定扭工具在重型貨車車架裝配中的應(yīng)用

車架總成是重型貨車最重要的零部件之一，駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器及車橋等都是依托縱梁安裝在車架總成中，由鉚釘和螺栓固定在車架上，螺栓聯(lián)接具有簡(jiǎn)單便捷、可以多次拆卸重新裝配、標(biāo)準(zhǔn)化程度高、成本低等優(yōu)勢(shì)，在汽車、機(jī)械裝配過(guò)程中承擔(dān)著不可或缺的角色。

螺栓在擰緊過(guò)程中，其擰緊力矩的大小直接影響螺栓聯(lián)接的可靠性，預(yù)緊力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致螺栓斷裂、重型貨車結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性變形，預(yù)緊力過(guò)小會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)件松動(dòng)、分離、螺栓疲勞等問(wèn)題1。當(dāng)前重型貨車行業(yè)底盤裝配過(guò)程中不同結(jié)構(gòu)件和板料厚度所用螺栓規(guī)格不同，所有螺栓均用風(fēng)動(dòng)扳手一次擰緊，擰緊力矩依靠加工人經(jīng)驗(yàn)評(píng)估以及抽檢，不能保證所有螺栓擰緊力矩精度 100% 符合工藝要求，且風(fēng)動(dòng)扳手運(yùn)行噪聲大，加工人手持操作費(fèi)力，尤其是空間狹小處的螺栓操作難度更大。

為了防止整車運(yùn)行中螺栓松動(dòng)，質(zhì)量要求保證車架生產(chǎn)中每個(gè)螺栓的擰緊力矩都要滿足工藝要求，目前使用的風(fēng)動(dòng)扳手無(wú)法保證螺栓擰緊力矩，需要指示式扭力扳手測(cè)量后確認(rèn)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)拍。風(fēng)動(dòng)扳手在緊固螺栓時(shí)噪聲大，已嚴(yán)重超過(guò)國(guó)家生產(chǎn)環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)，工人長(zhǎng)期在此環(huán)境中作業(yè)影響身心健康。為改善員工的生產(chǎn)環(huán)境，提升生產(chǎn)節(jié)拍保障擰緊力矩精度，急需對(duì)現(xiàn)有的裝配工藝及工具進(jìn)行改造升級(jí)，以

滿足生產(chǎn)需要。

工具選型

在汽車生產(chǎn)裝配過(guò)程中，為了提高螺栓聯(lián)接的可靠性，應(yīng)讓螺栓聯(lián)接副保持一定的軸向夾緊力，即預(yù)緊力[2。但受各方面影響，直接控制預(yù)緊力存在一定難度，最經(jīng)濟(jì)可行的方案就是控制扭矩，間接實(shí)現(xiàn)軸向

預(yù)緊力的調(diào)控。

這是一種目前最常用、最廣泛使用的擰緊控制和操作方式，擰緊方法原理非常簡(jiǎn)單且快速，易于標(biāo)準(zhǔn)化3]。汽車裝配過(guò)程中，緊固工具和設(shè)備主要涉及扭矩扳手、沖擊扳手和自動(dòng)擰緊機(jī)等，這些工具和設(shè)備在裝配過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用[4]。

市面現(xiàn)有幾種擰緊工具對(duì)比見(jiàn)表1。

從表1中可以看出，電動(dòng)定扭工具功能適合生產(chǎn)的需要。電動(dòng)擰緊機(jī)精度高、性能穩(wěn)定并具有防錯(cuò)和可追溯性等功能，能有效保障整車質(zhì)量[5]。

因此，可利用車間現(xiàn)有設(shè)備和電動(dòng)擰緊設(shè)備進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，一線采用風(fēng)動(dòng)扳手一次擰緊工藝模式，二線采用風(fēng)扳機(jī)預(yù)緊加電動(dòng)擰緊槍復(fù)緊工藝模式。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，安排同一班組的人員在兩條線體按周輪換加工，并抽取同一車型同一位置螺栓進(jìn)行力矩檢測(cè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

通過(guò)檢測(cè)結(jié)果可以看出，二線采用風(fēng)動(dòng)扳手預(yù)緊加電動(dòng)定扭工具復(fù)緊工藝模式后螺栓力矩 100% 符合工藝要求。

