面向車身緊固件的扭矩控制研究

摘要：汽車緊固件連接作為零件連接的一種緊固方式，其緊固扭矩的大小決定了零件連接是否緊固，這關(guān)系到零件連接的強(qiáng)度。目前車身區(qū)域的緊固件扭矩控制在流程、工具選擇、過(guò)程控制等方面存在不足，文章針對(duì)車身區(qū)域的現(xiàn)行扭矩控制方式進(jìn)行研究，以提出車身扭矩控制改進(jìn)的方向。

關(guān)鍵詞：車身；扭矩；控制

中圖分類號(hào)：U468.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）15-0019-03

緊固件連接作為汽車零件間的一種連接方式，具備裝配簡(jiǎn)單、拆卸方便、效率高等特點(diǎn)，常用在車身一些無(wú)法通過(guò)焊接連接的區(qū)域及門(mén)蓋連接，以達(dá)到零件間的緊固，而緊固件連接的扭矩控制是非常重要的。目前很多汽車公司的車身緊固件扭矩控制在流程、工具選擇、過(guò)程控制等方面不完善，導(dǎo)致扭矩控制存在脫節(jié)、緊固件預(yù)緊力過(guò)大、過(guò)程操作不合理等現(xiàn)象，因此本文在對(duì)現(xiàn)狀調(diào)查及扭矩理論基礎(chǔ)掌握的基礎(chǔ)上，對(duì)車身緊固件的扭矩控制進(jìn)行完善。

1緊固件扭矩基礎(chǔ)知識(shí)

緊固件用于零件間的緊固（如圖1所示），在汽車行業(yè)廣泛應(yīng)用，但在緊固件的選擇需分析零件間的夾緊力、緊固件的性能等級(jí)及緊固件的直徑。

1.1扭矩的分類

緊固件扭矩分設(shè)計(jì)和過(guò)程兩種。

設(shè)計(jì)扭矩是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段經(jīng)過(guò)相關(guān)計(jì)算得出的扭矩值，在這里稱之為工藝扭矩，是選擇緊固件性能等級(jí)、直徑的依據(jù)。工藝扭矩是緊固件在被緊固過(guò)程測(cè)量得到的最大峰值，其不能在緊固件被緊固完之后測(cè)量。

過(guò)程扭矩是保證所有連接件和被連接件符合要求的前提下，控制工藝扭矩進(jìn)行裝配，裝配完成后測(cè)量工藝扭矩，收集工藝扭矩值，樣本容量最小為30件，則過(guò)程扭矩范圍如圖2所示。

在這里稱過(guò)程扭矩為監(jiān)控扭矩，是緊固件被緊固后，將其在擰緊方向上繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的瞬間所需要的扭矩。

工藝扭矩的施加是通過(guò)動(dòng)力工具實(shí)現(xiàn)的，一般有兩種方式，一種是使用精度比較好的工具，具備預(yù)緊和緊固的功能（如圖3、圖4所示），另一種是使用普通的動(dòng)力工具，先預(yù)緊再通過(guò)扭力扳手進(jìn)行緊固，以達(dá)到所需的工藝扭矩（如圖5、圖6所示）。

監(jiān)控扭矩的測(cè)量是通過(guò)非定扭力扳手測(cè)量得到，一般有表盤(pán)式指針扳手、數(shù)顯式扳手、電子數(shù)據(jù)采集儀，它們的區(qū)別主要是測(cè)量精度不一樣，其中檢測(cè)精度為電子數(shù)據(jù)采集儀>數(shù)顯式扳手>表盤(pán)式指針扳手（如圖7、圖8所示）。

1.2緊固件的選擇及扭矩控制

緊固件的選擇涉及到夾緊力的分析，通過(guò)分析夾緊力選擇對(duì)應(yīng)性能等級(jí)、直徑的緊固件。其中螺栓與螺母配合使用時(shí)，二者性能等級(jí)應(yīng)當(dāng)相同，若二者等級(jí)相差較大，施加的扭矩過(guò)大時(shí)，強(qiáng)度較高的一方會(huì)擰壞對(duì)方的螺紋。

緊固件的扭矩是否滿足零件間的夾緊，除了對(duì)緊固件選擇外，還應(yīng)通過(guò)路試、臺(tái)架、批量驗(yàn)證等方式確認(rèn)緊固件是否夾緊。

在扭矩控制方面，針對(duì)確定的工藝扭矩和控制等級(jí)，選擇對(duì)應(yīng)的預(yù)緊工具、緊固工具，以保證工藝扭矩的有效施加，同時(shí)選擇相應(yīng)的監(jiān)測(cè)工具以保證監(jiān)控扭矩的正確測(cè)量。

