汽車螺栓擰緊后殘余扭矩檢查應用

柴偉東 何杰 歐陽東 王金成

摘要：螺栓的連接結構被廣泛用于汽車的裝配。螺栓擰緊是汽車裝配中最基本的重要工序。螺栓擰緊可靠性不僅關系到車輛整體的功能性，還關系到車輛的安全性。本文通過闡述螺栓擰緊后的靜態扭矩檢查的必要性和某系列車輛的靜態扭矩檢測過程和螺栓的具體操作過程，對扭矩異常數據進行分類、查詢、匯總，并評價擰緊過程的可靠性和對整車質量的影響，最終保障整車擰緊質量的合格。

關鍵詞：螺栓;汽車;擰緊;靜態扭矩

前言

當前中國汽車行業的競爭日益激烈，顧客需求也日益豐富，在追求高科技和創新裝配等個性化的同時，更加注重汽車產品的安全性、高質量和可靠性。螺栓擰緊一旦失效，除了增加返工維修成本外，也可能導致公司在品牌形象及市場上的重大損失（比如召回行動）。這就對擰緊過程質量提出了更高的要求，在實際生產過程中，螺栓連接副的夾緊力難以測量，因此將靜態扭矩作為螺栓擰緊質量的間接評價指標。

根據質量管理的需要，需要檢測螺栓擰緊后的靜態扭矩，即零件組裝時初次擰緊螺栓后，短時間內確認螺栓的擰緊扭矩值。目前常用的檢測方法是使用數顯扳手檢測，并進行電子匯總。該操作過程容易產生監測數據與實際不符問題。為了解決這類問題，以某系列汽車裝配的螺栓靜態矩檢測過程為例，闡述了汽車生產裝配線的螺栓靜態扭矩檢測流程及使用方法。

1螺栓擰緊連接的控制方法及優缺點

汽車總裝車間常用的擰緊控制方法有兩種分為扭矩控制與轉角控制。扭矩控制是指將擰緊工具設定到工藝要求的扭矩值，達到預先設定的值后，擰緊結束。轉角控制是指將擰緊工具設定到工藝要求的扭矩值后再擰緊一定角度的值，達到工藝要求的角度后擰緊結束。

扭矩控制是比較常用的的控制方式，優點是①易實現，設備成本較低，蓄電池扳手、定值力矩扳手、EC電槍等均可擰緊②螺栓不會過屈服極限，可重復使用2-3次。缺點是①摩擦系數影響較大，夾緊力波動較大，夾緊力分散±35%。②螺栓利用率低（<50%）。轉角控制優點是①螺栓利用率較高，相同夾緊力要求下可以采用更少、直徑更小的螺栓[4]。②過程和產品的有效性易于驗證;③符合現場維護成本和精度要求。④螺栓的使用率顯著提高。缺點是①設備成本高，只能使用EC電槍擰緊，返修時要采用帶有預置程序的數顯扳手返修。②轉角法使用過的螺栓不可以重復使用。

2螺栓連接的動態扭矩與靜態扭矩

動態扭矩是指螺栓擰緊結束瞬間得到的最大峰值，無法測量擰緊后的動態扭矩。靜態扭矩是指，螺栓擰緊后使用扳手繼續旋轉小角度測得的扭矩值。總裝裝配線的Atlas電動扳手使用了這種方法，用數顯扳手檢測螺栓扭矩時采用靜態扭矩，通常動態扭矩和再擰緊靜態扭矩檢測值不同。即使連接點和螺栓的型號相同，數值也會存在偏差。因為靜態扭矩的數值不準確，與操作人員檢測方法有很大關系，所以對合格零件的復查不是優先的方法。靜態扭矩檢查只限于螺栓返修、工具更換和零件更換檢查。

在汽車的生產制造過程中，雖然在開班之前對螺栓的擰緊工具進行了扭矩校驗[3]，但是實際生產操作中，擰緊工具有可能出現故障，造成螺栓的動態扭矩值達不到設計要求[2]，單是依靠動態扭矩是無法保證擰緊質量的，為了確保螺栓擰緊質量，需要對裝配好的螺栓進行靜態扭矩檢驗。

