汽車廠螺栓擰緊質量體系研究

何杰 王金成 歐陽東 鐘國富

摘要：在汽車生產裝配過程中，螺栓連接是汽車廠總裝車間常見且重要的連接方式，重要擰緊點擰緊失效會危及到人的生命安全，因此，為確保整車擰緊質量，在目前的擰緊質量體系基礎上開展了擰緊前、擰緊中和擰緊后3個方面研究，搭建了完善的擰緊質量管理體系，為各汽車廠提供了寶貴經驗。

關鍵詞：擰緊質量管理、擰緊過程質量監控、殘余力矩檢測

引言：以一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司總裝車間生產車型為例，單車重要擰緊點超300個。由于人員、設備、零件、方法、環境等因素的影響，易出現錯/漏擰等質量問題。本文對如何保證螺栓擰緊質量開展分析，開展了擰緊前、擰緊中和擰緊后3方面的研究，為各汽車廠提供了寶貴經驗。

1擰緊質量體系現狀

目前擰緊前、擰緊中、擰緊后3個方面存在質量體系管理不足問題，可能導致產品返工，造成生產效率低、返修成本高，追溯困難問題（見表1），影響企業產品形象。

2擰緊前質量缺陷預防

根據目前擰緊前的現狀，從連接重要性、擰緊工具和標定、螺栓摩擦系數檢測和車身螺紋檢查共4個維度建立有效的質量控制手段。

2.1連接重要性分類

2.2擰緊工具選型和標定

擰緊等級分類決定了擰緊工具的選擇原則，A、B等級選擇帶力矩監控的工具。C等級使用不帶監控的工具（表3），如定值力矩和蓄電池電槍。在總裝工藝裝配中，常用擰緊工具有高精擰緊電槍、數顯扳手、蓄電池電槍、定值力矩扳手和氣動扳手，這些擰緊工具需要定期維護和標定（表3）來保證擰緊力矩合格。

2.3螺栓摩擦系數檢查

螺栓摩擦系數會影響用轉角法擰緊的力矩值，出現螺栓擰緊力矩過低或過高從而超出擰緊程序控制范圍。在擰緊前，通過增加螺栓摩擦系數檢測，把不合格的螺栓批次提前篩選出來。

2.4車身螺紋孔檢查

針對A/B連接等級的，制定巡檢準則，每班次排查抽查車身螺紋處是否有焊渣、油漆膠、雜質和檢測焊接強度等因素的影響，預防螺紋擰緊質量。

3擰緊中質量控制方法

3.1擰緊程序監控

根據各車型擰緊點連接特性配置力矩角度控制范圍，定期對歷史擰緊數據進行3σ統計，嚴控每個擰緊點力矩和角度監控范圍，對于超出標準范圍的車進行返修，并分析原因、制定解決措施，從而長期有效的保證擰緊質量。搭建擰緊車號防錯系統，在現有擰緊系統的基礎上，開發車輛位置識別系統。擰緊系統的車身號與實際擰緊車身號完全匹配才下發出擰緊使能，如果出現車輛身份信息不一致情況，擰緊工具無擰緊使能，同時系統自動彈出窗口提示，以防擰緊數據串號，影響擰緊質量，導致數據追溯錯誤等問題。

3.2擰緊工藝變量管理

搭建擰緊變化點管理體系，當擰緊工具頭結構更換、高精擰緊電槍更換、擰緊相關零件變化、擰緊工藝力矩更改和擰緊控制程序更改等發生變化時，必須進行小批量試裝，在完成擰緊裝配后，通過靜態MNA檢測評價擰緊力矩是否合格，同時做好變化點管理記錄。

3.3擰緊系統刷卡權限管理

在現有的擰緊系統基礎上，開發員工工號刷卡登錄權限和手動返修刷卡銷項權限，使擰緊車身號與員工信息綁定，同時上傳到擰緊系統中，滿足擰緊數據信息應存檔15年的法規要求。

3.4擰緊返修應急管理

根據每個擰緊點工藝要求，制作標準的手動返修應急預案措施，當設備擰緊不合格時，啟動手動返修應急措施，可有效保證返修擰緊質量。

3.5擰緊數據聯網

總裝車間通過生產網系統（FIS系統）監控、記錄整車生產過程。擰緊模塊有單獨的擰緊系統，搭建數據網絡監控系統，把擰緊系統與FIS系統交互，可詳細監控和記錄所有重要擰緊點擰緊狀態。首先把每個車型的所有擰緊點螺栓單獨編號，然后把這些螺栓號配置在擰緊系統中。車輛進入總裝入口時，自動生成車身號，并與擰緊服務器通訊，把需要擰緊的螺栓號下發到各個PC電腦，PC電腦與擰緊控制通訊，控制高精擰緊電槍執行擰緊，在把數據回傳給PC電腦，擰緊服務器記錄（車身號、數值、狀態、曲線）保存數據，同時把擰緊結果狀態發給FIS系統，從而形成擰緊質量數據閉環。

4擰緊后螺栓質量全面檢查

由于連接件本身的材料特性，在擰緊之后會發生變形或者工件和螺栓表面的摩擦系數等原因，擰緊完成后扭矩衰減是正常現象，通過檢測殘余力矩監控是重要手段。各廠工制定合格的衰減范圍標準和抽檢頻次，通常情況下擰緊裝配完成后30分鐘以內（第一次負荷前）進行MNA1檢測。擰緊裝配完成后30分鐘以后（經過第一次負荷）進行MNA2檢測，通過殘余扭矩檢測可監控擰緊扭矩的穩定性和準確性。

5最終結論

通過擰緊前、擰緊中、擰緊后3個階段分別建立質量預防措施、質量控制方法和質量檢查機制，搭建了完整的螺栓擰緊質量體系（表4），可有效提高整車擰緊質量，降低返修成本。

6建議

在汽車行業中，完善的擰緊質量體系可極大地提高工作效率和產品合格率，同時可降低返修帶來的返修成本。各汽車廠可根據自身情況，完善擰緊質量體系搭建。相信隨著人工智能技術和數字化技術的研究，汽車生產廠擰緊質量體系也將得到更好地完善。

參考文獻

[1張明興. 螺栓力矩擰緊法擰緊異常的控制【J】. 汽車工藝與材料 2005（3）：17-19.

[2Volker Schatz. 實現螺栓可靠裝配的10個步驟【M】. 機械工業出版社，2009.