此工具擰緊精度 ≥±3% ，角度精度 ?±2^° 。擰緊工具具備數(shù)據(jù)記錄功能，可以記錄擰緊過(guò)程中的角度變化和對(duì)應(yīng)的扭矩值，同時(shí)還能夠通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行異常報(bào)警，提高緊固過(guò)程穩(wěn)定性，降低擰緊過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)[]。

針對(duì)電動(dòng)定扭工具的工藝優(yōu)化

1.螺栓擰緊工藝方式

按照目前的裝配工藝，將螺栓穿入裝配孔后，手動(dòng)擰螺母2～3扣，使用定扭工具對(duì)螺栓進(jìn)行緊固時(shí)，會(huì)出現(xiàn)螺栓和螺母空轉(zhuǎn)，需要第二人使用扳手卡住螺栓或螺母進(jìn)行緊固。此工藝方式，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)拍，且定扭工具反作用力大，使用手動(dòng)扳手配合緊固

時(shí)存在安全隱患。

為了實(shí)現(xiàn)定扭工具對(duì)螺栓的快速緊固，需要對(duì)現(xiàn)有的工藝模式進(jìn)行更改。先采用油壓脈沖扳手進(jìn)行快速預(yù)緊，消除板料間隙后再使用定扭工具對(duì)螺栓進(jìn)行復(fù)緊，即“油壓脈沖扳手預(yù)緊 ?+ 定扭工具復(fù)緊”螺栓擰緊工藝模式。

設(shè)定油壓脈沖扳手到預(yù)設(shè)扭矩值，對(duì)螺栓進(jìn)行快速預(yù)緊，基于油壓脈沖扳手結(jié)構(gòu)限制，預(yù)緊后的螺栓扭矩精度范圍僅在 ±8%～±20% 。在后道工序使用低噪聲高精度定扭工具進(jìn)行復(fù)緊，定扭工具通過(guò)控制轉(zhuǎn)角消除摩擦系數(shù)對(duì)螺栓扭矩衰減的影響，進(jìn)一步精確螺栓扭矩，從而使螺栓擰緊力矩精度控制在 ±1%～ ±8% ， 100% 滿足工藝要求，提升質(zhì)量合格率。

2.電動(dòng)擰緊槍懸掛裝置選擇

電動(dòng)擰緊槍需要工人拿取方便且能快速輕松移動(dòng)，因此采用鋁合金導(dǎo)軌，質(zhì)量比鋼軌輕，慣性小，能輕松移動(dòng)和停止。

擰緊槍在緊固螺栓時(shí)會(huì)存在反作用力，需要消除反作用力。目前有兩種方式，碳纖維桿連接和軟連接增加反力桿模式。

升降導(dǎo)向采用碳纖維桿（見(jiàn)圖1），可在平行和垂直導(dǎo)軌的兩個(gè)平面內(nèi)擺動(dòng)，自身可旋轉(zhuǎn)和伸縮，有極大的靈活性。與軟繩連接相比，碳纖維桿保證剛性的同時(shí)，又兼具一定的柔性，碳纖維桿最大質(zhì)量?jī)H2.8kg ，最大抗扭 400N?m 。與常規(guī)鋼制的抗扭管相比，擰緊機(jī)構(gòu)質(zhì)量相同的條件下，碳纖維桿用較小的平衡器就能實(shí)現(xiàn)同樣功能。行程可達(dá) 1438mm ，縮短時(shí)的長(zhǎng)度為 962mm ，伸長(zhǎng)后，長(zhǎng)度可達(dá) 2400mm 。此特點(diǎn)確保工作時(shí)能覆蓋到最低點(diǎn)的螺栓；不工作時(shí)，工裝高過(guò)工人頭頂，確保安全。傳統(tǒng)鋼制抗扭管為雙梁懸掛，碳纖維管單梁即可，移動(dòng)更加方便。整體設(shè)備實(shí)現(xiàn)了輕量化、低阻力，兼顧剛性和柔性，使得設(shè)備移動(dòng)靈活，認(rèn)帽輕松。同時(shí)，碳纖維桿自身有抗扭功能，水平擰緊時(shí)，可以省掉反力桿，節(jié)約對(duì)位時(shí)間，并防止碰傷工件消除安全風(fēng)險(xiǎn)。

