基于汽車V推桿螺栓力矩研究討論擰緊工藝優(yōu)化方法

摘要：針對汽車行業(yè)如何建立一套完整的緊固件擰緊工藝開發(fā)體系及所需的設備，通過實際的汽車V推桿螺栓軸力優(yōu)化案例論證進行討論，包括問題的概況、結構設計、現(xiàn)場狀態(tài)確認、零部件狀態(tài)確認和擰緊工藝等步驟，最終完成螺栓打緊質量提升，由實際出發(fā)確認理論體系。

關鍵詞：商用車；V推桿螺栓；擰緊工藝體系

螺栓聯(lián)接在整車裝配中廣泛應用，螺栓聯(lián)接在整車裝配中起到了至關重要的作用。它不僅是將各個零部件組裝在一起的關鍵環(huán)節(jié)，更是確保車輛性能、安全和可靠性的重要因素。通過螺栓聯(lián)接，可以精確地固定和定位各部件的位置，確保其相對位置的準確性，從而保證車輛的正常運行。同時，螺栓聯(lián)接的緊固程度直接影響到各部件的配合精度和性能，過緊或過松都可能引發(fā)問題。因此，對螺栓的選型、安裝和緊固力的控制至關重要。此外，在保證安全方面，螺栓聯(lián)接也起到了不可替代的作用，如車架與車身的聯(lián)接、剎車系統(tǒng)的固定等，都離不開螺栓聯(lián)接的穩(wěn)定性和可靠性。因此，在整車裝配中，必須高度重視螺栓聯(lián)接的質量和安全性，以確保車輛的整體性能和安全性，車企亟待建立一套完整的緊固件試驗設備體系和問題解決方案。

本文以一次V推桿螺栓軸力的優(yōu)化提升為例，對汽車企業(yè)建立一套完整的緊固件試驗體系所需的設備以及質量提升方法進行討論。

螺栓狀態(tài)確認

V推桿螺栓作為整車傳動的關鍵聯(lián)接螺栓，如果發(fā)生松動會導致嚴重的質量問題，故此次策劃對此關鍵螺栓進行軸力優(yōu)化。本次只從工藝角度進行研究，故默認此部位零部件結構設計合理。

1.現(xiàn)場狀態(tài)確認

在此階段要初步確認螺栓的扭矩及軸力的衰減情況是否在正常范圍之內，如果衰減屬于正常范圍則應考慮擰緊工藝參數(shù)設定是否合理，零部件狀態(tài)是否合格。

在本案例中選擇現(xiàn)行產線的下線車輛進行測試，結果見表1。

V推桿聯(lián)接部位使用的螺栓型號為M24×2，10.9級，根據(jù)標準GB/T 3098.1—2010，此螺栓保證載荷為319kN，按照設計規(guī)定，使用扭矩法螺栓擰緊后軸力應為保證載荷的60%～80%（191.4～255.2kN）?，F(xiàn)行工藝扭矩為960N·m，扭矩實際衰減16%，屬于正常范圍；但目前軸力只有規(guī)定的44%，擰緊效果較差。

初步確認軸力較低的原因可以分為以下3點：

1）零部件表面狀態(tài)不合格導致端面摩擦系數(shù)增大，分散了擰緊后的作用力。

2）現(xiàn)行的工藝扭矩過低，導致軸力無法達到目標要求。

3）現(xiàn)場擰緊工具異常，導致輸出扭矩小于工藝扭矩，軸力不達標。

在此步驟測試扭矩的工具為殘余扭矩扳手（見圖1），軸力測試工具為超聲波軸力測試儀（見圖2）。

2.零部件狀態(tài)確認

在本案例中，為確認以上原因中與零部件狀態(tài)有關的因素，需對螺栓質量及V推桿支座表面漆膜厚度進行檢查。根據(jù)行業(yè)標準摩擦系數(shù)范圍為0.08～0.14，由表2可知兩個廠家的螺栓均合格。根據(jù)圖樣要求，此零部件漆膜厚度要求為≤35μm，由表3可知，零部件漆膜厚度不合格。此步驟中使用的設備為摩擦系數(shù)測量儀和漆膜厚度檢測設備（見圖3）。此步驟可以確認在導致螺栓松動的3點原因中，第一點是實際存在的。

1.擰緊工藝確認

初步確認軸力較低的第二、三點原因與擰緊工藝有關。使用模擬裝配設備進行試驗驗證，按照現(xiàn)行工藝扭矩和符合設計的零部件進行擰緊試驗并測量軸力情況，以此確認現(xiàn)行工藝是否合理。由表4可知，在現(xiàn)行的擰緊工藝下，即使是裝配合格的零部件也無法確保軸力在合格范圍之內。此步驟中使用到的設備為超聲波軸力測試儀和模擬裝配設備（見圖4）。

2.工藝優(yōu)化方案

由步驟1到步驟5可以確認，螺栓松動的主要原因為零部件表面狀態(tài)不達標和工藝扭矩設計不合理，由此可以提出工藝優(yōu)化方向如下。

1）保證零部件表面狀態(tài)合格。

2）在螺栓的屈服范圍之內適當增加扭矩以提升軸力。

想要對以上兩項因素進行分析，需進行相應的對比試驗，方案制定見表5。

試驗1和試驗2結果對比如圖5所示（每組試驗樣本7pcs）。

通過對比試驗1（試驗1采用前期“擰緊確認工藝確認中的測試數(shù)據(jù)”）與試驗2軸力測量結果可知，按照現(xiàn)行合格的漆膜厚度，960N·m的擰緊扭矩情況下，軸力均值167.85kN；1100N·m的擰緊扭矩情況下，軸力均值為179.57kN。由此可得出結論：在目前的漆膜厚度下，工藝扭矩提升至1100N·m，其大部分螺栓軸力仍小于設計需求。

試驗3和試驗4結果對比如圖6所示（每組試驗樣本7pcs）。

通過對比試驗3與試驗4軸力測量結果可知，若保持端面接觸區(qū)無漆狀態(tài)，960N·m的擰緊扭矩情況下，軸力均值214.7kN；1100N·m的擰緊扭矩情況下，軸力均值為231.8kN。兩種擰緊扭矩狀態(tài)下的螺栓軸力均有了明顯提升，均已進入設計要求范圍內，但1100 N·m狀態(tài)的軸力相較于960N·m的軸力仍有17kN的提升且距安全范圍255kN有24kN及37%的安全范圍?？紤]到現(xiàn)場擰緊工具的誤差范圍，得出最終的優(yōu)化方案為：保持擰緊位置無漆的零部件狀態(tài)，并且將現(xiàn)場工藝扭矩提升到1100N·m。

此步驟中主要使用到的設備為超聲波軸力測試儀和模擬裝配設備。

結語

根據(jù)此次V推桿螺栓軸力優(yōu)化全過程可以得出以下結論：

1）在汽車行業(yè)中，想要建立完整的擰緊試驗室，需具有的設備包括但不限于摩擦系數(shù)測量儀、超聲波軸力測試儀、模擬裝配設備及殘余扭矩測試扳手。

2）對于汽車行業(yè)的擰緊接頭優(yōu)化方法主要為：背景調查→結構設計確認→現(xiàn)場狀態(tài)確認→零部件狀態(tài)確認→擰緊工藝確認→工藝優(yōu)化方案；根據(jù)此流程對問題進行分析可以提高問題解決效率，降低損失。

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