定扭矩工具在工程机械产品中的选型及应用

舒智伟，吴佳春

（广西柳工机械股份有限公司，广西 柳州 545007）

在装载机的零部件与整机的装配过程中，定扭矩工具在保证产品品质过程中占有非常重要的地位。定扭矩工具是螺栓拧紧工具，使用定扭矩工具，可以将螺栓的扭矩值控制在很小的范围内。对于产品来说，关键工序螺栓的扭矩值未达标，会带来严重的产品质量事故与重大损失。定扭矩工具的选型的好坏，也会影响产品装配的效率与产品装配的品质。

下面就实际工作中，定扭矩工具选型所需要考虑的内容，做如下小结。

1 现场数据需求收集

1.1 拧紧工位信息统计

（1）产品品质要求。根据产品品质的特性要求以及产品的装配结构性工艺，确定产品装配品质要求（包括产品拧紧力矩及产品的拧紧精度等）。

（2）装配线效率要求。收集装配流水生产线的节拍时间，确定装配线使用工具装配时间（定扭矩拧紧使用工位装配需小于装配线的节拍时间）。

（3）成本要求。装配线产品产能需求，确定扭矩工具使用及维护成本。（定扭矩工具采购成本较高，后期的维护成本也较高，故在选择过程中，需要考虑到定扭矩工具的使用成本）。

（4）产品需求。装配产品种类及规格，确定扭矩工具的工作区间，选择合适于该工位的定扭矩工具（不仅能降低产品的采购成本，并在工具的选择过程中，选择工具的范围也大）。

（5）工位信息。产品螺栓装配位置、螺栓数量、螺栓大小等方面信息（为后续选型提高定扭矩规格型号选型作为依据，通过收集信息了解定扭矩工具的相适应的套筒、以及装配位置）。

（6）产品装配线收集。产品工位的产品种类、产能，以及定扭矩工具设备扭矩范围。

1.2 工具信息

（1）工具采购的目的。保证产品装配的质量，提高装配效率，降低劳动强度等。

（2）定扭矩工具类型。分析扭矩的应用种类及工具类型，并确定工具的工作方式。

（3）工具工作的工艺。装配工位工艺的需求制定，确定装配工具后产品装配工艺。

（4）工具功能。确定定扭矩工具的扭矩范围与工具性能与功能。

明确以上信息，就可以根据收集到的信息与资料，进入选型阶段，确定定扭矩工具的种类。

2 选型参考

2.1 定扭矩工具工作方式

（1）定扭矩工具的工作方式。定扭矩工具有如下工作方式（如表1所列）。

表1 定扭矩工具的工作方式

（2）实现产品定扭矩的工作方式。表2列举为了实现产品定扭矩的几种工作方式。

表2 实现产品定扭矩的工作方式

2.2 定扭矩工具工作分类

为了更好地选择工具，根据定扭矩工具工作范围，将定扭矩分为如类型（如表3所列）。

表3 定扭矩的分类

（1）定扭矩工具的扭矩值范围，在选型过程中需要考虑的首要条件，决定扭矩工具下面的选型。

（2）选择相适应的定扭矩工作方式，决定了产品拧紧工艺。

（3）定扭矩工具的外观尺寸、净质量，决定了是否需要配备相应的辅助工装等设备，在设备采购过程中，需考虑其设备的性价比。

（4）定扭矩工具的拧紧旋转速度，决定了拧紧螺栓的时间与效率。

（5）定扭矩工具的工作噪音，也作为选型中最重要的选型条件，工具工作噪音高于85 dB，不作为工具选型条件（降低装配车间噪音）。

（6）定扭矩工具的易损件的价格及零配件的价格，了解定扭矩工具维护保养的成本。

2.3 定扭矩工具的种类

公司常用的几种风枪式的定扭矩工具分类，简单介绍其特性如下：

（1）油压脉冲式气动定扭矩扳手。油压脉冲工具具有双脉冲机械装置，震动小，扭力爬升速度快，其主要原理是利用液压流量控制。当螺丝拧紧时，震动矩小，可长时间连续使用，使生产线组装速度快，并能提高产品品质，耐用性高。该工具属于精准工具，维修保养成本高，经常存在需要更换零件，液压油、O型圈、弹簧等配件需要保证，必须定期对工具检测并进行维护保养，保证定扭矩的扭矩值。