3汽車螺栓靜態扭矩檢測

3.1檢測方法

為了解決螺栓靜太扭矩檢測中的各種問題，使用了螺栓靜態扭矩檢測儀。檢測儀的配置簡單好用。基本配置請參照表1。主要功能是使用數顯扳手檢測螺栓的靜態扭矩，檢測結果一一保存在軟件系統中，系統功能強大，如篩選、組合查詢、數據分析等。

3.2檢測過程

通常在擰緊螺栓后30分鐘內進行靜態扭矩的測量，檢測人員按照工序順序檢查，在每個工序掃描車輛底盤號信息條碼，進行靜扭矩檢查。通常的測量方法是坐標法，即用數字扳手持續擰緊，當螺栓從靜摩擦變為動態摩擦時，開始讀取。在該讀數上施加坐標比，即螺栓靜態扭矩。坐標比通常是0.9或1。在測試期間，使用數顯扭矩扳手進行靜態扭矩檢測。數顯扳手的數值顯示框旁邊的顯示燈未亮，表示正在檢測中，紅色燈的閃爍表示靜態扭矩值不合格[1]，檢測過程中需要扭矩檢測人員減慢速度，注意螺栓是否瞬間旋轉，旋轉后立即停止動作并讀取數據，旋轉角度不超過10°。綠燈未閃爍，表示靜態扭矩未達到要求范圍下限值時，螺栓旋轉，表示該螺栓的靜態扭矩檢測不合格[1]。如果檢測出的扭矩值在靜態扭矩標準范圍內，則自動保存數據，執行下一個螺栓的檢測程序。當所有螺栓檢測結束后將螺栓檢測結果上傳Atlas的扭矩檢測系統。當出現靜態扭矩不合格時，扭矩檢測人員須分析原因，并報告檢測結果。

3.3異常數據處理分析

對于異常的數據（例工藝力矩的值為20+/-3Nm，突然測到10Nm的力矩），這時應該用數顯扳手再繼續擰緊看力矩是否繼續增大，如果繼續增大這樣的數據可以不用記錄。當靜態扭矩檢測不合格時，檢測人員負責對不合格擰緊點前后各抽檢，記錄抽檢車輛底盤號及擰緊點數據并判定是否為批量問題，出現1臺以上為批量問題，應立即分析制定臨時措施并最終給出長久措施;如果非批量問題，將該擰緊點的不合格報告打印出來存檔。

當出現批量檢測不合格時，扭矩檢測人員確認生產操作人員是否按照標準操作完成裝配，目視檢查螺栓連接接觸面是否存在缺陷、螺紋孔內是否存在缺陷，檢查擰緊工具或設備是否存在問題，確認零件材料、鍍層是否發生變化，進行缺陷分析并做好措施跟蹤直到問題徹底解決。當出現非批量檢測不合格時，扭矩檢測人員聯系生產操作人員執行應急預案，對不合格車輛擰緊點進行缺陷返修，返修合格扭矩檢測人員再次測量靜態扭矩，生產操作人員將靜態扭矩數據記錄在存檔文件中。

4總結

螺栓靜態扭矩是保證汽車裝配質量的重要指標之一。在實際扭矩控制中建立并應用動、靜態扭矩的概念，對緊固操作時執行的動態扭矩標準和質量檢測時判定的靜態扭矩范圍進行區分管理，對解決傳統扭矩控制中的質量缺陷問題有著積極的幫助，是一種科學有效的管理方法，且可以更利于提高整車可靠性[5]。

參考文獻：

[1]王佳佳周炳海.《發動機裝配線螺栓靜態扭矩檢測過程的改進》柴油機設計與制造2021.01

[2]張啟慶張震華佘運義李林峰趙旺增.《淺談汽車線束中螺栓的擰緊》汽車電器2015.02

[3]王艾東孫建.《淺談汽車線束中螺栓的擰緊》科研2016.07

[4]劉超王旭金吳彩麗陳然.《高強度螺栓的監控扭矩研究》柴油機

2014

[5]向雪梅.《B公司螺紋緊固件扭矩質量控制研究》中國優秀碩士學位論文全文數據庫2017.07