汽车螺栓拧紧后残余扭矩检查应用

柴伟东 何杰 欧阳东 王金成

摘要：螺栓的连接结构被广泛用于汽车的装配。螺栓拧紧是汽车装配中最基本的重要工序。螺栓拧紧可靠性不仅关系到车辆整体的功能性，还关系到车辆的安全性。本文通过阐述螺栓拧紧后的静态扭矩检查的必要性和某系列车辆的静态扭矩检测过程和螺栓的具体操作过程，对扭矩异常数据进行分类、查询、汇总，并评价擰紧过程的可靠性和对整车质量的影响，最终保障整车拧紧质量的合格。

关键词：螺栓;汽车;拧紧;静态扭矩

前言

当前中国汽车行业的竞争日益激烈，顾客需求也日益丰富，在追求高科技和创新装配等个性化的同时，更加注重汽车产品的安全性、高质量和可靠性。螺栓拧紧一旦失效，除了增加返工维修成本外，也可能导致公司在品牌形象及市场上的重大损失（比如召回行动）。这就对拧紧过程质量提出了更高的要求，在实际生产过程中，螺栓连接副的夹紧力难以测量，因此将静态扭矩作为螺栓拧紧质量的间接评价指标。

根据质量管理的需要，需要检测螺栓拧紧后的静态扭矩，即零件组装时初次拧紧螺栓后，短时间内确认螺栓的拧紧扭矩值。目前常用的检测方法是使用数显扳手检测，并进行电子汇总。该操作过程容易产生监测数据与实际不符问题。为了解决这类问题，以某系列汽车装配的螺栓静态矩检测过程为例，阐述了汽车生产装配线的螺栓静态扭矩检测流程及使用方法。

1螺栓拧紧连接的控制方法及优缺点

汽车总装车间常用的拧紧控制方法有两种分为扭矩控制与转角控制。扭矩控制是指将拧紧工具设定到工艺要求的扭矩值，达到预先设定的值后，拧紧结束。转角控制是指将拧紧工具设定到工艺要求的扭矩值后再拧紧一定角度的值，达到工艺要求的角度后拧紧结束。

扭矩控制是比较常用的的控制方式，优点是①易实现，设备成本较低，蓄电池扳手、定值力矩扳手、EC电枪等均可拧紧②螺栓不会过屈服极限，可重复使用2-3次。缺点是①摩擦系数影响较大，夹紧力波动较大，夹紧力分散±35%。②螺栓利用率低（<50%）。转角控制优点是①螺栓利用率较高，相同夹紧力要求下可以采用更少、直径更小的螺栓[4]。②过程和产品的有效性易于验证;③符合现场维护成本和精度要求。④螺栓的使用率显著提高。缺点是①设备成本高，只能使用EC电枪拧紧，返修时要采用带有预置程序的数显扳手返修。②转角法使用过的螺栓不可以重复使用。

2螺栓连接的动态扭矩与静态扭矩

动态扭矩是指螺栓拧紧结束瞬间得到的最大峰值，无法测量拧紧后的动态扭矩。静态扭矩是指，螺栓拧紧后使用扳手继续旋转小角度测得的扭矩值。总装装配线的Atlas电动扳手使用了这种方法，用数显扳手检测螺栓扭矩时采用静态扭矩，通常动态扭矩和再拧紧静态扭矩检测值不同。即使连接点和螺栓的型号相同，数值也会存在偏差。因为静态扭矩的数值不准确，与操作人员检测方法有很大关系，所以对合格零件的复查不是优先的方法。静态扭矩检查只限于螺栓返修、工具更换和零件更换检查。

在汽车的生产制造过程中，虽然在开班之前对螺栓的拧紧工具进行了扭矩校验[3]，但是实际生产操作中，拧紧工具有可能出现故障，造成螺栓的动态扭矩值达不到设计要求[2]，单是依靠动态扭矩是无法保证拧紧质量的，为了确保螺栓拧紧质量，需要对装配好的螺栓进行静态扭矩检验。