其特点是生产速度快，对产品品质有极大的提升，能提高产品扭矩精准值，伤害降低，噪音低，操作便携。不过该工具需要经常保养，保证其产品的扭矩值，效率与性价比较高。

其适用范围为应用于装配车间扭矩范围在0～200 N·m。

该工具由于属于精密工具，需要维护保养，如果长时间不用的话，液压油会变质造成固化。

（2）带反作用力臂定扭矩工具。该工具带有反作用力臂，在工作时有反作用力，操作起来比较麻烦，需要用反作用力臂对准反作用力臂的位置，才能进行下一步的操作。且该风枪的体积较大、也较重，员工操作过程中所需的空间也较大，需配备简易工装配合使用更加方便。

适用范围扭矩在200～1 000 N·m。

适用环境为主要用于较大扭矩的关键工位，转速相对来说较慢，且使用定扭矩之前，有可能需要用普通风枪进行预紧，再用定扭矩工具进行拧紧，操作较为麻烦。

该工具的特点是带有有作用力臂，使用寿命长，比较耐用，不过转速慢，体积与总质量均较大。

因该工具总质量较大，故在购买定扭矩工具与使用过程中，应配备相应的辅助工装，使得操作更加简单。

（3）电动拧紧扳手。电动扭力扳手是由电动控制器、电缆、电动风枪组成，具有体积小、总质量小、效率高、振动小、噪声低等特点。其原理是通过控制器控制电压，实现不同的扭矩控制，并能够通过先进的过程监测功能，实现整个扭矩过程控制以及数据采集。

适用范围为扭矩适用范围，在500～1 600 N·m。

适用环境为用于产品的关键工序，对于工位的拧紧扭矩要求较高，多轴需要配备相应的辅助工装进行装配

其特点是工具精度高、效率高、噪声低、操控性好、保养费用低等特点，在使用过程中可以控制扭矩。

电动拧紧机在选型过程中，选择多轴或者双轴的定扭矩工具，可以同步拧紧。消除扭矩衰减，可提高装配工作效率（不过多轴拧紧工具的选择在选型过程中，需考虑对孔的问题）。

2.4 电动拧紧轴的优点

（1）电机无刷驱动马达，可以无极调速，工作转速范围大，可满足各种运行模式下的转速要求；

（2）力矩范围大，可以在超低转速中保持输出力矩；

（3）体积小，起动力矩大，几乎不受电网电压波动的影响，扭矩值也较为精确。

（4）电机温升较低，与同功率电机相比，温升可降低30%左右，工具使用寿命也长；

（5）运行平稳，噪音低（小于65 dB），拧紧效率高等。

3 工程机械应用案例

应用案例如表4所列。

表4 工程机械应用案例表

4 辅助工装选型

辅助工装，包括机械平衡吊、助力机械臂等辅助拧紧工具的工装。其巧妙地应用力的平衡原理，使重物在提升或者下降时形成浮动状态。操作者用很小的力，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置。

适用范围为较重或者较大的电动拧紧设备，或者拧紧设备在工作中会产生持续扭力的情况。

选用抗扭助力机械手的优点：

（1）枪体重力由平衡机械臂承受，操作人员可以很轻松地操作设备进行拧紧工作，减轻了工人的劳动强度；

（2）提高了工人的工作效率；

（3）提高了安全性。

5 定扭矩工具技术要求

（1）技术要求。达到工位产品的扭矩值，降低劳动强度；保证产品装配品质，并提高装配效率；

（2）安全环保要求。定扭矩工具工作噪音＜85 dB。厂家需提供此工具详细的安全注意事项的说明书，并纳入安全操作规程。

（3）三包服务要求。定扭矩工具三包期1年，服务必须在24 h到位；最少提供一套易损件。

（4）验收。拧紧12万次无需解体保养（清洁及更换易损件）；生产的产品与技术方案是否一致（机械、电器图纸）；设备安全性、可维修性和可靠性验收；设备功能验收（设备正常工作时应具备的功能等）；设备的精度的验收，是否达到技术方案要求的标准；设备安全性验收，是否达到公司要求标准。

6 结束语

简单介绍了在选择定扭矩工具的过程中，应该注意收集使用定扭矩工具的工位情况，选择适合工位的工具来装配，降低在装配过程中工时的浪费。

[1]闻邦椿.机械设计手册[K].北京：机械工业出版社，2010.1

[2]成大先.机械设计手册（第五版，单行本·常用设计资料）[K].北京：化学工业出版社，2008.