螺栓擰緊定扭工具分類與選用分析

邵世杰，張亞光

螺栓擰緊定扭工具分類與選用分析

邵世杰，張亞光

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司工藝研究所，陜西 西安 710119）

螺栓連接是汽車行業(yè)應(yīng)用極其廣泛的連接形式，螺栓擰緊是產(chǎn)品總成裝配中一項(xiàng)重要內(nèi)容，選用合適的定扭工具是保證螺栓擰緊質(zhì)量的重要前提。各類型定扭工具適應(yīng)不同的使用情況，文章主要介紹定扭工具分類與各類型定扭工具優(yōu)缺點(diǎn)分析及選用要點(diǎn)。

螺栓擰緊；定扭工具；優(yōu)缺點(diǎn)；選用原則

前言

隨著產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升，用戶對(duì)總成質(zhì)量提出了更高的要求，螺栓擰緊作為總成裝配過程中一項(xiàng)重要內(nèi)容，需要有可靠的手段控制螺栓擰緊質(zhì)量。各類定扭工具的合理使用是控制螺栓擰緊質(zhì)量的有效方法。

1 定扭工具分類

依照不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，定扭工具有多種分類。

1.1 依照驅(qū)動(dòng)方法分類

依照驅(qū)動(dòng)方法定扭工具分為手動(dòng)定扭工具與動(dòng)力定扭工具。手動(dòng)定扭工具主要包括咔嗒式/打滑式/折彎式預(yù)置定扭扳手；動(dòng)力定扭工具依照動(dòng)力來源分為氣動(dòng)式、電動(dòng)式及液壓式，其中電動(dòng)式又分為有線電動(dòng)工具與無(wú)線電池式工具。

手動(dòng)工具使用較為靈活，能夠滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景，但效率較低，操作者負(fù)荷較重；氣動(dòng)式工具依靠壓縮空氣提供動(dòng)力，需要有穩(wěn)定、潔凈、流量充足的壓縮空氣源，氣源中的雜質(zhì)會(huì)磨損氣動(dòng)馬達(dá)，工具保養(yǎng)周期較短，含水或雜質(zhì)較多的氣源會(huì)加劇磨損甚至損壞工具；有線式電池工具需要電源供電，電動(dòng)馬達(dá)相對(duì)氣動(dòng)馬達(dá)噪音更小且更為穩(wěn)定，保養(yǎng)周期長(zhǎng)，是比較理想的工具類型；電池式工具主要用于需要大范圍移動(dòng)使用或狹小空間內(nèi)使用；液壓式工具依靠液壓泵提供動(dòng)力，主要用于超大扭矩?cái)Q緊（4000N.m以上），汽車行業(yè)應(yīng)用較少。

圖1 氣動(dòng)工具

圖2 電動(dòng)工具

圖3 電池工具

圖4 液壓工具

1.2 依照扭矩控制方式分類

依照扭矩控制方式可分為脈沖式工具與直驅(qū)式工具，直驅(qū)式工具又分為機(jī)械控制式、電流控制式與傳感器控制式。脈沖式工具依靠脈沖式?jīng)_擊達(dá)到預(yù)設(shè)扭矩，控制精度較低（7.5%-15%），但擰緊速度快且擰緊過程中反力較小；直驅(qū)式依靠連續(xù)擰緊達(dá)到預(yù)設(shè)扭矩，控制精度較高（3%-7.5%），但擰緊速度相對(duì)較慢且有操作反力。機(jī)械控制式直驅(qū)工具精度依據(jù)不同形式3%-7.5%，電流式直驅(qū)工具精度多數(shù)為7.5%，傳感器式直驅(qū)工具精度3%-5%。傳感器式工具精度高且能夠輸出結(jié)果值與曲線，便于監(jiān)控、存儲(chǔ)、分析、追溯，是最先進(jìn)的控制方式。

1.3 依照現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用形式分類

依照現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用形式分類，定扭工具主要分為手持式工具與固定工位式工具。手持式工具使用更為靈活，固定工位式工具需要借助附屬的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行擰緊，多用于自動(dòng)化工位。

圖5 槍式工具

圖6 直柄彎頭工具

圖7 直柄工具

1.4 依照工具結(jié)構(gòu)形式分類

依照工具結(jié)構(gòu)形式分類，定扭工具主要有槍式工具、直柄式工具、直柄彎頭工具。槍式工具操作輕便，方便單手操作，但由于力臂較短，對(duì)于直驅(qū)槍式工具，15Nm以上需要設(shè)置抗反力裝置，脈沖式工具由于反力低多為槍式工具；直柄式工具由于力臂更短，多用于固定式工位使用；直柄彎頭式工具為多數(shù)直驅(qū)式工具的結(jié)構(gòu)類型。