3汽车螺栓静态扭矩检测

3.1检测方法

为了解决螺栓静太扭矩检测中的各种问题，使用了螺栓静态扭矩检测仪。检测仪的配置简单好用。基本配置请参照表1。主要功能是使用数显扳手检测螺栓的静态扭矩，检测结果一一保存在软件系统中，系统功能强大，如筛选、组合查询、数据分析等。

3.2检测过程

通常在拧紧螺栓后30分钟内进行静态扭矩的测量，检测人员按照工序顺序检查，在每个工序扫描车辆底盘号信息条码，进行静扭矩检查。通常的测量方法是坐标法，即用数字扳手持续拧紧，当螺栓从静摩擦变为动态摩擦时，开始读取。在该读数上施加坐标比，即螺栓静态扭矩。坐标比通常是0.9或1。在测试期间，使用数显扭矩扳手进行静态扭矩检测。数显扳手的数值显示框旁边的显示灯未亮，表示正在检测中，红色灯的闪烁表示静态扭矩值不合格[1]，检测过程中需要扭矩检测人员减慢速度，注意螺栓是否瞬间旋转，旋转后立即停止动作并读取数据，旋转角度不超过10°。绿灯未闪烁，表示静态扭矩未达到要求范围下限值时，螺栓旋转，表示该螺栓的静态扭矩检测不合格[1]。如果检测出的扭矩值在静态扭矩标准范围内，则自动保存数据，执行下一个螺栓的检测程序。当所有螺栓检测结束后将螺栓检测结果上传Atlas的扭矩检测系统。当出现静态扭矩不合格时，扭矩检测人员须分析原因，并报告检测结果。

3.3异常数据处理分析

对于异常的数据（例工艺力矩的值为20+/-3Nm，突然测到10Nm的力矩），这时应该用数显扳手再继续拧紧看力矩是否继续增大，如果继续增大这样的数据可以不用记录。当静态扭矩检测不合格时，检测人员负责对不合格拧紧点前后各抽检，记录抽检车辆底盘号及拧紧点数据并判定是否为批量问题，出现1台以上为批量问题，应立即分析制定临时措施并最终给出长久措施;如果非批量问题，将该拧紧点的不合格报告打印出来存档。

当出现批量检测不合格时，扭矩检测人员确认生产操作人员是否按照标准操作完成装配，目视检查螺栓连接接触面是否存在缺陷、螺纹孔内是否存在缺陷，检查拧紧工具或设备是否存在问题，确认零件材料、镀层是否发生变化，进行缺陷分析并做好措施跟踪直到问题彻底解决。当出现非批量检测不合格时，扭矩检测人员联系生产操作人员执行应急预案，对不合格车辆拧紧点进行缺陷返修，返修合格扭矩检测人员再次测量静态扭矩，生产操作人员将静态扭矩数据记录在存档文件中。

4总结

螺栓静态扭矩是保证汽车装配质量的重要指标之一。在实际扭矩控制中建立并应用动、静态扭矩的概念，对紧固操作时执行的动态扭矩标准和质量检测时判定的静态扭矩范围进行区分管理，对解决传统扭矩控制中的质量缺陷问题有着积极的帮助，是一种科学有效的管理方法，且可以更利于提高整车可靠性[5]。

参考文献：

[1]王佳佳周炳海.《发动机装配线螺栓静态扭矩检测过程的改进》柴油机设计与制造2021.01

[2]张启庆张震华佘运义李林峰赵旺增.《浅谈汽车线束中螺栓的拧紧》汽车电器2015.02

[3]王艾东孙建.《浅谈汽车线束中螺栓的拧紧》科研2016.07

[4]刘超王旭金吴彩丽陈然.《高强度螺栓的监控扭矩研究》柴油机

2014

[5]向雪梅.《B公司螺纹紧固件扭矩质量控制研究》中国优秀硕士学位论文全文数据库2017.07