工具转速对拧紧扭矩质量的影响分析_李德鑫.pdf

140 AUTO TIMEMANUFACTURING AND PROCESS|制造与工艺工具转速对拧紧扭矩质量的影响分析李德鑫韦军覃祖宾上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007摘 要：动力拧紧工具是汽车总装线上重要的装配工具，工具转速对装配效率和装配质量都有重要影响。本文主要探讨小扭矩拧紧点工具转速对拧紧质量的影响，通过选取不同拧紧类型的紧固点进行实际拧紧分析，验证了过高的转速对拧紧质量的负向影响。关键词：拧紧扭矩转速静态扭矩1前言汽车总装线常见拧紧工具按动力源可以分为三类：手动拧紧工具，电动拧紧工具和气动拧紧工具。其中，电动拧紧工具因其具有体积小，重量轻，性能稳定可靠等优点而得到广泛使用。常见手持式电动拧紧工具以电池作为动力源，通常被称为“电池枪”。电池枪拧紧精度在 10%以内，受手部人机工程限制，一般适合用于小扭矩拧紧点（10N.m）。2拧紧扭矩影响因素衡量零部件装配后的拧紧质量，常见方法是测量紧固件的静态扭矩（也称检测扭矩），测量的静态扭矩在监控范围内，并且计算的过程能力水平高 CP 1.33（CPK 受均值影响大，不适用于本文验证环境），说明拧紧扭矩质量稳定可靠。影响静态扭矩的因素很多，包括紧固件类型、摩擦系数、工具性能、拧紧转速、零件材料等等，本文主要探讨拧紧转速的影响。3转速影响分析电池枪没有复杂的控制器和传感器，整个拧紧过程转速是固定的。在生产线实际运行中，为了减少操作时间，电池枪转速一般会设置的比较高。较高的转速会造成工具稳定性差，受转动惯性等因素的影响，转速越高扭矩过冲问题越严重。同时，较高的转速也会降低拧紧过程的摩擦系数，引起轴向夹紧力变大1，造成滑牙，钣金变形及支架开裂等缺陷的风险增大。4拧紧验证小扭矩拧紧点按材料不同，一般可以分为“拧紧钣金”和“拧紧塑料”两类，两者拧紧环境存在差异。选取某车型拧紧钣金类型的前门锁体，以及拧紧塑料类型的真空罐和压力传感器为验证对象，对不同拧紧类型的前门锁体和真空罐，验证相同的转速变化，对相同拧紧类型的真空罐和压力传感器验证不同的转速变化。4.1前门锁体高转速拧紧前门锁体装配工艺如表 1 所示。将标定合格的电池枪转速调整为 600rpm（转/每分钟），在生产线验证拧紧 100 颗前门锁体螺栓（车门钣金、锁体以及紧固件均为相同批次，状态差异可控），统计一次拧紧合格率为 92%（拧紧过程发生脱帽 4 次、滑牙 2 次、打歪 2 次），拧紧合格后抽检检测扭矩数据共 32 组，如表 2 所示。Analysis of the Influence of Tool Speed on Tightening Torque QualityLi DexinWei JunQin ZubinAbstract：Power tightening tool is an important assembly tool on the automobile assembly line,and the tool speed has an important impact on the assembly efficiency and assembly quality.This paper mainly discusses the influence of tool speed of small torque tightening points on tightening quality,and verifies the negative influence of excessive speed on tightening quality by selecting fastening points of diferent tightening types for actual tightening analysis.Key words：tightening torque,speed,static torque 紧固点紧固件型号设计扭矩范围（N.m）电池枪设定值（N.m）检测扭矩范围（N.m）前门锁体内六角花型螺栓M611746547表 1前门锁体装配工艺表序号1234516.176.95.96.8256.35.16.26.336.25.87.85.66.247.16.76.96.96.556.36.15.95.65.666.67.266.65.476.35.4/表 2前门锁体高转速拧紧检测扭矩数据（N.m）AUTO TIME 141 MANUFACTURING AND PROCESS|制造与工艺对上述数据进行能力分析，结果如图 1所示。图 1前门锁体高转速拧紧检测扭矩分析4.2前门锁体低转速拧紧调整电池枪工具转速为 250rpm，继续验证拧紧 100 颗前门锁体螺栓，统计一次拧紧合格率为 100%，拧紧合格后抽检检测扭矩数据共 30 组，如表 3 所示。序号1234515.45555.224.44.84.84.54.634.64.55.14.64.845.74.74.64.8554.84.34.54.94.264.34.44.34.94.7表 3前门锁体低转速拧紧检测扭矩数据（N.m）对上述数据进行能力分析，结果如图 2所示。图 2前门锁体低转速拧紧检测扭矩分析4.3真空罐高转速拧紧真空罐装配工艺如表 4 所示。将 标 定 合 格 的 电 池 枪 转 速 调 整 为600rpm，在生产线验证拧紧 100 颗真空罐螺母（车身前横梁、真空罐以及紧固件均为相同批次，状态差异可控），统计一次拧紧合格率为 94%（拧紧过程发生脱帽 3 次、滑牙 3次），拧紧合格后抽检检测扭矩数据共 48 组，如表 5 所示。