使用軟連接時(shí)，由于設(shè)備在擰緊螺栓時(shí)會(huì)存在反作用力，需要增加反力桿保證螺栓擰緊時(shí)設(shè)備無(wú)晃動(dòng)。如圖2所示，工人在使用反力桿時(shí)需要將其靠住零部件后再擰緊螺栓，如果沒(méi)有確認(rèn)反力桿旋轉(zhuǎn)方向，隨意靠住零部件擰緊螺栓時(shí)反力桿就會(huì)旋轉(zhuǎn)，對(duì)零件存在磕傷風(fēng)險(xiǎn)，工人存在安全隱患，且每個(gè)螺栓都要使用反力桿，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，是碳纖維桿用時(shí)的兩倍。經(jīng)過(guò)對(duì)比之后選擇采用碳纖維桿連接。

3.螺栓的選型

由于裝配工藝變更，螺栓裝配先采用油壓脈沖預(yù)緊，再用電動(dòng)擰緊機(jī)復(fù)緊的工藝裝配方式。在使用普通六角頭螺栓和自鎖螺母時(shí)會(huì)出現(xiàn)跟轉(zhuǎn)問(wèn)題，螺栓擰不緊，需要在復(fù)緊時(shí)同時(shí)用手動(dòng)扳手卡住另一端再打緊，工人存在夾手風(fēng)險(xiǎn)且嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

現(xiàn)階段車間使用分板機(jī)緊固自鎖螺栓，需要用手動(dòng)扳手將螺栓一頭固定后再用風(fēng)扳機(jī)將其緊固，螺栓緊固時(shí)風(fēng)扳機(jī)抖動(dòng)和反作用力大，效率低且存在安全隱患。長(zhǎng)時(shí)間操作對(duì)加工人的聽(tīng)力和手臂造成傷害。

為了滿足定扭工具的使用要求，防止螺栓空轉(zhuǎn)并快速定扭，現(xiàn)對(duì)目前使用的各螺栓型號(hào)進(jìn)行對(duì)比選型（見(jiàn)圖3），確保滿足電動(dòng)定扭工具的使用要求。對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。

根據(jù)表3，第二種法蘭螺栓螺母符合工藝要求，滿足定扭工具可快速將螺栓緊固，無(wú)需使用輔助工具，保證每個(gè)螺栓裝配扭矩，可取消擰緊力矩自檢，提升了車架質(zhì)量和裝配效率。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)不同緊固工具和設(shè)備的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，電動(dòng)定扭工具不僅在精度高，而且在裝配螺栓時(shí)操作靈活且靜音。同時(shí)具備模塊化快速維修結(jié)構(gòu)，便于維護(hù)及維修。

通過(guò)對(duì)不同種類螺栓的裝配情況分析，六角法蘭螺栓 + 法蘭螺母組合的擰緊力矩大，可提高連接可靠性，螺栓可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)快速松帶，擰緊過(guò)程中不會(huì)存在跟轉(zhuǎn)現(xiàn)象，一個(gè)人可完成螺栓緊固工作且滿足工藝要求。

通過(guò)以上工藝措施，實(shí)現(xiàn)了定扭工具的使用，滿足生產(chǎn)節(jié)拍和質(zhì)量要求，解決了螺栓擰緊力矩過(guò)扭和欠扭的問(wèn)題，車架總成螺栓復(fù)緊后設(shè)備提示合格，擰緊力矩?zé)o需再次檢測(cè)。同時(shí)滿足了國(guó)家規(guī)定工作場(chǎng)所噪聲限制要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵國(guó)強(qiáng)，朱林波，洪軍，等.重型卡車螺栓聯(lián)接扭矩-預(yù)緊力關(guān)系影響因素分析[J].交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，49（10）：14-21.

[2]馮興雙.汽車底盤高強(qiáng)度螺栓的擰緊與防松研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（4）：207.D0I：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.183.

[3]謝富強(qiáng)，買吾拉·阿不都瓦克，于光輝，等．淺談裝配過(guò)程中螺栓擰緊控制方法[J]．時(shí)代汽車，2022（16）：124-127.

[4]李琨，董瑋，宋偉佳，等．汽車裝配過(guò)程緊固工具和設(shè)備的探究[J].時(shí)代汽車，2024（5）：147-149.

[5]郭昊一．電動(dòng)擰緊技術(shù)在汽車底盤裝配中的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（19）：30-31.DOI：10.19475/j.cnki.issn1674-957x.2021.19.013.

[6]于虹，李永波.汽車制造業(yè)螺栓擰緊工藝及控制方法[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2020（5）：130-131.DOI：10.16107/j.cnki.mmte.2020.0482.AUT01950