在扭矩施加方面，分為兩類，一類是使用具備預(yù)緊和緊固功能的工具，這類可直接上緊，另一類是使用預(yù)緊工具再用擰緊工具緊固，這類施加方式需要擰緊過(guò)程的正確操作且擰緊工具的旋轉(zhuǎn)角度需達(dá)到45 #778;以上。在扭矩監(jiān)測(cè)方面，為保證監(jiān)測(cè)精度，使用受人為因素影響較小的檢測(cè)工具進(jìn)行測(cè)量且緊固件緊固完畢后隨著時(shí)間的推移，其監(jiān)控扭矩均會(huì)衰減，因此需要在緊固完畢后的5 min內(nèi)測(cè)量。

2車身緊固件扭矩控制現(xiàn)狀

2.1控制流程

在汽車緊固件扭矩控制流程均有動(dòng)態(tài)扭矩（工藝扭矩）和靜態(tài)扭矩（監(jiān)控扭矩）的分類。動(dòng)態(tài)扭矩為設(shè)計(jì)上的緊固件緊固扭矩，主要受緊固工具和人為因素的影響，靜態(tài)扭矩為過(guò)程上的測(cè)量扭矩，主要受測(cè)量工具和人為因素的影響。但目前部分公司緊固件扭矩控制流程是沒(méi)有的且只有工藝扭矩，流程方面是空白的。

2.2工具選擇

對(duì)已確定的緊固件工藝扭矩進(jìn)行對(duì)應(yīng)預(yù)緊、緊固工具選擇，以保證工藝扭矩的正確施加，而目前部分公司在工具選型方面，做的比較粗糙，沒(méi)有結(jié)合工藝扭矩、控制要求進(jìn)行工具選型。

例如車門(mén)的工藝扭矩為23~29 N·m，控制方式為使用預(yù)緊工具預(yù)緊再用扭力扳手緊固，那么使用的預(yù)緊工具輸出扭矩應(yīng)<工藝扭矩，但工具選型卻選擇了大型號(hào)的，使得預(yù)緊扭矩>緊固扭矩（見(jiàn)表1，如圖9所示）。

由于工具的預(yù)緊扭矩過(guò)大，使得扭力扳手沒(méi)有旋轉(zhuǎn)即發(fā)出防錯(cuò)的“喀嚓”聲音（要求是扭力扳手旋轉(zhuǎn)超過(guò)45 #778;以上），因?yàn)楣ぞ哌x型不合，造成扭矩過(guò)程控制超差。

2.3過(guò)程控制

在工具選擇方面已經(jīng)闡述了因工具選擇不合導(dǎo)致的扭矩控制超差，那么在本段描述測(cè)量工具的選擇及使用、員工操作不合而導(dǎo)致的扭矩過(guò)程控制不合。

目前使用的測(cè)量工具是表盤(pán)式指針扳手（如圖10所示），受人為因素的測(cè)量比較大而且測(cè)量過(guò)程為二次施加，得出的數(shù)值是緊固件旋轉(zhuǎn)后的扭矩，而不是要求的旋轉(zhuǎn)瞬間值。除此之外，員工在使用扭力扳手操作過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)不足45 #778;則需退松扳手重新緊固，但員工在實(shí)際操作過(guò)程往往不按要求實(shí)施。

3扭矩?cái)?shù)據(jù)驗(yàn)證

在現(xiàn)狀調(diào)查中，闡述了工具選型不合及預(yù)緊力過(guò)大導(dǎo)致扭矩控制超差，那么在扭矩?cái)?shù)據(jù)驗(yàn)證中，將進(jìn)行緊固件扭矩預(yù)緊力驗(yàn)證，以確定預(yù)緊力的選擇及對(duì)應(yīng)工具的選型。

數(shù)據(jù)驗(yàn)證的環(huán)境為某車型白車身、鉸鏈、440型號(hào)風(fēng)槍及電槍、扭力扳手及表盤(pán)式指針扳手、實(shí)車裝門(mén)，驗(yàn)證步驟為對(duì)離線白車身的后側(cè)門(mén)鉸鏈進(jìn)行預(yù)緊力驗(yàn)證，以確定預(yù)緊力為多大時(shí)可滿足緊固過(guò)程的旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到45 #778;以上，具體驗(yàn)證數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

通過(guò)驗(yàn)證數(shù)據(jù)，可以看出對(duì)后側(cè)門(mén)鉸鏈螺栓的預(yù)緊力只要在12 N·m以下就可滿足緊固過(guò)程能夠旋轉(zhuǎn)45 #778;以上，那么對(duì)驗(yàn)證數(shù)據(jù)中的預(yù)緊力12 N·m、10 N·m、7 N·m是否可在實(shí)車能緊固后側(cè)門(mén)，下面將進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。

驗(yàn)證過(guò)程是用7 N·m、10 N·m的電槍在實(shí)車預(yù)緊后側(cè)門(mén)以確認(rèn)是否后側(cè)門(mén)是否存在下沉的情況，具體如圖11、12所示。

