針對汽車裝配緊固件的擰緊問題, 根據螺紋連接特性, 對動態、靜態扭矩進行闡述, 并利用SPC原理, 研究靜態扭矩的控制, 針對汽車裝配緊固件進行過程監控, 以確保汽車零部件在整車上的安裝連接的穩定性得到保證。
螺紋連接是汽車總裝中最廣泛的緊固方式, 螺紋連接中的扭矩的控制直接影響裝配質量。
螺紋連接
1、螺紋連接原理
汽車整車裝配, 是汽車制造過程中關鍵的一環, 而螺紋連接, 則是裝配過程中應用最廣泛的連接方式。其通過施加一定的扭矩在螺紋副上, 將連接件相互穩定固定在一起, 滿足其設計性能要求。
扭矩控制方法主要有扭矩控制法、扭矩/轉角控制法、屈服點控制法、質量保證法、扭矩斜率法, 其中的扭矩控制法由于其控制方法簡單、控制成本低、易于監控而成為汽車裝配最常用的控制手段。
裝配時, 施加設定的扭矩在螺母 (螺栓) 上, 通過螺栓彈性變形產生的拉伸使被連接的工件之間產生足夠的夾緊力, 滿足設計緊固要求。
2、螺紋連接特性
螺紋副扭矩的控制, 直接關聯整車的質量和運行可靠性。影響裝配扭矩的因素有很多:螺紋件的材料、直徑, 螺紋的表面粗糙度, 螺栓(母)和連接件接觸面的摩擦系數, 擰緊工具的精度、轉速, 擰緊工藝順序等都對最終扭矩結果有著重要的影響。除此以外, 螺紋副聯接件的狀態, 也對最終扭矩的形成有著關鍵的作用。
在GB/T 26547-2011《螺紋緊固件用回轉式工具性能試驗方法》中描述:螺紋副連接件的狀態, 根據對扭矩的影響分為3類:軟連接、硬連接及中性連接 (過渡連接) 。
軟連接是指螺紋副連接件自身材質較軟或連接件中間夾有橡膠件等彈性材料, 擰緊時, 在螺紋副達到貼合點后需要繼續旋轉720°以上才能達到目標扭矩, 擰緊后扭矩存在衰減。
硬連接是指連接件硬度大、剛性、結合面光滑且貼合度高, 擰緊時, 螺紋副達到貼合點后需要繼續旋轉30°以下就能達到目標扭矩, 擰緊后, 扭矩有可能呈現反沖(過擰緊)現象。
中性連接 (過渡連接)是指介于軟連接和硬連接之間的連接件, 其擰緊后一般不會出現扭矩衰減和反沖現象。
動、靜態扭矩定義及特征
SGMW裝配螺紋副連接原使用的是由設計工程師發布的設計扭矩, 其即是擰緊過程的控制扭矩范圍, 同時也作為擰緊結果檢測扭矩范圍使用。
但由于存在軟連接和硬連接螺紋連接特性, 致使已經按設計規范進行擰緊操作的緊固件, 在對擰緊結果進行檢測的時候, 也會出現扭矩衰減(反沖)或超出扭矩設計范圍的情況。
為了有效解決該問題, 真實地體現扭矩過程質量, 應該將螺紋扭矩按動態扭矩和靜態扭矩進行區分, 即擰緊過程使用動態扭矩進行控制, 扭矩結果使用靜態扭矩進行監控。
1、動態扭矩
動態扭矩是設計工程師依據零件緊固所需要的軸向預緊力進行計算、要求緊固過程執行的扭矩控制范圍。
裝配現場使用動態扭矩的中值設置好的擰緊工具進行擰緊, 在擰緊過程最終或扭轉過程所得到的扭矩峰值即為動態扭矩測量值(帶傳感器及顯示裝置的擰緊槍可直接顯示出最終實施的動態扭矩)。
2、靜態扭矩
靜態扭矩是對擰緊狀態的螺紋緊固件繼續擰緊、螺紋副發生相對轉動瞬間的扭矩。
測量靜態扭矩時, 可用扭矩測量工具對已擰緊的螺栓(螺母)沿著擰緊方向逐漸增大扭矩, 直至上螺栓 (螺母)再一次產生擰緊運動的瞬間, 電子儀器或表盤指針記錄下的剛產生運動的扭矩值, 該扭矩值即為靜態扭矩測量值。