序号1234519.28.29.67.89.328.98.49.38.39.63998.398.949.69.49.58.89.1510.19.29.18.39.3610.589.58.68.778.99.38.39.38.188.56.68.29.58.498.599.57.48.7109.78.98.6/表 5真空罐高转速拧紧检测扭矩数据（N.m）对上述数据进行能力分析，结果如图 3所示。图 3真空罐高转速拧紧检测扭矩分析4.4真空罐低转速拧紧调整电池枪工具转速为 250rpm，继续验证拧紧 100 颗真空罐螺母，统计一次拧紧合格率为 100%，拧紧合格后抽检检测扭矩数据共 40 组，如表 6 所示。对上述数据进行能力分析，结果如图 4所示。4.5压力传感器高转速拧紧压力传感器装配工艺如表 7 所示。紧固点紧固件型号设计扭矩范围（N.m）电池枪设定值（N.m）检测扭矩范围（N.m）压力传感器六角头螺栓M612568758表 7压力传感器装配工艺表将 标 定 合 格 的 电 池 枪 转 速 调 整 为1000rpm，在生产线验证拧紧 100 颗压力传感器螺栓（车身前大梁、压力传感器以及紧固件均为相同批次，状态差异可控），统计一次拧紧合格率为88%（拧紧过程发生脱帽5次、滑牙 4 次，表面磨损 3 次），拧紧合格后抽检检测扭矩数据共 30 组，如表 8 所示。对上述数据进行能力分析，结果如图 5所示。4.6压力传感器低转速拧紧调整电池枪工具转速为 250rpm，继续验证拧紧 100 颗压力传感器螺栓，统计一次拧紧固点紧固件型号设计扭矩范围（N.m）电池枪设定值（N.m）检测扭矩范围（N.m）真空罐六角法兰面锁紧螺母M618109711表 4真空罐装配工艺表序号12345187.98.18.37.427.48.28.788.438.47.68.37.87.9497.87.88.17.258.18.58.57.98.168.38.688.38.578.17.88.48.18.588.18.39.27.57.8表 6真空罐低转速拧紧检测扭矩数据（N.m）图 4真空罐低转速拧紧检测扭矩分析142 AUTO TIMEMANUFACTURING AND PROCESS|制造与工艺紧合格率为 100%，拧紧合格后抽检检测扭矩数据共 30 组，如表 9 所示。序号1234516.386.146.626.126.3726.636.426.866.436.5236.46.566.136.616.8146.576.326.376.236.0256.486.826.546.455.8866.146.756.466.196.44表 9压力传感器低转速拧紧检测扭矩数据（N.m）对上述数据进行能力分析，结果如图 6所示。4.7数据对比对前门锁体、真空罐和压力传感器在不同拧紧转速的验证数据进行对比，如表10 所示。从 表 0 可 以 看 出，使 用 较 低 转 速（250rpm）工具打紧，三个零件的一次拧紧合格率及检测扭矩合格率均达到 100%。在相同的转速变化条件下，前门锁体比真空罐扭矩状态变化更大，检测扭矩均值降低 1.51N.m，降幅达到了 24.1%，过程能力水平达到1.39，提升幅度达到 87.8%。在不同的转速变化条件下，压力传感器扭矩状态变化更明显，检测扭矩均值降低 1.05N.m，降幅达到了 14.1%，过程能力水平达到 1.91，提升幅度达到 144.9%。验证结果显示，对于不同的拧紧类型，较低转速拧紧均可以有效抑制脱帽、滑牙、扭矩过冲等问题，大幅提高过程能力水平。与“拧紧塑料”类型相比，“拧紧钣金”类型的紧固点对转速变化更敏感，扭矩波动更大，对于拧紧位置钣金偏薄，强度较低的紧固点，要严格控制工具转速，防止出现钣金拉裂、凹陷等严重质量问题。对于“拧紧塑料”类型的紧固点，转速变化程度与拧紧质量变化程度有较强的关联性，紧固点拧紧类型工具转速（rpm）一次拧紧合格率检测扭矩合格率检测扭矩均值（N.m）过程能力（CP）前门锁体拧紧钣金60092%90.6%6.260.74前门锁体拧紧钣金250100%100%4.751.39真空罐拧紧塑料60094%98%8.871.05真空罐拧紧塑料250100%100%8.121.67压力传感器拧紧塑料100088%86.7%7.470.78压力传感器拧紧塑料250100%100%6.421.91序号1234517.037.788.037.868.628.337.767.667.957.9437.286.828.086.267.247.487.457.357.777.5257.86.327.947.636.3267.217.456.247.457.63表 8压力传感器高转速拧紧检测扭矩数据（N.m）图 5压力传感器高转速拧紧检测扭矩分析转速降低程度越大，拧紧扭矩质量提升幅度越大。5结束语本文通过对不同拧紧类型的零件进行实际拧紧分析，验证了电池枪高转速拧紧对扭矩质量的负向影响。在制定零部件装配工艺时，需要对拧紧转速进行约束，综合考虑生产节拍、拧紧类型等多种因素，设置合理的拧紧转速，在生产效率和装配质量之间找到一个平衡点。参考文献：1 张和平，王晓斌，莫易敏，满健康，王赓，陈璟.拧紧速度对螺栓转矩系数的影响分析 J.武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2014，04（38）：860-863.图 6压力传感器低转速拧紧检测扭矩分析表 10验证结果对比 作者简介李德鑫：（1985.11），男，上汽通用五菱汽车股份有限公司，高级工程师。