動力總成裝配工序的螺栓連接質(zhì)量控制

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動力總成裝配工序的螺栓連接質(zhì)量掌握

大眾動力總成〔上?！秤邢薰局煺?/p>

鑒于兼有扭矩掌握或轉(zhuǎn)角掌握功能的電動擰緊槍在實施擰緊作業(yè)時，事實上同時在進行100%的檢測，并能把對應(yīng)的測得值予以儲存，任何一個超出〔扭矩或轉(zhuǎn)角〕掌握范圍的螺紋付連接都將被顯示、剔出。而利用已臻成熟的SPC方法進行過程技能分析那么是建立在抽檢分析的基礎(chǔ)上。無疑前者監(jiān)控力度更大，因此，即使在一些較大規(guī)模的企業(yè)中，只要所配置的電動擰緊槍處于正常工作狀態(tài)，就并不再刻意去求取Cp、Cpk。

當然，從技術(shù)上，只要提取存儲在電動擰緊槍掌握部分中的扭矩〔或轉(zhuǎn)角〕實測值，無論是按規(guī)定的間隔分組抽樣還是利用全部的測得數(shù)據(jù)，就能很方便地依據(jù)過程技能的評定方法，求出技能指數(shù)Cp、Cpk，然后判斷是否達到≥1.33的既定目標。但客觀地說，這是在企業(yè)對自身提出更高要求的狀況下才會采用的做法。

4，關(guān)于電動擰緊槍監(jiān)控窗口的設(shè)置

在現(xiàn)代制造業(yè)，特別是批量生產(chǎn)的汽車

行業(yè)，裝配作業(yè)中電動擰緊槍所采納的擰緊工藝

主要有兩種：扭矩掌握法和扭矩—轉(zhuǎn)角掌握法〔或

簡稱轉(zhuǎn)角掌握法〕。但嚴格地說，這兩種方法應(yīng)當

稱為“扭矩掌握—轉(zhuǎn)角監(jiān)控法”和“轉(zhuǎn)角掌握—

扭矩監(jiān)控法”，由于從確保裝配工序的牢靠進行和

更好地掌握螺紋付連接的裝配質(zhì)量，還需要在電

動擰緊槍的掌握器中設(shè)置相應(yīng)的“監(jiān)控窗口”。圖1轉(zhuǎn)角監(jiān)控窗口的設(shè)定

動力總成裝配工序的螺栓連接質(zhì)量掌握

當裝配過程采納前一種扭矩法時，目標值是一個預(yù)先設(shè)定的擰緊扭矩值MA，其上、下掌握限分別為MA最大和MA最小。從圖1中可以看到，完成螺紋付連接后實際的擰緊扭矩MA實際值的分散性一般較小，但這種方法因受連接部位摩擦力影響很大，導(dǎo)致了螺栓軸向預(yù)緊力的分散，并反映在轉(zhuǎn)角WA實際值有較大的分散性。

顯著，當遇到螺紋付連接部分表面質(zhì)量不穩(wěn)定〔取決于表面加工粗糙度、涂層狀況或沾染油污等因素〕等狀況時，這種現(xiàn)象會更突出。為甄別和剔除這些不正常的狀況，在設(shè)定扭矩掌握上、下限的同時，又設(shè)置了轉(zhuǎn)角監(jiān)控窗口WA最小和WA最大，這就意

味著一旦涌現(xiàn)擰緊扭矩MA

應(yīng)WA實際值實際值雖然在掌握限內(nèi)，而對已超出監(jiān)控窗口，也說明該螺紋付連接是不

合格的，很可能在某一方面存在明顯的、嚴峻的缺陷。

轉(zhuǎn)角法是一種近年來應(yīng)用日益廣泛的擰緊方法，多

數(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品上較重要的裝配部位，這是由其技術(shù)上的

優(yōu)越性所決斷的。當采納這種方法時，目標值是從一個

規(guī)定的預(yù)擰緊扭矩MVA〔也稱起始扭矩〕起，直至所設(shè)

