检讨装配扭矩控制

1、装配扭矩控制检讨一、引言商用车车身零件的固定连接方法很多，比如螺纹连接、粘接、铆接、卡接等，但螺纹连接却是一种其他方式都无法替代的固定连接，具有结构简单、连接可靠、装拆方便等优点，因此螺栓螺母锁紧零件的方式是商用车车身零件固定最广泛的方式，由于螺纹连接应用最广，它直接关系到产品的安全性和可靠性，那么如何评价连接的质量呢，本文概述了东风商用车车身装配螺栓连接的原理，描述了车身零件装配过程中扭矩控制的现状，提出商用车车身装配扭矩控制的有效方法，对其他商用车车身生产企业装配扭矩控制提供借鉴意义。二、螺纹连接的原理1、螺纹联接方式：东风商用车螺纹连接方式主要有：螺钉联接（不需要螺母）、螺栓螺母组联接、

2、双头螺柱联接、管接头螺纹联接、自攻螺钉联接2、螺纹联接原理：螺丝连接件中的力：3、螺纹联接预紧和防松的工作原理:螺纹联接预紧和防松的工作原理分为如下两种。1）靠摩擦力防松：常见的具体结构有双螺母防松和弹簧垫圈防松。前者的原理是将上下两个螺母同时旋紧，这样两者与螺栓间的摩擦力，从而防止螺母松动。后者是利用垫圈的反弹力产生附加摩擦力防松。弹簧垫圈防松简单、可靠，应用较普遍。2）机械防松：即用机械的方法将螺母固定，常用结构有：开口销、止动垫片，带翅垫片和串联钢丝等。机械防松比摩擦力防松可靠。本文主要介绍靠摩擦力放松。4、螺纹联接件拧紧力矩校验螺纹联接后，我们怎么来判定螺纹联接满足使用需要，可靠性怎么

3、来评估呢？生产过程的错误校验：完成零出错拧紧的5个等级1）Step 0: 把部件结合在一起这个过程可以采用气动或电动冲击扳手也可以采用定扭工具装配，过程质量等级:a、仅仅将部件装配在一起，没有精度和过程的安全等级要求b、作人员和工具无法决定精度2）Step 1: 确保一个正确的拧紧扭矩所需设备:l 工具可以提供一个精确的和预先设定的扭矩过程质量等级:+ 工具有正确的扭矩精度- 不受操作人员和工件的影响离合器+/-5%+/-25 to 40%Pulse Air脉冲扳手Impact Wrench普通扳手Tensor S电动+/- 7,5 to 10%Tensor DS/DL智能控制器+/-15 t

4、o 25%Clutch tools离合扳手+/- 7,5 to 10%Step 2. 确保所有的螺丝被拧紧所需设备:l 系统自动计算螺丝数量过程质量等级:+ 工具有正确的扭矩精度+ 所有的螺丝都会被拧紧- 依然不了解连接的状态Step 3. 确保连接正确你如何可以完全确认螺栓旋入是正确的？计算角度, 比如旋转度数的数值旋入的角度监控 Step 1 angle acceptance windowClamping angle acceptance windowTorqueAngleFinal targetSpeed两步拧紧消除了弹性释放力TimeSpeedTorque50 ms在旋入过程中暂停 5

5、0 ms , 消除了弹性释放力Step 4.确保有安全性要求的连接件完全拧紧所需设备:l 通过一个可追踪校准的传感器进行扭矩控制l 对于扭矩结果进行文档保存l 在整个拧紧过程进行连续的监测工具配有传感器, 旋入 & 当前的监测结果存储在 PF3000 和 ToolsNet 3000每把工具的校准数据储存扭矩审核验证 扭矩值& 过程实际的扭矩 100% 经过校验Tensor S 可追踪过程Step 5. 确保零出错拧紧系统需求:l 工具控制器和工厂网络的网络连接 l 局部鉴定l 不合格产品管理- 精确的和预设定的工具扭矩- 不受操作人员影响 连接 OK ! 安全性要求的拧紧 OK! 零出错拧紧-

