智能扭矩系统之扭矩控制分析

SunFMEA

紧固件连接作为汽车零件间的一种连接方式，具备装配简单、拆卸方便、效率高等特点，常用在车身一些无法通过焊接连接的区域及门盖连接，以达到零件间的紧固,而紧固件连接的扭矩控制是非常重要的。

目前很多汽车公司的车身紧固件扭矩控制在流程、工具选择、过程控制等方面不完善，导致扭矩控制存在脱节、紧固件预紧力过大、过程操作不合理等现象，因此本文在对扭矩理论基础掌握的基础上，对车身紧固件的扭矩控制进行完善。

1、紧固件扭矩基础知识

紧固件用于零件间的紧固（如图1所示），在汽车行业广泛应用，但在紧固件的选择需分析零件间的夹紧力、紧固件的性能等级及紧固件的直径。

                               
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1.1 扭矩的分类

紧固件扭矩分设计和过程两种。

（1）设计扭矩是在产品设计阶段经过相关计算得出的扭矩值，在这里称之为工艺扭矩，是选择紧固件性能等级、直径的依据。工艺扭矩是紧固件在被紧固过程测量得到的最大峰值，其不能在紧固件被紧固完之后测量。

（2）过程扭矩是保证所有连接件和被连接件符合要求的前提下，控制工艺扭矩进行装配，装配完成后测量工艺扭矩，收集工艺扭矩值,样本容量最小为30件，则过程扭矩范围（如图2所示）。

                               
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在这里称过程扭矩为监控扭矩，是紧固件被紧固后，将其在拧紧方向上继续旋转的瞬间所需要的扭矩。

工艺扭矩的施加是通过动力工具实现的，一般有两种方式，一种是使用精度比较好的工具，具备预紧和紧固的功能（如图3、图4所示)，另一种是使用普通的动力工具，先预紧再通过扭力扳手进行紧固，以达到所需的工艺扭矩(如图5、图6所示)。

                               
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监控扭矩的测量是通过非定扭力扳手测量得到，一般有表盘式指针扳手、数显式扳手、电子数据采集仪，它们的区别主要是测量精度不一样，其中检测精度为电子数据采集仪>数显式扳手>表盘式指针扳手（如图7、图8所示)。

                               
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1.2 紧固件的选择及扭矩控制

紧固件的选择涉及到夹紧力的分析，通过分析夹紧力选择对应性能等级、直径的紧固件。其中螺栓与螺母配合使用时，二者性能等级应当相同，若二者等级相差较大,施加的扭矩过大时，强度较高的一方会拧坏对方的螺纹。

紧固件的扭矩是否满足零件间的夹紧，除了对紧固件选择外，还应通过路试、台架、批量验证等方式确认紧固件是否夹紧。

在扭矩控制方面，针对确定的工艺扭矩和控制等级，选择对应的预紧工具、紧固工具，以保证工艺扭矩的有效施加，同时选择相应的监测工具以保证监控扭矩的正确测量。

在扭矩施加方面，分为两类，一类是使用具备预紧和紧固功能的工具，这类可直接上紧，另一类是使用预紧工具再用拧紧工具紧固，这类施加方式需要拧紧过程的正确操作且拧紧工具的旋转角度需达到45°以上。

在扭矩监测方面，为保证监测精度，使用受人为因素影响较小的检测工具进行测量且紧固件紧固完毕后随着时间的推移，其监控扭矩均会衰减，因此需要在紧固完毕后的5min内测量。

2、扭矩控制改进方向

在综合分析控制流程、工具精度、工具成本、生产节拍、及人员操作等方面,扭矩控制可以分以下几类方式：

2.1 控制流程完善

制定企业统一的扭矩控制源头流程文件，对扭矩控制进行各部门职责及过程的充分定义，各区域再建立内部流程文件，以达到流程文件的闭环。

2.2 分级控制

对紧固件的扭矩进行分级控制，即分关键控制和一般控制，关键控制点使用精度高的工具，一般控制点进行普通控制。

2.3 分区控制

分需调整区和不需调整区，通过分区控制，可以在工具选择、控制方式上加以区分，以提高扭矩的过程控制。

① 需调整区，即门盖安装需要先预装再紧固的区域，预紧工具可以选择普通的，能满足预紧即可，在拧紧工具方面加以保证。

② 不需调整区，即车门的铰链安装和白车身的散件安装，可以分级控制的方式选择先预紧后紧固和自动断开式工具。

对关键控制点，可以使用先预紧后紧固的方式，预紧工具选择普通的工具能预紧即可)，也可以使用精度高的自动断开式或带控制系统的紧固工具。对一般控制点,使用普通工具直接拧紧。

2.4 检测控制

目的为减少或消除人为、工具因素影响到数据的检测精度，可以使用带传感器的电子数据采集仪，避免检测的二次施加，同时确保数据为测量瞬间的值。

2.5 操作控制

现状调查提到员工在实际操作时，预紧力已达到或超过紧固力，而因员工的精神状态及节拍等方面的影响，没有退松紧固件重新拧紧。为避免受员工现场操作的影响，在工具选择上，可以使用预紧力较小的工具满足预紧即可，同时开展扭矩及工具方面的培训，建立相应的审计制度，确保现场执行力。