定的擰緊旋轉(zhuǎn)角度WA。詳細執(zhí)行時，先按扭矩確定轉(zhuǎn)角圖2扭矩監(jiān)控窗口的設(shè)定掌握的起始點，即MVA，當電子擰緊槍達到以后，停頓1~2秒或更短些，接著就降低擰緊的轉(zhuǎn)速，然后邊旋轉(zhuǎn)邊計算角度，一貫達到設(shè)定值WA，見圖2。轉(zhuǎn)角掌握法通過在螺栓材料屈服點以內(nèi)的預(yù)擰緊，以及在轉(zhuǎn)過WA角后接近或超過屈服點時完成裝配，大大降低了連接部位摩擦力帶來的影響，使軸向預(yù)緊力的分散性較小，從而提高了裝配質(zhì)量，無疑，當轉(zhuǎn)角達到WA實際值時會有較大的分散性，出于同樣的目的，也應(yīng)當設(shè)置“扭矩監(jiān)控窗口”，即MA最大和MA最小。這樣做的目的也很明確，例如當完成擰緊后的轉(zhuǎn)角WA實際值雖掌握在規(guī)定的范圍內(nèi)，而扭矩值MA實際值太大，這說明：顯著存在螺栓材料抗拉強度太高或熱處理后材料太硬的狀況；反之，假設(shè)扭矩太小，那么說明可能存在螺栓抗拉強度太低或熱處理不好。因此，通過觀測擰緊過程中的扭矩值改變，可以達到監(jiān)控螺紋付連接中螺栓材質(zhì)等質(zhì)量問題。

那么如何來設(shè)定監(jiān)控窗口的上、下限，即“WA最小和WA最大”，及“MA最小和MA最大”呢？類似過程技能分析的做法，通過采集一段時間〔如一個班〕內(nèi)電動擰緊槍在正常工作狀況下獲得的與扭矩掌握對應(yīng)的轉(zhuǎn)角值，及與轉(zhuǎn)角掌握對應(yīng)的扭矩值，樣本一般取n=100。再利用統(tǒng)計分析的方法，求出標準偏差s，監(jiān)控窗口的上、下限即可在3s的基礎(chǔ)上再適當放大5%~10%。但在處理象動力總成裝配中常常采納的多頭電動擰緊槍時，由于其中的每一支槍執(zhí)行的擰緊操作其實是完全一樣的，故沒須要分別設(shè)置不同的“監(jiān)控窗口”。合理的做法是綜合多頭槍中各自采集的樣本，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后，再求取反映整個擰緊工位的監(jiān)控窗口上、下限。顯著，這樣確定的監(jiān)控范圍要比對應(yīng)于每一支電動擰緊槍的來得大，但更加符合實際狀況。

5，評價螺栓連接質(zhì)量的“事后”檢驗

前三節(jié)所闡述的對電動擰緊槍及其擰緊過程的技能驗證和監(jiān)控，是對螺紋付連接質(zhì)量的一種間接評價，事實上也是確保產(chǎn)品裝配質(zhì)量的前提。但同時也還需要進行對擰緊后螺紋付連接質(zhì)量的檢驗，

而與擰緊工藝采納的是扭矩法還是扭矩—轉(zhuǎn)角法無關(guān)。只是需要指出，此時執(zhí)行檢驗的基礎(chǔ)是：通過

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自動化程度很高的裝配工藝過程，已生產(chǎn)出肯定批量的性能滿意要求的合格產(chǎn)品。

多年來，在汽車制造業(yè)中的大多數(shù)企業(yè)都在裝配工序后利用指示式扭矩扳手以抽檢的方式對相關(guān)的螺紋副進行擰緊扭矩測試，，以評價螺栓連接的質(zhì)量。其間，涌現(xiàn)各式各樣的狀況是很正常的現(xiàn)象，但前提是執(zhí)行的方法需要合理、正確，這是處理問題、解決問題的關(guān)鍵。