從實(shí)車驗(yàn)證數(shù)據(jù)看，7 N.m的預(yù)緊力已經(jīng)可以滿足后側(cè)門(mén)的預(yù)緊需求，同時(shí)又能滿足緊固過(guò)程達(dá)到45 #778;的旋轉(zhuǎn)角度。除此之外，還使用了7 N·m的電槍進(jìn)行了批量的在線一個(gè)月驗(yàn)證，驗(yàn)證的結(jié)果也是滿足要求的。

通過(guò)扭矩?cái)?shù)據(jù)驗(yàn)證，可以得出以下結(jié)論：

后側(cè)門(mén)的預(yù)緊力≤12/26×100%（預(yù)緊力/緊固力）=緊固力的46%，即可滿足預(yù)緊要求，又可滿足緊固過(guò)程旋轉(zhuǎn)45 #778;以上。

①對(duì)需要分兩步完成緊固的緊固件（即先預(yù)緊后擰緊），可選擇預(yù)緊力小的工具（能滿足預(yù)緊即可）。

②對(duì)只需一步完成緊固的緊固件，可選擇自動(dòng)斷開(kāi)式的工具（工具精度較高，先高轉(zhuǎn)速預(yù)緊后低轉(zhuǎn)速緊固）。

4扭矩控制改進(jìn)方向

通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀控制的調(diào)查及數(shù)據(jù)驗(yàn)證，結(jié)合汽車公司的生產(chǎn)實(shí)際情況，在綜合分析控制流程、工具精度、工具成本、生產(chǎn)節(jié)拍、及人員操作等方面，扭矩控制可以分以下幾類方式。

4.1控制流程完善

制定企業(yè)統(tǒng)一的扭矩控制源頭流程文件，對(duì)扭矩控制進(jìn)行各部門(mén)職責(zé)及過(guò)程的充分定義，各區(qū)域再建立內(nèi)部流程文件，以達(dá)到流程文件的閉環(huán)。

4.2分級(jí)控制

對(duì)緊固件的扭矩進(jìn)行分級(jí)控制，即分關(guān)鍵控制和一般控制，關(guān)鍵控制點(diǎn)使用精度高的工具，一般控制點(diǎn)進(jìn)行普通控制。

4.3分區(qū)控制

分需調(diào)整區(qū)和不需調(diào)整區(qū)，通過(guò)分區(qū)控制，可以在工具選擇、控制方式上加以區(qū)分，以提高扭矩的過(guò)程控制。

①需調(diào)整區(qū)，即門(mén)蓋安裝需要先預(yù)裝再緊固的區(qū)域，預(yù)緊工具可以選擇普通的，能滿足預(yù)緊即可，在擰緊工具方面加以保證。

②不需調(diào)整區(qū)，即車門(mén)的鉸鏈安裝和白車身的散件安裝，可以分級(jí)控制的方式選擇先預(yù)緊后緊固和自動(dòng)斷開(kāi)式工具。

對(duì)關(guān)鍵控制點(diǎn)，可以使用先預(yù)緊后緊固的方式，預(yù)緊工具選擇普通的工具（能預(yù)緊即可），也可以使用精度高的自動(dòng)斷開(kāi)式或帶控制系統(tǒng)的緊固工具。對(duì)一般控制點(diǎn)，使用普通工具直接擰緊。

4.4 檢測(cè)控制

目的為減少或消除人為、工具因素影響到數(shù)據(jù)的檢測(cè)精度，可以使用帶傳感器的電子數(shù)據(jù)采集儀，避免檢測(cè)的二次施加，同時(shí)確保數(shù)據(jù)為測(cè)量瞬間的值。

4.5操作控制

現(xiàn)狀調(diào)查提到員工在實(shí)際操作時(shí)，預(yù)緊力已達(dá)到或超過(guò)緊固力，而因員工的精神狀態(tài)及節(jié)拍等方面的影響，沒(méi)有退松緊固件重新擰緊。為避免受員工現(xiàn)場(chǎng)操作的影響，在工具選擇上，可以使用預(yù)緊力較小的工具（滿足預(yù)緊即可），同時(shí)開(kāi)展扭矩及工具方面的培訓(xùn)，建立相應(yīng)的審計(jì)制度，確保現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行力。

5結(jié)語(yǔ)

本文描述了汽車緊固件在扭矩控制方面的現(xiàn)狀及改進(jìn)方向，總結(jié)汽車緊固件扭矩控制在工具方面的發(fā)展趨勢(shì)，為汽車產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供扭矩方面的參考和借鑒。為保證扭矩得到有效施加和控制，未來(lái)在工具方面的發(fā)展趨勢(shì)主要是帶數(shù)顯報(bào)警、在線連接及自動(dòng)停線、自動(dòng)斷開(kāi)式、扭矩自動(dòng)上傳分析及實(shí)現(xiàn)在線互檢、抽檢等功能。

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