一、硬连接与软连接的拧紧工艺
可靠的螺栓连接取决于:⑴螺栓的质量和形式 ⑵连接材料的一致性 ⑶使用的装配工具 ⑷装配方法和策略 ⑸操作者影响 ⑹摩擦系数的分散度 ⑺连接件的可维修性 等
除控制好装配零件的一致性及加强人员培训外,需要在设计产品的初始阶段就应选择合适的工具和装配方式。
根据ISO5393 定义,螺栓连接可以按照从门槛扭矩到***终扭矩所转的角度α划分为硬连接、中性连接和软连接三种状态,工艺设计时根据不同的连接状态选择工具、制订拧紧工艺及检查监控的方法。
硬连接 α < 30,具有较高扭矩斜率,切割成两个刚性件之间的连接,如发动机与变速箱的合装连接。对于硬连接中的安全或重要力矩项螺栓拧紧一般采用扭矩控制法拧紧工艺,使用伺服拧紧轴一次拧紧工艺或动力定扭工具+手动力矩扳手二次扭矩法拧紧工艺。
中性连接 30° < α < 720° ,被连接件在3件以上、中间使用了胶垫、锥形嵌合部位、冲压件等,如安全带与车身的连接、前副车架与车身之间的连接、后托架与车身之间的连接、座椅总成与车身连接等。对于中性连接中的安全力矩项或偏软连接的重要力矩项螺栓拧紧建议采用伺服拧紧轴扭矩+角度法拧紧工艺;其它重要力矩拧紧项可采用扭矩法拧紧工艺,使用伺服拧紧轴一次拧紧工艺或动力定扭工具+力矩扳手二次扭矩法拧紧工艺。
软连接 α > 720°具有较低扭矩斜率。被连接件会发生变形的零件之间的连接、非金属零件与金属件之间的连接、非金属件之间的连接等,如保险杠与车身之间的的螺栓连接、前大灯的螺栓固定等。对于软连接螺栓的拧紧建议采用扭矩法拧紧工艺,采用双速电动工具拧紧,先快速拧紧,零件贴合后再转为慢速拧紧;另外在做同步工程设计时,要尽量避免在安全重要零件的连接中出现软连接,如在软零件连接的螺栓孔中增加金属套管、避免连接件之间存在地毯或顶棚等软性材料等。
二、可靠拧紧与不可靠拧紧的划分原则
工艺设计时工程师们选择的工具精度应满足产品定义扭矩公差的要求,但受各种条件的限制,有时不得不选择低精度的拧紧工具,需要通过减低拧紧效率来保证拧紧质量,并把拧紧操作划分为可靠拧紧和不可靠拧紧。
可靠拧紧:拧紧工具精度达到产品设计定义扭矩公差范围内的要求
不可靠拧紧:工具的拧紧精度达不到产品设计定义的扭矩公差范围内的要求。
常用总装拧紧工具的精度:
1)手动力矩扳手精度(棘轮式、折弯式):±3% ;
2)冲击气动扳手,不是定扭工具,拧紧力矩只是一个大概范围,应该尽量不在生产线上选用;
3) 油压脉冲气动拧紧工具不属于真正的定扭工具,扭矩大概精度:±15%---±30% ;
4) 离合器式气动定扭扳手精度:±7%---±10%
5) 枪式蓄电池电动定扭工具精度:±7%--±10%
6) 电动伺服拧紧机精度:±3%---±5%
上述精度是指在力矩标定条件下测得,由于受到生产线上的各种条件的影响如人、环境、工件、操作、拧紧特性等,其拧紧精度都会低于上述精度。
当底盘零件的螺栓连接拧紧为可靠拧紧时,即采用的拧紧工具为离合器式气动定扭扳手、蓄电池式电动定扭扳手、其它精度较高的定扭扳手拧紧,且这些拧紧工具的精度满足工艺装配精度要求,采用一次扭矩法拧紧再手动力矩扳手确认的工艺方法。首先将动力拧紧定扭工具和手动力矩扳手都调整到产品定义扭矩范围的中间值,***步使用调整好的动力拧紧工具拧紧,第二步用调整好的手动矩力扳手确认达到了产品定义的力矩,并做上白色确认标记。如采用伺服拧紧机***终拧紧,由于其可以边拧紧边检测边监控,一般情况下不需要再进行手工确认。
