳手在扭緊螺紋連接件時(shí)發(fā)出"卡塔&quo

8、t;聲后是提示已達(dá)到了要求的扭距值，"卡塔"聲由本身內(nèi)部的扭距釋放結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，其結(jié)構(gòu)由壓力彈簧、扭距釋放關(guān)節(jié)、扭距頂桿三結(jié)構(gòu)所組成，首先在扭距扳手上設(shè)定所需扭距值，扭距扳手開始擰緊螺栓，當(dāng)螺栓達(dá)到扭距值后會(huì)產(chǎn)生瞬間脫節(jié)的效應(yīng)，發(fā)出關(guān)節(jié)敲擊扳手金屬外殼的"卡塔"聲。3.1手動(dòng)式轉(zhuǎn)扭扳手（21*670SP）樣圖定扭式棘輪扭矩扳手樣圖3.2氣動(dòng)扭矩扳手氣動(dòng)扭矩扳手氣馬達(dá)部分的結(jié)構(gòu)和工作原理都是同一種結(jié)構(gòu)，不同的是前半部分，即氣動(dòng)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(qū)動(dòng)液壓脈沖來

9、擰緊緊固件，控制脈沖中油量的多少可以調(diào)節(jié)最終的扭矩。離合器型扭矩扳手工作原理是依靠?jī)?nèi)部一根定扭彈簧和一個(gè)頂針配合來控制扭矩。沖擊型的扳手工作原理是依靠?jī)蓚€(gè)打擊塊來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而起到擰緊作用。3.2.1斷氣式氣動(dòng)工具：達(dá)到力矩時(shí)斷氣直柄直頭直柄彎頭槍式氣動(dòng)扳手這一類擰緊機(jī)的力矩范圍從0.5 NM 到 150 NM，精度從+/-10% 到+/-15%，氣動(dòng)扳手一般適合于機(jī)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(dòng)扭矩扳手電槍充電器直柄彎頭這一類擰緊機(jī)的力矩范圍從0.8 NM 到 12 NM，精度從+/-15% 到+/-25%，電動(dòng)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(dòng)扭矩工具電動(dòng)扭矩工具工作原理是在擰緊機(jī)構(gòu)上裝有扭矩傳感器，在擰緊過程中，傳感器將檢測(cè)到的動(dòng)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(yù)定值進(jìn)行比較，算出偏差并給伺服電機(jī)發(fā)出指令，直至擰緊到預(yù)定值后自動(dòng)停機(jī)。這些扭矩扳手最終解決了擰緊螺栓時(shí)沒上牢或擰緊過頭的問題，能夠按照預(yù)訂設(shè)置的扭矩值對(duì)螺紋副進(jìn)行扭緊操作?？梢哉{(diào)節(jié)擰緊力矩和角度，記錄擰緊結(jié)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(xiàng)的擰緊，如轉(zhuǎn)向機(jī)，安全帶的擰緊等！電動(dòng)擰緊機(jī)圖例：四、東風(fēng)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(jī)擰緊模式B：采用離合式氣動(dòng)扳手?jǐn)Q緊、手持式電動(dòng)扳手?jǐn)Q緊、或者是扭力（折彎）扳手?jǐn)Q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(guān)鍵力矩原則上采用伺服機(jī)擰緊，力矩依靠伺服機(jī)精度保證。如伺服機(jī)未投入使用，則采用降級(jí)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(zhì)量檢查頻次工具頻次工具關(guān)鍵力矩伺服擰緊機(jī)每班3臺(tái)表

12、盤扳手每班1臺(tái)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(tái)表盤扳手每班1臺(tái)數(shù)顯扳手或表盤扳手一般力矩定扭工具不定時(shí)抽檢表盤扳手3、關(guān)鍵、重要工序擰緊力矩的設(shè)定A、使用的擰緊工具為伺服機(jī)；將伺服扳手調(diào)整到公差的中間值，并做上白色標(biāo)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(diào)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(gè)調(diào)整到公差中間值的扭力扳手保證擰緊力矩達(dá)到要求，并做上白色檢測(cè)標(biāo)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(diào)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(gè)調(diào)整到公差的中間值的扭力扳手實(shí)施

