一種制動(dòng)管路管螺紋的扭矩控制方法

楊維建，馬臣斌

(天府新區(qū)信息職業(yè)學(xué)院，四川 成都 620564)

目前乘用車(chē)中不管是燃油車(chē)還是新能源汽車(chē)，制動(dòng)系統(tǒng)均以液壓制動(dòng)為主。液壓制動(dòng)存在的主要失效風(fēng)險(xiǎn)之一是密封性不足，導(dǎo)致汽車(chē)制動(dòng)效能衰減甚至喪失，如何保證整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的密封性對(duì)于整車(chē)制造企業(yè)尤為重要。為保證整車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的密封性，在制造過(guò)程中制動(dòng)系統(tǒng)裝配環(huán)節(jié)需重點(diǎn)控制制動(dòng)管路的緊固連接。制動(dòng)管路的連接包括制動(dòng)主缸、制動(dòng)硬管、制動(dòng)軟管的連接，三者之間均以管螺紋的方式連接緊固，做好管螺紋的扭矩控制是制動(dòng)系統(tǒng)裝配中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。

1 螺紋的擰緊原理

螺栓的擰緊過(guò)程一般分為4個(gè)階段，即自由擰緊階段、螺栓端面貼合階段、螺栓線性變形階段和屈服階段。擰緊扭矩90%用于克服螺栓螺紋和螺栓端面摩擦力做工，只有10%產(chǎn)生夾緊力，用于緊固連接件。在螺栓夾緊力作用下，連接件表面會(huì)出現(xiàn)一定變形，根據(jù)連接件變形量大小，連接方式分為軟連接、硬連接、中性連接。軟連接是指連接件本身較軟或連接件中間存在橡膠件等彈性原件，存在扭矩衰減；硬連接是指連接件硬度較大，是剛性的且結(jié)合面光滑、貼合好的連接，一般無(wú)扭矩衰減，可能有扭矩反沖；中性連接是介于軟連接和硬連接之間的連接，一般不存在扭矩衰減或反沖情況。

制動(dòng)管路分為硬管和軟管，硬管一般采用20鋼，在緊固過(guò)程中產(chǎn)生的形變量較大，屬于軟連接(螺紋緊固后會(huì)出現(xiàn)扭矩衰減現(xiàn)象)，而制動(dòng)管路間的密封性是靠管螺紋在擰緊過(guò)程中的變形來(lái)保證的，所以這種螺紋變形是產(chǎn)品本身的一種需求，是必須存在的，這一點(diǎn)不同于汽車(chē)上其他軟連接的部位(盡可能規(guī)避軟連接的變形量)。

2 扭矩控制方法

由于制動(dòng)管路管螺紋連接密封性的特殊要求，螺紋的扭矩標(biāo)準(zhǔn)不同于常規(guī)軟連接的扭矩標(biāo)準(zhǔn)。在整車(chē)制造過(guò)程中，該扭矩需納入關(guān)鍵扭矩管控。對(duì)于關(guān)鍵扭矩的管控主機(jī)廠一般選擇帶傳感器的擰緊工具(如擰緊機(jī)或定扭電槍)擰緊，以實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和傳輸擰緊力矩。但制動(dòng)管路緊固操作一般在機(jī)艙或汽車(chē)底盤(pán)上，存在操作空間狹小、制動(dòng)管路無(wú)法固定、管螺紋結(jié)構(gòu)特殊、操作力矩過(guò)大會(huì)損壞或扭曲制動(dòng)管路等問(wèn)題。因此，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中制動(dòng)管路的裝配仍以定置扭力扳手和開(kāi)口扳手為主。

扭矩通過(guò)定置扭矩扳手保證，其主要風(fēng)險(xiǎn)是無(wú)法對(duì)制動(dòng)管路的擰緊力矩進(jìn)行監(jiān)控，若扭矩扳手出現(xiàn)故障，會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)管路力矩不合格的質(zhì)量問(wèn)題。因此，制動(dòng)管路間螺紋的扭矩監(jiān)控需借助靜態(tài)扭矩。靜態(tài)扭矩是指對(duì)已處于擰緊狀態(tài)螺紋緊固件繼續(xù)擰緊且螺紋旋合面之間剛發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦扭矩。測(cè)量時(shí)將直接讀數(shù)的扭力扳手放置在剛擰緊的緊固件上，按擰緊方向平穩(wěn)、連續(xù)、均勻地移動(dòng)，向扭力扳手施加扭矩，直到緊固件剛好開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)為止，在最初轉(zhuǎn)動(dòng)幾度期間所指示的最大扭矩即為靜態(tài)扭矩測(cè)量值。對(duì)于擰緊合格的制動(dòng)管路，生產(chǎn)車(chē)間可按照一定頻次對(duì)扭矩進(jìn)行自檢，同時(shí)質(zhì)檢人員定期抽檢，檢測(cè)頻次根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況確定，一般自檢1次/2 h，抽檢1次/d。管螺紋的擰緊工具(定置扭力扳手)和抽檢、自檢工具(數(shù)顯扭力扳手)也需按期送檢，從而有效預(yù)防制動(dòng)管路擰緊力矩出現(xiàn)批量不良的問(wèn)題。