除了上述在工序間進行的扭矩測試外，還有一類是整車或總成〔指發(fā)動機、變速箱等〕經(jīng)過連續(xù)運行、承受過負載后再對相關(guān)的螺栓連接質(zhì)量進行的檢驗。在德國大眾汽車公司，把前一類測得的扭矩命名為Mna1,后一類為Mna2。并為精確測得Mna1和Mna2，強調(diào)了需要滿意的條件：

電動擰緊機的機器技能指數(shù)Cm、Cmk需要達到1.67以上，即務(wù)必經(jīng)過設(shè)備技能驗證。另外，要求過程技能指數(shù)Cpk≥1.33。

利用指示式扭矩扳手〔一般要求用精度較高的電子扭矩扳手〕，通過”事后法”進行擰緊扭矩測試時，需要采納緊固法，不能用松開法或標記法。執(zhí)行緊固法時需留意，擰動螺栓〔或螺母〕的角度應(yīng)盡量小，最大不超過10。

實踐說明，在上述測試過程中，由于摩擦作用，有時會涌現(xiàn)一個不應(yīng)算作Mna的峰值扭矩，即所謂的起動扭矩。因此，為精確地測出Mna值，不能運用那些只顯示一個峰值的指示式扭矩扳手。對于工序間的扭矩值，即Mna1的求取，需要在裝配完成后的30分鐘之內(nèi)進行。

不能、也不須要把測得的扭矩Mna1和Mna2的值與圖紙或工藝上的扭矩額定值或掌握值相聯(lián)系、作比較。由于，在以緊固法再次擰緊期間，扭矩值的分布特性與裝配工序的擰緊扭矩特性相比已有很大差別，故這種比對毫無意義。

對Mna1和Mna2值正確評價應(yīng)當采納如下方式：通過采集至少100個實際扭矩測量值，然后借助于統(tǒng)計分析的方法，求出標準偏差s。再依據(jù)不同用戶的實際狀況，以2s或3s作為掌握范圍的上、下極限，用作檢驗、評價螺栓連接擰緊效果的Mna1和Mna2值，需要落在設(shè)定的界限范圍之內(nèi)。

依據(jù)詳細狀況的不同，各企業(yè)可制定相應(yīng)的、有針對性的檢驗規(guī)范，以確保特定產(chǎn)品螺紋付連接的裝配質(zhì)量。以下是一個實際案例。

Mna1監(jiān)控范圍的確定，以及對工序間螺紋付連接扭矩值測試的實施，均應(yīng)由車間現(xiàn)場工作人員〔技術(shù)員和操作工〕實施，現(xiàn)場質(zhì)量工程師那么予以監(jiān)督；而對于擰緊扭矩值Mna2，以上這些工作都應(yīng)當由質(zhì)保部的相關(guān)專職人員承受。

依據(jù)螺紋付擰緊扭矩對產(chǎn)品〔如發(fā)動機、車身等〕的功能影響大小，不少企業(yè)都將裝配扭矩劃分為三個等級：重要、次重要和一般。但在工序間進行Mna1測試時，需對全體螺紋付連接部位進行裝配扭矩的檢驗，然而在對總成產(chǎn)品進行Mna2測試時，那么只需選擇“重要”那一類及“次重要”中的一部分做檢查。

關(guān)于Mna1的抽檢頻次，在正常狀況下，每班做二次，每次連續(xù)測試二臺，要求掩蓋每個裝配工位。對于Mna2，那么與產(chǎn)品性質(zhì)有關(guān)，對發(fā)動機、變速箱之類大總成，多數(shù)企業(yè)每班抽一臺做性能測試，那么在結(jié)束后針對該臺進行測試。

Mna1、Mna2掌握范圍確定的時間間隔不采納“定期”的方式，在運行正常的狀況下，并不需要去重新采樣、處理、設(shè)置，一般可以持續(xù)較長時間。只有在發(fā)生產(chǎn)品更換〔新〕，工作參數(shù)轉(zhuǎn)變；裝配擰緊機或生產(chǎn)線進行