如何提高中間軸涂膠螺栓扭矩施加合格率

鄭玉芳 姜磊 鄧智良 林勇

摘 要：文章介紹了總裝車間使用Atlas手持電槍施加中間軸上下端螺栓扭矩工藝，分析了中間軸扭矩施加合格率低的問題，通過對故障件及擰緊結果數據收集與分析，提出了更改轉向機小齒輪結構尺寸，減短涂膠螺栓涂膠物理長度 、優化電槍程序設置參數等措施來提高中間軸扭矩施加合格率。

關鍵詞：中間軸裝配;涂膠螺栓;電槍參數設置;扭矩施加合格率

1 引言

汽車中間軸總成是連接轉向管柱和轉向機的轉動機構，它的作用是將作用在方向盤的受力傳遞到轉向機，并將轉向輪受到的力和沖擊回傳到轉向盤使駕駛員能夠感知路面情況，對汽車采取正確的操控。中間軸與管柱和轉向機的連接通過涂膠螺栓進行連接，其上下端扭矩緊固極其重要，其任何一點扭矩不合格，輕則造成轉向松動異響、轉向笨重，重則轉向失效，危機駕駛員及乘客安全，造成嚴重安全事故。

目前總裝車間采用Atlas手持電槍對中間軸螺栓進行緊固，而在緊固過程中，常常遇到扭矩施加失敗的問題，該處涂膠不能二次退松打緊，需更換螺栓返修，造成嚴重的返修成本浪費以及質量、生產效率的損失。因此有必要對如何提高中間軸扭矩施加合格率進行進一步研究。

2 中間軸裝配工藝

2.1 中間軸裝配分析

中間軸上端與轉向管柱總成連接，下端與轉向機連接，上下端裝配結構示意，圖見圖1。

裝配結構分析：a、涂膠螺栓先通過轉向管柱總成轉向節叉光孔穿入，再擰入螺紋孔，光孔同時具有導向作用，螺栓擰入時，擰歪概率極低;b、轉向中間軸與轉向管柱總成節叉配合，花鍵處設計有盲齒防錯結構，中間軸裝入方向唯一，螺栓與中間軸不存在干涉的情況;c、涂膠螺栓從第4牙開始涂膠，共10-11齒左右，涂膠范圍120°～180°，物理長度18～21mm，主要起防松作用。d、下端裝配結構與上端結構相似，涂膠螺栓使用相同的零件;e、上下端主要區別在于，上端涂膠螺栓穿過后不會與中間軸平面段干涉，而下端螺栓穿過后可能與小齒輪凹槽干涉，下端凹槽開槽較小;f、轉向機小齒輪設計有上下限位結構，防止裝配后涂膠螺栓與小齒輪干涉，螺栓損壞。

2.2 涂膠螺栓防松原理分析

涂膠螺栓前幾牙不涂膠，起導向作用，便于螺栓能正常對正擰入螺紋孔（此處的螺栓從第4牙開始涂膠）。螺栓擰入后，U-COAT防松膠充滿螺栓螺紋與螺母孔螺紋之間的縫隙，達到鎖緊的目的。防松螺栓可以反復的拆卸，涂膠不會完全脫落（附著在原螺栓表面），其防松性能會逐次降低。

2.3 電槍程序設置

總裝建立精確控制系統，實時監控整車扭矩運行狀態，擰緊控制點開啟角度監控，避免滑牙和焊渣螺栓卡死等情況。中間軸電槍擰緊程序控制策略見表1，當扭矩值與轉角不符合如下邏輯關系時，電槍將報警扭矩施加失敗。

3 中間軸扭矩施加合格率低

總裝車間某車型自投產以來，轉向中間軸上下端連接螺栓扭矩施加合格率為88.5%，車間扭矩施加合格率指標為99.0%，嚴重影響車間裝配效率和質量輸出。團隊成員運用頭腦風暴、對扭矩施加失敗的原因進行分析、歸納、現場確認、驗證等方式、尋找問題癥結、攻破該問題。

4 故障件分析

小組團隊通過對通過拆解故障件分析，共發現三種失效模式，下面對每種故障模式進行分析，找出問題癥結，對策制定，對策實施，效果檢查。

4.1 第一種故障模式

故障車轉向異響，螺栓法蘭面與安裝面已貼合，拆下故障件螺栓從第6牙開始到最后螺紋全部損壞，螺牙呈擠壓型損傷，對應螺紋孔損壞對應失效擰緊曲線曲線波動明顯，見圖3。結合故障狀態，可分析螺栓擰入過程卡滯，螺栓與轉向機存在干涉磨損。