6、 螺丝计数 - 无重复拧紧- 坏的连接 - 角度监测 = 连接控制- 可计算数值- 可追踪- 拧紧数据收集- 控制器和工厂生产系统网络连接- 不合格产品管理 批次 OK ! 扭矩 OK !- 无精度和过程安全等级 部件结合 !结论： 5 steps概要发生在装配行业的一些常见的问题三、东风商用车车身拧紧工具的类型1、普通手动拧紧工具普通手动拧紧工具就是一般人都认识的活动扳手、呆扳手、梅花扳手、套筒扳手等。这些普通扳手可以说是扭矩工具的最早雏型，但它们并不是真正意义上的扭矩工具。使用普通扳手，螺栓是否拧紧要完全依靠操作者的锁紧力量和经验，锁紧的可靠性很差，拧紧螺栓时容易出现拧不牢或拧紧过头的现象

7、。2、冲击型风动/电动工具 冲击型风动/电动工具和普通手动拧紧工具一样，只不过动力有人的手臂力量转换采用压缩空气或电池作为动力的介质，该类冲击型风动工具精度50以上，冲击型电动工具精度40以上，拧紧螺栓时也容易出现拧不牢或拧紧过头的现象。3、扭矩工具简介扭矩工具一般是指上紧螺栓或螺母时可以定扭的拧紧工具，这里所说的“定扭”是指操作者根据连接螺栓的强度设定的拧紧力。根据产生扭力的动力源，扭矩工具大致可分为：手动扭矩扳手、气动扭矩扳手、手持式电动扭矩扳手、电动伺服拧紧机。2.2.1手动扭矩扳手手动扭矩扳手在扭紧螺纹连接件时发出卡塔声后是提示已达到了要求的扭距值，卡塔声由本身内部的扭距释放结构产生，

8、其结构由压力弹簧、扭距释放关节、扭距顶杆三结构所组成，首先在扭距扳手上设定所需扭距值，扭距扳手开始拧紧螺栓，当螺栓达到扭距值后会产生瞬间脱节的效应，发出关节敲击扳手金属外壳的卡塔声。3.1手动式转扭扳手（21*670SP）样图定扭式棘轮扭矩扳手样图3.2气动扭矩扳手气动扭矩扳手气马达部分的结构和工作原理都是同一种结构，不同的是前半部分，即气动扭矩扳手可根据前半部分不同分为油压脉冲扭矩扳手和离合器型扭矩扳手、冲击型扳手。油压脉冲型扭矩扳手工作原理是利用装满油的装置驱动液压脉冲来拧紧紧固件，控制脉冲中油量的多少可以调节最终的扭矩。离合器型扭矩扳手工作原理是依靠内部一根定扭弹簧和一个顶针配合来控制扭

9、矩。冲击型的扳手工作原理是依靠两个打击块来驱动转轴转动，从而起到拧紧作用。3.2.1断气式气动工具：达到力矩时断气直柄直头直柄弯头枪式气动扳手这一类拧紧机的力矩范围从0.5 NM 到 150 NM，精度从+/-10% 到+/-15%，气动扳手一般适合于机械件及10NM以上大力矩的拧紧。3.2.2离合器式定扭工具样图3.2.3油压脉冲定扭工具3.3手持式电动扭矩扳手电枪充电器直柄弯头这一类拧紧机的力矩范围从0.8 NM 到 12 NM，精度从+/-15% 到+/-25%，电动扳手一般适合于10NM以下小力矩塑料件的拧紧，操作工通过目视检查螺钉是否与贴合面贴合良好！3.4电动扭矩工具电动扭矩工具工

