定扭矩工具在工程機械產品中的選型及應用

舒智偉，吳佳春

（廣西柳工機械股份有限公司，廣西 柳州 545007）

在裝載機的零部件與整機的裝配過程中，定扭矩工具在保證產品品質過程中占有非常重要的地位。定扭矩工具是螺栓擰緊工具，使用定扭矩工具，可以將螺栓的扭矩值控制在很小的范圍內。對于產品來說，關鍵工序螺栓的扭矩值未達標，會帶來嚴重的產品質量事故與重大損失。定扭矩工具的選型的好壞，也會影響產品裝配的效率與產品裝配的品質。

下面就實際工作中，定扭矩工具選型所需要考慮的內容，做如下小結。

1 現場數據需求收集

1.1 擰緊工位信息統計

（1）產品品質要求。根據產品品質的特性要求以及產品的裝配結構性工藝，確定產品裝配品質要求（包括產品擰緊力矩及產品的擰緊精度等）。

（2）裝配線效率要求。收集裝配流水生產線的節拍時間，確定裝配線使用工具裝配時間（定扭矩擰緊使用工位裝配需小于裝配線的節拍時間）。

（3）成本要求。裝配線產品產能需求，確定扭矩工具使用及維護成本。（定扭矩工具采購成本較高，后期的維護成本也較高，故在選擇過程中，需要考慮到定扭矩工具的使用成本）。

（4）產品需求。裝配產品種類及規格，確定扭矩工具的工作區間，選擇合適于該工位的定扭矩工具（不僅能降低產品的采購成本，并在工具的選擇過程中，選擇工具的范圍也大）。

（5）工位信息。產品螺栓裝配位置、螺栓數量、螺栓大小等方面信息（為后續選型提高定扭矩規格型號選型作為依據，通過收集信息了解定扭矩工具的相適應的套筒、以及裝配位置）。

（6）產品裝配線收集。產品工位的產品種類、產能，以及定扭矩工具設備扭矩范圍。

1.2 工具信息

（1）工具采購的目的。保證產品裝配的質量，提高裝配效率，降低勞動強度等。

（2）定扭矩工具類型。分析扭矩的應用種類及工具類型，并確定工具的工作方式。

（3）工具工作的工藝。裝配工位工藝的需求制定，確定裝配工具后產品裝配工藝。

（4）工具功能。確定定扭矩工具的扭矩范圍與工具性能與功能。

明確以上信息，就可以根據收集到的信息與資料，進入選型階段，確定定扭矩工具的種類。

2 選型參考

2.1 定扭矩工具工作方式

（1）定扭矩工具的工作方式。定扭矩工具有如下工作方式（如表1所列）。

表1 定扭矩工具的工作方式

（2）實現產品定扭矩的工作方式。表2列舉為了實現產品定扭矩的幾種工作方式。

表2 實現產品定扭矩的工作方式

2.2 定扭矩工具工作分類

為了更好地選擇工具，根據定扭矩工具工作范圍，將定扭矩分為如類型（如表3所列）。

表3 定扭矩的分類

（1）定扭矩工具的扭矩值范圍，在選型過程中需要考慮的首要條件，決定扭矩工具下面的選型。

（2）選擇相適應的定扭矩工作方式，決定了產品擰緊工藝。

（3）定扭矩工具的外觀尺寸、凈質量，決定了是否需要配備相應的輔助工裝等設備，在設備采購過程中，需考慮其設備的性價比。

（4）定扭矩工具的擰緊旋轉速度，決定了擰緊螺栓的時間與效率。

（5）定扭矩工具的工作噪音，也作為選型中最重要的選型條件，工具工作噪音高于85 dB，不作為工具選型條件（降低裝配車間噪音）。

（6）定扭矩工具的易損件的價格及零配件的價格，了解定扭矩工具維護保養的成本。

2.3 定扭矩工具的種類

公司常用的幾種風槍式的定扭矩工具分類，簡單介紹其特性如下：

（1）油壓脈沖式氣動定扭矩扳手。油壓脈沖工具具有雙脈沖機械裝置，震動小，扭力爬升速度快，其主要原理是利用液壓流量控制。當螺絲擰緊時，震動矩小，可長時間連續使用，使生產線組裝速度快，并能提高產品品質，耐用性高。該工具屬于精準工具，維修保養成本高，經常存在需要更換零件，液壓油、O型圈、彈簧等配件需要保證，必須定期對工具檢測并進行維護保養，保證定扭矩的扭矩值。