2 常用定扭工具優(yōu)缺點(diǎn)分析

2.1 咔嗒式預(yù)置定扭扳手

咔嗒式預(yù)置定扭扳手即咔嗒扳手，是現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較為普遍的手動(dòng)式定扭扳手，屬于依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)控制力矩的直驅(qū)式工具，一般的結(jié)構(gòu)形式為直柄彎頭式，無(wú)動(dòng)力機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊。在規(guī)范操作的情況下擰緊精度3%，實(shí)際擰緊精度受操作者使用方法影響較大。由于人工擰緊，控制力矩一般在5-300N.m范圍內(nèi)，過大或過小均不易操作。適用于小批量產(chǎn)品生產(chǎn)、批量生產(chǎn)線中螺栓較少工位或擰緊空間緊湊位置的螺栓擰緊使用，為提高效率一般要配合預(yù)擰緊工具使用。

圖8 咔嗒式預(yù)置定扭扳手

咔嗒式預(yù)置定扭扳手使用方法：操作前預(yù)先設(shè)置扳手定扭值，之后使用預(yù)擰緊工具擰緊螺栓至螺栓貼合結(jié)合面，預(yù)緊扭矩小于力矩下限；使用咔嗒式預(yù)置定扭扳手順著螺栓擰緊方向均勻施力，逐步增加力矩，擰緊螺栓至規(guī)定力矩（扳手發(fā)出咔嗒聲）；如扭矩扳手未轉(zhuǎn)動(dòng)即發(fā)出咔嗒聲，說明預(yù)緊力矩超出規(guī)定力矩范圍，需更換新螺栓重新擰緊。

2.2 油壓脈沖工具

油壓脈沖工具依靠動(dòng)力源分為電動(dòng)式與氣動(dòng)式，依靠扭矩控制機(jī)構(gòu)分為機(jī)械控制式與傳感器控制式，目前的主流產(chǎn)品為氣動(dòng)機(jī)械控制式油壓脈沖工具與電動(dòng)傳感器式油壓脈沖工具，前者技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，后者為近兩年上市的新型工具。以下主要介紹氣動(dòng)機(jī)械控制油壓脈沖工具。

氣動(dòng)機(jī)械控制油壓脈沖工具依靠調(diào)節(jié)機(jī)械裝置設(shè)置扭矩值，一般用于5-500N.m扭矩范圍，主要為槍式結(jié)構(gòu)，操作輕便、轉(zhuǎn)速高、反力小，相比氣扳機(jī)噪音低，且具備一定的扭矩控制能力（10%-15%），是替換氣扳機(jī)作為預(yù)緊工具或力矩精度要求較低工位的理想工具。但保養(yǎng)頻次較高，需要定期更換易損件，一般為10萬(wàn)次擰緊保養(yǎng)，部分廠家新一代工具能達(dá)到30-40萬(wàn)次擰緊保養(yǎng)；無(wú)法輸出扭矩結(jié)果值，需要進(jìn)行扭矩抽檢確保扭矩合格；需要潔凈、穩(wěn)定的氣源，不穩(wěn)定的氣源影響工具精度；不適合用于軟連接、偏軟連接和預(yù)加扭矩的擰緊。

2.3 電動(dòng)傳感器式定扭工具

電動(dòng)傳感器式定扭工具主要分為手持式工具與固定工位式擰緊軸，主要有直柄彎頭手持工具、槍式手持工具、直柄式固定擰緊軸等。

電動(dòng)傳感器式定扭工具依靠傳感器與擰緊程序控制扭矩，控制精度高（3%~5%）；適用扭矩范圍廣（0.5-4000Nm)；可采用扭矩、角度控制/角度、扭矩監(jiān)控、屈服點(diǎn)控制等多種擰緊策略；適用于各種軟硬連接；擰緊結(jié)果數(shù)據(jù)與曲線可存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)可追溯性；幾乎無(wú)噪音（<65dB）；保養(yǎng)周期長(zhǎng)（25-100萬(wàn)次擰緊），故障少，長(zhǎng)期使用穩(wěn)定可靠；但扭矩大時(shí)，需要設(shè)置反作用力臂。固定式擰緊軸便于集成為自動(dòng)化擰緊工位。電動(dòng)傳感器式定扭工具是目前最為先進(jìn)、理想的工具類型，技術(shù)成熟，在汽車行業(yè)應(yīng)用極為廣泛，合資車廠或零部件廠幾乎全部應(yīng)用該類型工具。

3 總結(jié)

以上為各類型定扭工具介紹與優(yōu)缺點(diǎn)分析，各類定扭工具適用于不同的使用場(chǎng)景，依照工位特點(diǎn)合理選用能夠顯著提升總成裝配螺栓擰緊質(zhì)量。

[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

Classification and selection analysis of bolt tightening torque tools

Shao Shijie, Zhang Yaguang

（Shaanxi fast gear co., ltd, Shaanxi Xi’an 70119）

Bolted joints are an extremely widely used form of connection in the automotive industry. Bolt tightening is an important part of the assembly of the product assembly. The selection of a suitable torque tool is an important prerequisite for ensuring the quality of the bolts joints. Different types of torque tools are suitable for different use cases. This paper mainly introduces the classification and selection of torque tools and the advantages and disadvantages of each type of torque tools.

bolt tightening; torque tools; advantages and disadvantages; classification and selection

TG431

B

1671-7988(2019)14-158-03

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邵世杰（1992-），男，就職于陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司工藝研究所，從事變速器裝配工藝工作/研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.14.051