10、作原理是在拧紧机构上装有扭矩传感器，在拧紧过程中，传感器将检测到的动态扭矩值反馈给拧紧控制器，拧紧控制器将这些数值与程序预定值进行比较，算出偏差并给伺服电机发出指令，直至拧紧到预定值后自动停机。这些扭矩扳手最终解决了拧紧螺栓时没上牢或拧紧过头的问题，能够按照预订设置的扭矩值对螺纹副进行扭紧操作。可以调节拧紧力矩和角度，记录拧紧结果（打印，联网，）力矩范围可以从1 NM 到 500 NM，精度为10%，一般适合于安全项的拧紧，如转向机，安全带的拧紧等！电动拧紧机图例：四、东风商用车车身扭矩控制现状1、拧紧模式模式A：伺服拧紧机拧紧模式B：采用离合式气动扳手拧紧、手持式电动扳手拧紧、或者是扭力（折

11、弯）扳手拧紧，且工具的精度可以满足工位装配精度的要求，属于可靠拧紧。模式C：工具的精度不满足工位装配精度要求，属于不可靠拧紧。2、拧紧控制方法1、关键力矩原则上采用伺服机拧紧，力矩依靠伺服机精度保证。如伺服机未投入使用，则采用降级模式（定扭工具+折弯扳手）。2、重要力矩采用定扭工具+折弯扳手二次拧紧。力矩依靠自检和抽检跟踪。3、一般力矩直接采用定扭工具拧紧。因油压脉冲扳手精度受气压影响很大，原则上不直接使用。拧紧方法班组检查质量检查频次工具频次工具关键力矩伺服拧紧机每班3台表盘扳手每班1台数显扳手或表盘扳手重要力矩定扭工具+折弯扳手每班3台表盘扳手每班1台数显扳手或表盘扳手一般力矩定扭工具不定

12、时抽检表盘扳手3、关键、重要工序拧紧力矩的设定A、使用的拧紧工具为伺服机；将伺服扳手调整到公差的中间值，并做上白色标记。B、可靠拧紧，工具的精度可以满足工位装配精度的要求。首先将装配工具调整到公差的中间值，在第一次拧紧后，再采取二次拧紧的方式：使用另一个调整到公差中间值的扭力扳手保证拧紧力矩达到要求，并做上白色检测标记。C、不可靠拧紧，工具的精度不能满足工位装配精度要求。首先将装配工具调整到力矩下限，在第一次拧紧后，再采取二次拧紧的方式：另一个调整到公差的中间值的扭力扳手实施拧紧，并做上白色检测标记。4、扭矩控制模式一（普通风动冲击工具+表盘式扭矩扳手）这种扭矩控制模式主要使用在东风CPB12

13、车型上，我们针对CPB12司机座椅20组螺栓进行了测量，工艺要求该装配点扭矩为（1622）Nm，扭矩检量仪对装配设备风动扳手（22TG-B10）输出扭矩检测，如表一(标定20Nm)，表盘式扭力扳手以“扭紧法”测得这20组螺栓扭矩值，如表二。分析波动图可以得出该模式存在如下问题：1、风动扳手扭矩出现了较大的波动，平均值为14.53Nm，极差为18.05Nm，与预定值最大偏离率为50%。2、采用表盘式扭力扳手以“扭紧法”检测出的扭矩值普遍大于预定值，波动较大，测量平均值为16.45Nm，极差为20Nm，其平均值与扭矩扳手平均值相差10.49 Nm，约13%。3、该控制模式控制精度低，如果风动扳手的

14、力矩超出设计力矩范围，则起不到控制装配力矩的作用。5、扭矩控制模式二（风动定扭工具+表盘式扭矩扳手）该扭矩控制模式在D310/D530车型广泛应用，我们针对D530驾驶室后悬置20组螺栓装配情况进行了测量。工艺要求该装配点扭矩为（5575）Nm，扭矩检量仪对装配设备风动定扭扳手日本三研（FL-9-1）输出扭矩检测，如表三（标定为70 Nm），表盘式扭力扳手以“扭紧法”测得这20组螺栓扭矩值，如表四。分析波动图可以得出该模式存在如下问题：1、风动扭矩扳手输出扭矩具有比较高的一致性，但是在个别点出现了较大的波动，平均值为70.16Nm，极差为28.75Nm，与预定值最大偏离率为20%。2、采用表盘