其特點是生產速度快，對產品品質有極大的提升，能提高產品扭矩精準值，傷害降低，噪音低，操作便攜。不過該工具需要經常保養，保證其產品的扭矩值，效率與性價比較高。

其適用范圍為應用于裝配車間扭矩范圍在0～200 N·m。

該工具由于屬于精密工具，需要維護保養，如果長時間不用的話，液壓油會變質造成固化。

（2）帶反作用力臂定扭矩工具。該工具帶有反作用力臂，在工作時有反作用力，操作起來比較麻煩，需要用反作用力臂對準反作用力臂的位置，才能進行下一步的操作。且該風槍的體積較大、也較重，員工操作過程中所需的空間也較大，需配備簡易工裝配合使用更加方便。

適用范圍扭矩在200～1 000 N·m。

適用環境為主要用于較大扭矩的關鍵工位，轉速相對來說較慢，且使用定扭矩之前，有可能需要用普通風槍進行預緊，再用定扭矩工具進行擰緊，操作較為麻煩。

該工具的特點是帶有有作用力臂，使用壽命長，比較耐用，不過轉速慢，體積與總質量均較大。

因該工具總質量較大，故在購買定扭矩工具與使用過程中，應配備相應的輔助工裝，使得操作更加簡單。

（3）電動擰緊扳手。電動扭力扳手是由電動控制器、電纜、電動風槍組成，具有體積小、總質量小、效率高、振動小、噪聲低等特點。其原理是通過控制器控制電壓，實現不同的扭矩控制，并能夠通過先進的過程監測功能，實現整個扭矩過程控制以及數據采集。

適用范圍為扭矩適用范圍，在500～1 600 N·m。

適用環境為用于產品的關鍵工序，對于工位的擰緊扭矩要求較高，多軸需要配備相應的輔助工裝進行裝配

其特點是工具精度高、效率高、噪聲低、操控性好、保養費用低等特點，在使用過程中可以控制扭矩。

電動擰緊機在選型過程中，選擇多軸或者雙軸的定扭矩工具，可以同步擰緊。消除扭矩衰減，可提高裝配工作效率（不過多軸擰緊工具的選擇在選型過程中，需考慮對孔的問題）。

2.4 電動擰緊軸的優點

（1）電機無刷驅動馬達，可以無極調速，工作轉速范圍大，可滿足各種運行模式下的轉速要求；

（2）力矩范圍大，可以在超低轉速中保持輸出力矩；

（3）體積小，起動力矩大，幾乎不受電網電壓波動的影響，扭矩值也較為精確。

（4）電機溫升較低，與同功率電機相比，溫升可降低30%左右，工具使用壽命也長；

（5）運行平穩，噪音低（小于65 dB），擰緊效率高等。

3 工程機械應用案例

應用案例如表4所列。

表4 工程機械應用案例表

4 輔助工裝選型

輔助工裝，包括機械平衡吊、助力機械臂等輔助擰緊工具的工裝。其巧妙地應用力的平衡原理，使重物在提升或者下降時形成浮動狀態。操作者用很小的力，就可以把重物正確地放到空間中的任何位置。

適用范圍為較重或者較大的電動擰緊設備，或者擰緊設備在工作中會產生持續扭力的情況。

選用抗扭助力機械手的優點：

（1）槍體重力由平衡機械臂承受，操作人員可以很輕松地操作設備進行擰緊工作，減輕了工人的勞動強度；

（2）提高了工人的工作效率；

（3）提高了安全性。

5 定扭矩工具技術要求

（1）技術要求。達到工位產品的扭矩值，降低勞動強度；保證產品裝配品質，并提高裝配效率；

（2）安全環保要求。定扭矩工具工作噪音＜85 dB。廠家需提供此工具詳細的安全注意事項的說明書，并納入安全操作規程。

（3）三包服務要求。定扭矩工具三包期1年，服務必須在24 h到位；最少提供一套易損件。

（4）驗收。擰緊12萬次無需解體保養（清潔及更換易損件）；生產的產品與技術方案是否一致（機械、電器圖紙）；設備安全性、可維修性和可靠性驗收；設備功能驗收（設備正常工作時應具備的功能等）；設備的精度的驗收，是否達到技術方案要求的標準；設備安全性驗收，是否達到公司要求標準。

6 結束語

簡單介紹了在選擇定扭矩工具的過程中，應該注意收集使用定扭矩工具的工位情況，選擇適合工位的工具來裝配，降低在裝配過程中工時的浪費。

[1]聞邦椿.機械設計手冊[K].北京：機械工業出版社，2010.1

[2]成大先.機械設計手冊（第五版，單行本·常用設計資料）[K].北京：化學工業出版社，2008.