通過對轉向機正常件與故障件對比，見圖4。發現其凹槽開槽位置尺寸不一致，故障件使用內窺鏡觀察螺紋孔內狀態，發現轉向機小齒輪凹槽邊緣凸起，凹槽未與螺栓安裝孔同軸，螺栓旋入過程與該凸起發生干涉，且裝上中間軸后故障可以重現，因此確定該故障模式原因為：限位凸臺與凹槽相對位置尺寸不合格。

將該處差異輸入至供應商整改，齒輪軸R槽裝配尺寸優化，將該處R尺寸7.1±0.1mm改為 5.6±0.1mm。改進后跟蹤驗證1000件，扭矩施加合格率提高至92.5%，且再無出現該故障模式。

4.2 第二種故障模式

故障車螺栓未打平，螺栓端面穿出螺栓孔3牙左右，拆下故障件螺栓第5～8牙某一牙損傷，對應螺紋孔輕微損壞。對應這種失效模式擰緊曲線，螺栓擰入過程扭力被卡到15N.m（正常螺栓此時應該已經完全擰入，但故障螺栓只擰入到中間某個位置），卡過后扭矩緩慢上升，超過設定的轉角值，扭矩施加失敗，電槍亮紅燈。故障件及扭矩施加曲線圖件圖5。圖紙標明涂膠U-COAT，按GMW16722-2013執行，對涂膠段的擰入力矩做了相應要求，要求 涂膠段擰入力矩滿足Fmax≤14N·m。為驗證該要求：團隊對涂膠螺栓進行擰入力矩對比測試，發現涂膠量多的情況集中在18N·m左右，涂膠少的在11N左右;得出部分螺栓涂膠段擰入力矩不滿足Fmax≤14 N·m的規定;同時從故障件我們看到較多的涂膠被刮下。所以有理由推斷螺栓在擰入螺母孔過程中，涂膠堆積使螺紋偏磨，導致螺牙損壞。

通過以上分析所以可以得出結論涂膠螺栓涂膠量過多是要因。經過驗證，將涂膠螺栓涂膠長度物理膠長度由18～21mm變更為10～13mm，裝車驗證1000臺車，扭矩施加合格率提高至97.5%，且路試未報有轉向異響的問題。

4.3 第三種故障模式

故障車螺栓打到底部，拆下故障件螺栓無明顯損傷，對應螺紋孔完好。對應曲線扭矩施加曲線，扭矩施加過程正常，最終扭矩達到時，最終角度過大，電槍報警扭矩施加失敗。通過重新計算角度，發現之前程序設定的最終的260度小于我們計算得到的340度，所以分析得出：角度設置不合理為要因。

通過如下步驟，重新收集角度數據，修改電槍參數設置，見表2。

收集更改角度后的數據，繪制控制圖（見圖6），根據控制圖的8項判異原則，極差圖和均值圖內所有點均處于受控狀態，判斷是穩定狀態。

計算過程CPK，見圖7，CPK為1.77>1.33，滿足過程能力要求。

角度重新釋放后，跟蹤1000臺車，中間軸扭矩施加合格率維持穩定在99.1%左右。

綜上所述，我們可以得出轉向機小齒輪凹槽與限位凸臺相對位置尺寸不合格，涂膠螺栓涂膠量過多;電槍程序設置不合理是導致扭矩施加合格率偏低的因素。為提高中間軸扭矩施加合格率，可以優化轉向機小齒輪尺寸、減短涂膠螺栓長度、優化電槍參數設置。

5 結語

通過分析在使用Atlas手持電槍施加中間軸螺栓扭矩過程中，出現扭矩施加失敗情況進行分析，從零件產品尺寸控制和產品設計、以及電槍程序設計的合理性方面提出相應的改進提升措施。借助問題解決經驗，為其他問題解決起到了一定借鑒價值和問題解決參考依據對。對于其他使用電槍施加扭矩也具有指導作用，扭矩施加合格率，減少企業制造生產過程中的返修浪費和質量成本損失。減少返修浪費，降低問題逃逸風險。提高產品質量，減少售后客戶的抱怨，提升客戶產品的滿意度。

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