3 靜態(tài)扭矩測(cè)量方法

靜態(tài)扭矩應(yīng)選用精度高、測(cè)量精準(zhǔn)、便于讀數(shù)的數(shù)顯扭矩扳手檢測(cè)和開(kāi)口扳手輔助檢測(cè)(開(kāi)口扳手起輔助固定作用)。制動(dòng)管路間的密封性依靠管螺紋的變形量來(lái)保證，為保證靜態(tài)扭矩檢測(cè)的準(zhǔn)確性和制動(dòng)管路的氣密性，應(yīng)采用“加擰力矩法”測(cè)量，測(cè)量時(shí)用扭力扳手將緊固的螺紋進(jìn)一步擰緊，螺紋再次旋動(dòng)時(shí)測(cè)量力矩值。杜絕采用“回程力矩法”檢測(cè)(測(cè)量時(shí)用扭力扳手松開(kāi)緊固的螺紋，螺紋開(kāi)始旋動(dòng)時(shí)測(cè)量力矩值，旋動(dòng)角度不大于5°)，因?yàn)椴捎迷摲椒y(cè)量時(shí)會(huì)破壞管螺紋之間已發(fā)生嚙合的形變，重新擰緊會(huì)導(dǎo)致螺紋間密封效果差。測(cè)量扭矩時(shí)，必須采用與管路擰緊螺母相匹配的開(kāi)口頭進(jìn)行測(cè)量，開(kāi)口頭軸線與螺紋緊固件軸線在任意方向上的角度均小于5°，并平穩(wěn)施力，施力角度為在力臂旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)垂直于力臂，施力角度在任何方向上的偏差不得大于15°。

4 靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)值確定

鑒于定置扭力扳手?jǐn)Q緊的裝配方式扭矩波動(dòng)大及制動(dòng)管路間管螺紋本身形變量大，該緊固部位的靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)值通過(guò)計(jì)算扭矩標(biāo)準(zhǔn)差和均值來(lái)確定。以吉利某車(chē)型為例，制動(dòng)硬管與制動(dòng)硬管的擰緊力矩為(18±2)N·m，在車(chē)型試生產(chǎn)階段采用數(shù)顯扭矩扳手測(cè)量25組靜態(tài)扭矩值，每組5個(gè)數(shù)據(jù)，并對(duì)所有測(cè)量數(shù)據(jù)的車(chē)輛進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)氣密性檢測(cè)，確保測(cè)量力矩均符合制動(dòng)系統(tǒng)氣密性要求。測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 某車(chē)型靜態(tài)扭矩測(cè)量結(jié)果

根據(jù)以下公式計(jì)算靜態(tài)扭矩的均值μ、標(biāo)準(zhǔn)差δ和上下限：

1.509 8 N·m

式中：Xi為測(cè)量數(shù)據(jù)；N為測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)量，N=5×25=125。

靜態(tài)扭矩下限=μ-3δ=11.428≈11 N·m

靜態(tài)扭矩上限=μ+3δ=20.487≈21 N·m

擰緊力矩為(8±2)N·m時(shí)，靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)值為11～21 N·m。

5 結(jié)語(yǔ)

標(biāo)準(zhǔn)差是反映一組數(shù)據(jù)離散程度最常用的量化形式，是表征精確度的重要指標(biāo)。對(duì)于正態(tài)分布，正負(fù)3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之內(nèi)占整個(gè)數(shù)據(jù)的比率為99.6%。以該范圍作為制動(dòng)管路靜態(tài)扭矩的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，可有效監(jiān)控制動(dòng)管路管螺紋扭矩波動(dòng)情況，一旦檢測(cè)中出現(xiàn)靜態(tài)扭矩不合格的情況，即可認(rèn)定制動(dòng)管路擰緊力矩超差，存在制動(dòng)管路密封性不合格風(fēng)險(xiǎn)。采用這種方法，可避免大批量不合格扭矩的產(chǎn)生，從而提高整車(chē)下線制動(dòng)管路管螺紋扭矩的合格率。其成本低、操作便利，有利于主機(jī)廠管螺紋扭矩管控工作的開(kāi)展和實(shí)施。