15、式扭力扳手以“扭紧法”检测出的扭矩值普遍大于预定值，波动也较大，测量平均值为80.65Nm，极差为33Nm，其平均值与扭矩扳手平均值相差10.49 Nm，约14.95%。3、该控制模式采用了风动定扭工具，扭矩散差得到了收敛，但是控制精度不高。通过上述两组实验数据进行对比我们可以得出如下结论：第一、风动冲击扳手由于自身拧紧原理较风动定扭工具具有较大的波动性，因此在同种气源工况下测出的输出扭矩波动相差了30%。第二、采用具备稳定扭矩输出的设备可以克服因气源波动造成的输出扭矩散差偏大的问题。第三、在第一组数据中，采用“扭紧法”检测数值小于拧紧设备输出值，分析可能是由于气源突然变化或者操作人员误读造成

16、的。第四、工艺设计扭矩与装备输出扭矩以及事后“扭紧法”检测扭矩之间不能划等号，装备输出扭矩可以认定是螺纹副最终的扭紧力矩，该值应位于工艺设计的额定值范围之内，才能算是合格的。第五、以上两种扭矩控制模式均不高。6、扭矩控制改进通过两组测量数据和理论分析，得出事后“扭紧法”测得的扭矩值不能作为装配扭矩是否合格的依据。鉴于此我们将扭矩控制重点放在由于扭矩工具自身不稳定造成扭矩散差偏大的问题上。采取了以下措施：第一、装配设备的检测，即执行螺栓拧紧工艺的风动拧紧枪的准确性和可靠性检测，对扭矩准确度进行评价。通过采用模拟工况的动态校准法将拧紧枪用传感器读出数值，验证该值是否位于工艺设计的额定值范围之内。这

17、种方法借鉴了电动扭矩扳手的部分工作原理，经过在线实时检测我们可以很好的控制装配扭矩。第二、为了防止因气源波动造成的扭矩波动，提高装配扭矩的可靠性，在关键工位配备了棘轮定扭扳手进行二次拧紧（该设备精度可以达到3%），进一步收敛装配扭矩散差。第三、编制了科学的扭矩工具管理标准，保证扭矩设备在使用过程中可以按照要求进行检测，保证工具的可靠性。棘轮式扭矩扳手和风动扭矩工具检测设备新的扭矩控制模式可以简称：普通风动定扭工具+手动定扭工具+表盘式扭矩扳手，以下是通过采用该扭矩控制模式后测得的后悬扭矩值。扭矩检量仪对装配设备风动定扭扳手日本三研（FL-9-1）输出扭矩检测，如表五（标定为70 Nm），棘轮扭

18、矩扳手标定值为70 Nm，通过表盘式扭力扳手以“扭紧法”测得这20组螺栓扭矩值，见表六。分析波动图可以得出以下结论：1、风动扭矩扳手输出扭矩具有比较高的一致性，平均值为71.48Nm，极差为23Nm，与预定值最大偏离率为18.57%。2、用棘轮式扭矩扳手进行二次紧固后，表盘式扭力扳手以“扭紧法”检测出的扭矩值普遍大于预定值，测量平均值为76.14Nm，极差为17Nm，其平均值与扭矩扳手平均值相差4.66 Nm，约6.52%。3、通过采用新的扭矩控制策略后，测量的装配扭矩散差较采用前下降了8.43%和6.48%，较好的解决了由于气压波动造成的装配扭矩偏低问题。 4、通过在线检测设备对扭矩设备进行检测，扭矩可靠性得到了较好的保证；5、此种扭矩控制模式较前面两种控制精度高。五、结束语通过改进后的扭矩控制模式虽然在现有的基础上提高了扭矩控制精度，但是因气源的不稳定以及操作人员习惯等环境、人员等不可控因素影响，扭矩失控状态出现还是时有发生，随着对生产效率和生产质量要求的提高，商用车车身制造中扭矩控制