扭矩?cái)?shù)據(jù)的采集與運(yùn)用

張貴江

摘要：隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，當(dāng)今的汽車已經(jīng)由成千上萬(wàn)個(gè)零部件組成。作為零部件之間的橋梁，螺紋連接已經(jīng)成為汽車制造行業(yè)最為普遍的連接方式之一，汽車的質(zhì)量往往取決于連接的質(zhì)量。隨著顧客對(duì)質(zhì)量的要求越來(lái)越高，為了確保整車出廠質(zhì)量，汽車制造企業(yè)需要建立可靠的扭矩系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：扭矩分配；靜態(tài)扭矩；動(dòng)態(tài)扭矩；采集

一、擰緊基本技術(shù)

（一）擰緊541法則

圖1-1所示為兩個(gè)部件通過(guò)螺栓連接所產(chǎn)生的各種類型的“力”，根據(jù)分析可知，施加在螺栓上的力有張力（夾緊力的反作用力）、螺栓頭下的摩擦力、螺紋副摩擦力

若施加在螺栓頭的力矩為T，則螺栓頭下的摩擦力=0.5T，螺紋副摩擦力=0.4T，夾緊力=0.1T，即擰緊541法則。

實(shí)際裝配過(guò)程中，我們想要得到的是工件之間的夾緊力，由此我們可以反向推出施加在螺栓頭上的力矩。

（二）連接特性分類

根據(jù)螺栓連接的特性，一般分為三類：硬連接、中性連接、軟連接。

硬連接是指從螺栓與工件貼合開始，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)角度<30°達(dá)到目標(biāo)扭矩的緊固連接；軟連接是指自貼合點(diǎn)開始繼續(xù)轉(zhuǎn)到角度>720°達(dá)到目標(biāo)扭矩的緊固連接；中性連接是介于30°到720°直接的緊固連接。

然而在實(shí)際運(yùn)用中，“貼合點(diǎn)”是很難去界定的。一般來(lái)講，可以把貼合點(diǎn)按照5%的目標(biāo)扭矩來(lái)進(jìn)行測(cè)算。

在實(shí)際運(yùn)用中，不管是硬連接還是軟連接，都會(huì)隨時(shí)間的推移而發(fā)生衰減，而軟連接的衰減尤其嚴(yán)重，其中60%-70%的衰減發(fā)生在極短的時(shí)間內(nèi)（<30毫秒）。

二、扭矩?cái)?shù)據(jù)采集

（一）扭矩分類

根據(jù)螺栓在緊固過(guò)程中不同的階段，扭矩值可以分為動(dòng)態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩。動(dòng)態(tài)扭矩是指螺栓在緊固過(guò)程中的終值（峰值），其是在扭矩施加的過(guò)程中同步測(cè)量的值；靜態(tài)扭矩是指完成扭矩施加后，使用測(cè)量工具測(cè)量得到的扭矩值。

（二）動(dòng)態(tài)扭矩的測(cè)量

一種動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量工具，其主要有扭矩傳感器和顯示器組成。將扭矩傳感器一端與動(dòng)態(tài)扭矩施加工具（如扭矩扳手）連接，一端與螺栓連接，在施加扭矩的過(guò)程中，傳感器會(huì)監(jiān)測(cè)扭矩值，顯示器會(huì)存儲(chǔ)并顯示峰值。

（三）靜態(tài)扭矩的測(cè)量

靜態(tài)扭矩的測(cè)量工具主要分為指針式扳手及電子式測(cè)量?jī)x。靜態(tài)扭矩測(cè)量，實(shí)際是希望得到螺栓的再啟動(dòng)扭矩，在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量值會(huì)逐漸上升，首先克服比再啟動(dòng)扭矩更大的摩擦力，然后扭矩會(huì)降低，直到螺栓再啟動(dòng)。如果使用指針式扳手測(cè)量，由于指針永遠(yuǎn)將停在整個(gè)測(cè)量過(guò)程的峰值位置，由此可以判斷其測(cè)量的實(shí)際值為克服摩擦力的值，而不是再啟動(dòng)扭矩，因此使用指針扳手測(cè)量靜態(tài)扭矩缺乏科學(xué)性。實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中，為了降低檢測(cè)工具成本，往往使用指針扳手進(jìn)行測(cè)量，用以判斷過(guò)程是否穩(wěn)定。

電子式的扭矩測(cè)量?jī)x，其可完成自動(dòng)分析，避開靜態(tài)扭矩測(cè)量中的峰值，獲得需要的再啟動(dòng)扭矩，因此使用電子式測(cè)量?jī)x獲得的扭矩相對(duì)科學(xué)。

三、扭矩?cái)?shù)據(jù)運(yùn)用

（一）CPK計(jì)算

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，動(dòng)態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù)的重要運(yùn)用之一則是用以評(píng)價(jià)過(guò)程能力SPC（統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制）。通過(guò)采集到的數(shù)據(jù)，運(yùn)用Minitab等軟件進(jìn)行CPK的計(jì)算。

CPK過(guò)低，其不良率較高，產(chǎn)品質(zhì)量缺陷多；CPK較高，不良率低，但往往需要投入的成本較高。

（二） CPK數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Minitab軟件計(jì)算CPK，最終得到的是正太分布圖。一般來(lái)講，如果CPK數(shù)值不理想，主要有兩個(gè)原因：數(shù)據(jù)離散、數(shù)據(jù)偏移。

數(shù)據(jù)離散是指數(shù)據(jù)在規(guī)格范圍內(nèi)的分布程度。如果3-1所示，規(guī)格上限為20，規(guī)格下限為10，由于數(shù)據(jù)幾乎分布在10-20的所有區(qū)間，因此其CPK較低。

數(shù)據(jù)的偏移是指數(shù)據(jù)偏移規(guī)格中心的程度。規(guī)格上限為20，規(guī)格下限為10，由于數(shù)據(jù)中心約為17，與規(guī)格中心15發(fā)生了較大偏移，因此其CPK較低。

如果出現(xiàn)上述兩種情況，則需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析改進(jìn)。如果是數(shù)據(jù)的偏移，則可以從諸如調(diào)整扭矩設(shè)定值方面進(jìn)行改進(jìn)，如果是數(shù)據(jù)離散，可以從諸如扭矩施加一致性、測(cè)量方法等方面進(jìn)行分析。

（三）靜態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù)運(yùn)用

由于衰減及摩擦的原因，靜態(tài)扭矩與動(dòng)態(tài)扭矩存在差異。一般來(lái)說(shuō)，在軟連接中由于衰減的原因靜態(tài)扭矩會(huì)低于動(dòng)態(tài)扭矩，在硬連接中由于螺栓頭摩擦的原因靜態(tài)扭矩會(huì)比動(dòng)態(tài)扭矩大。

四 結(jié)束語(yǔ)

扭矩連接是當(dāng)下最為普遍的連接方式之一。掌握扭矩連接的特性，采取合理的方式確保扭矩控制有效性。實(shí)施過(guò)程中對(duì)扭矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為扭矩控制提升提供依據(jù)，持續(xù)改善扭矩控制能力，提升產(chǎn)品輸出質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]李同科，簡(jiǎn)學(xué)利。《動(dòng)、靜態(tài)扭矩在汽車裝配扭矩中的運(yùn)用》，汽車工藝與材料， 2010， 第10期

[2]曾慧。《談靜態(tài)扭矩開發(fā)》，企業(yè)科技與發(fā)展 ，2011年第18期（總第312期）。endprint