13、擰緊，并做上白色檢測(cè)標(biāo)記。4、扭矩控制模式一（普通風(fēng)動(dòng)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(fēng)CPB12車型上，我們針對(duì)CPB12司機(jī)座椅20組螺栓進(jìn)行了測(cè)量，工藝要求該裝配點(diǎn)扭矩為（1622）Nm，扭矩檢量?jī)x對(duì)裝配設(shè)備風(fēng)動(dòng)扳手（22TG-B10）輸出扭矩檢測(cè)，如表一(標(biāo)定20Nm)，表盤式扭力扳手以“扭緊法”測(cè)得這20組螺栓扭矩值，如表二。分析波動(dòng)圖可以得出該模式存在如下問題：1、風(fēng)動(dòng)扳手扭矩出現(xiàn)了較大的波動(dòng)，平均值為14.53Nm，極差為18.05Nm，與預(yù)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(cè)出的扭矩值普遍大于預(yù)定值，波動(dòng)較大，測(cè)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(fēng)動(dòng)扳手的力矩超出設(shè)計(jì)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(fēng)動(dòng)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(yīng)用，我們針對(duì)D530駕駛室后懸置20組螺栓裝配情況進(jìn)行了測(cè)量。工藝要求該裝配點(diǎn)扭矩為（5575）Nm，扭矩檢量?jī)x對(duì)裝配設(shè)備風(fēng)動(dòng)定扭扳手日本三研（FL-9-1）輸出扭矩檢測(cè)，如表三（標(biāo)定為70 Nm），表盤式扭力扳手以“扭緊法”測(cè)得這20組螺栓扭矩值，如表四。分析波動(dòng)圖可以得出該模式存在如下問題：1、風(fēng)動(dòng)扭矩扳手輸出扭矩具有比較高的一致

15、性，但是在個(gè)別點(diǎn)出現(xiàn)了較大的波動(dòng)，平均值為70.16Nm，極差為28.75Nm，與預(yù)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(cè)出的扭矩值普遍大于預(yù)定值，波動(dòng)也較大，測(cè)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(fēng)動(dòng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比我們可以得出如下結(jié)論：第一、風(fēng)動(dòng)沖擊扳手由于自身擰緊原理較風(fēng)動(dòng)定扭工具具有較大的波動(dòng)性，因此在同種氣源工況下測(cè)出的輸出扭矩波動(dòng)相差了30%。第二、采用具備穩(wěn)定扭矩輸出的設(shè)備可以克服因氣源波動(dòng)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(cè)數(shù)值小于擰緊設(shè)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(shè)計(jì)扭矩與裝備輸出扭矩以及事后“扭緊法”檢測(cè)扭矩之間不能劃等號(hào)，裝備輸出扭矩可以認(rèn)定是螺紋副最終的扭緊力矩，該值應(yīng)位于工藝設(shè)計(jì)的額定值范圍之內(nèi)，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(jìn)通過兩組測(cè)量數(shù)據(jù)和理論分析，得出事后“扭緊法”測(cè)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(diǎn)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(shè)備的檢測(cè)，即執(zhí)行螺栓擰緊工藝的風(fēng)動(dòng)擰緊槍的準(zhǔn)確性和可靠性檢測(cè)，

17、對(duì)扭矩準(zhǔn)確度進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過采用模擬工況的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)法將擰緊槍用傳感器讀出數(shù)值，驗(yàn)證該值是否位于工藝設(shè)計(jì)的額定值范圍之內(nèi)。這種方法借鑒了電動(dòng)扭矩扳手的部分工作原理，經(jīng)過在線實(shí)時(shí)檢測(cè)我們可以很好的控制裝配扭矩。第二、為了防止因氣源波動(dòng)造成的扭矩波動(dòng)，提高裝配扭矩的可靠性，在關(guān)鍵工位配備了棘輪定扭扳手進(jìn)行二次擰緊（該設(shè)備精度可以達(dá)到±3%），進(jìn)一步收斂裝配扭矩散差。第三、編制了科學(xué)的扭矩工具管理標(biāo)準(zhǔn)，保證扭矩設(shè)備在使用過程中可以按照要求進(jìn)行檢測(cè)，保證工具的可靠性。棘輪式扭矩扳手和風(fēng)動(dòng)扭矩工具檢測(cè)設(shè)備新的扭矩控制模式可以簡(jiǎn)稱：普通風(fēng)動(dòng)定扭工具+手動(dòng)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(cè)得的后懸扭矩值。扭矩檢量?jī)x對(duì)裝配設(shè)備風(fēng)動(dòng)定扭扳手日本三研（FL-9-1）輸出扭矩檢測(cè)，如表五（標(biāo)定為70 Nm），棘輪扭矩扳手標(biāo)定值為70 Nm，通過表盤式扭力扳手以“扭緊法”測(cè)得這20組螺栓扭矩值，見表六。分析波動(dòng)圖可以得出以下結(jié)論：1、風(fēng)動(dòng)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(yù)定值最大偏離率為18.57%。2、用棘輪式扭矩扳手進(jìn)行二次緊固后，表盤式扭力扳手以“扭緊法”檢測(cè)出的扭矩值普遍大于預(yù)定值，測(cè)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(cè)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(dòng)造成的裝配扭矩偏低問題。 4、通過在線檢測(cè)設(shè)備對(duì)扭矩設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，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(jié)束語通過改進(jìn)后的扭矩控制模式雖然在現(xiàn)有的基礎(chǔ)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(xí)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(shí)有發(fā)生，隨著對(duì)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量要求的提高，商用車車身制造中扭