当底盘零件的螺栓连接拧紧为不可靠拧紧时,即采用的拧紧工具为离合器式气动定扭扳手、蓄电池式电动定扭扳手、油压脉冲气动扳手拧紧,且这些拧紧工具的精度不满足工艺装配精度要求,也就是超出了产品定义扭矩的公差范围,则采用二次扭矩法拧紧的工艺方法。首先将动力拧紧定扭工具的扭矩调整到产品定义力矩中间值的75%、手动定扭扳手的扭矩调整到产品定义力矩范围的中间值,***步使用调整好的动力拧紧工具一次预拧紧,第二步用调整好的手动矩力扳手二次拧紧到产品定义力矩的中间值,并做上白色拧紧标记,采用该工艺可防止拧紧扭矩超过产品定义力矩的上限,虽然降低了力拧紧工作效率,但能有效保证拧紧质量。
由此可见拧紧效率和拧紧质量是矛盾的,为了平衡,也可采用低扭矩的快速拧紧工具打到螺栓贴合后再由高精度的伺服拧紧拧到规定的力矩值及进行有效监控。
三、螺栓连接拧紧扭矩衰机连接失效的应对措施
汽车紧固连接中大部分为中性连接,对于软性连接及偏软的中性连接,如果工艺设计不当,极易产生力矩衰减,常用的扭矩衰减及连接失效的工艺应对措施如下:
①实施分步拧紧,使用能够分步拧紧的工具,如双速电枪、拧紧轴等;
②对某些部位实施扭矩补偿方式(即将紧固扭矩适当增大(增加有幅度可通过计算并结合衰减情况进行确认,但原则上不超过10%);
③要求供应商改善零件配合面的状态,消除零件连接面上的凹凸不平,控制钣金件间的间隙≤0.03mm;
④采用多轴同步拧紧工艺或按工艺规定的顺序拧紧螺栓并对相应的螺栓进行增紧拧紧;
⑤对于重要部位,由扭矩控制法改为扭矩+转角控制法;
⑥在条件允许的条件下,依靠**的检测设备,模拟现场装配情况改善装配工艺;
⑦根据现有的装备,改进、改善装配工艺,提高装配精度;
⑧在螺栓上涂螺纹锁固胶,可有效增加拧紧后的残余力矩,防止力矩衰减;
⑨明确紧固件产品的相关定义,特别是控制摩擦系数的波动,以减小紧固扭矩散差,提高装配精度,扭矩与夹紧力有如下关系:
T = μ· d · F
式中:
T = 拧紧扭矩
d = 螺栓公称直径
F = 螺栓轴向夹紧力
μ = 摩擦系数(范围从0.03到0.35)
当拧紧扭矩一定,产生的轴向夹紧力会随着摩擦系数的波动而发生波动,而且轴向夹紧力与摩擦系数是成反比关系,由此可见标准件摩擦系数的问题对保证拧紧质量至关重要。工作中曾经遇到过供应商提供的螺栓的摩擦系数都在合格范围内,前期供应的螺栓摩擦系数偏公差上限,新供应的一批螺栓摩擦系数偏下限,导致伺服机拧紧时出现个别螺栓断裂或出现缩颈现象,解决措施就是要冻结这批螺栓,更换已装车的螺栓,并严格控制螺栓摩擦系数的稳定性,缩小摩擦系数的公差范围。
总之,底盘零件的螺栓连接拧紧工艺技术需要工程师们与产品设计师一起开展同步工程设计,提出拧紧方面的工艺要求,并在试制装车中验证工艺设计的正确性,防止出现过拧及力矩衰减,一旦发现有关拧紧工艺质量问题,一定要从源头上分析原因,采取正确的控制措施,修正拧紧工艺,确保新车型批量生产的质量。