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扭矩知识介绍 1 目录 第一章拧紧基本术语与原理第二章螺栓的连接方式第三章螺栓连接拧紧过程简单介绍第四章扭矩的控制方法第五章扭矩检查方法第六章拧紧工具的简介及选配第七章拧紧的顺序第八章拧紧工作中常见问题第九章扭矩的防错 2 第一章拧紧基本术语与原理 拧紧实际上就是要使两被连接体间具备足够的压紧力 反映到被拧紧的螺栓上就是它的轴向预紧力 即轴向拉应力 扭矩施加于轴圆周上使轴转动并产生扭曲形变等的扭转力偶或力矩 动态扭矩是自动拧紧工具在拧紧过程最终或扭转过程所得到的扭矩值 也就是在安装时用在线式扭矩传感器测量的值 静态扭矩用手动拧紧工具对已拧紧的螺栓加一个顺螺栓拧紧方向逐渐增大的扭矩 直至螺栓再一次产生拧紧运动的瞬间 记录下的刚产生运动时的扭矩值 该扭矩值即为静态扭矩 标定用扭矩标定仪 扭矩传感器和角度编码器 串接于电动拧紧枪之中 跟踪电动拧紧枪在螺纹连接件上进行拧紧的过程 从而确认其拧紧扭矩和拧紧角度在其规定范围内的一种方法 3 2020年1月25日 6 11 拧紧原理 预紧力 螺栓拉伸 螺栓插入被连接件 利用螺母或内螺纹拧紧使螺栓拉伸变形 这种弹性变形产生了轴向的拉力 将被夹零件挤压在了一起 称为预紧力 理论上 只要产生了足够的夹紧力 完全可以保证被夹零件在震动 高低温等恶劣环境下安全工作 而不必使用涂胶等辅助方法 扭矩 拧紧原理 第一章拧紧基本术语与原理 4 张力 张力 螺栓连接件中的力 夹紧力 剪切力 剪切力 抗张力 抗张力 第一章拧紧基本术语与原理 5 15 2008 07 16 The50 40 10规则 扭矩 100 夹紧力10 螺栓头下摩擦力50 螺纹副中摩擦力40 90 的扭矩用于克服摩擦力 施加的扭矩并不象夹紧力那么简单 90 的扭矩被摩擦力消耗 只有10 的扭矩转化为夹紧力 扭矩 M 力 F 力臂 L 第一章拧紧基本术语与原理 6 10 螺栓头下摩擦力45 5 16 2008 07 16 夹紧力与摩擦力的关系与影响 螺栓头下摩擦力50 螺纹副中摩擦力40 螺栓头下摩擦力50 螺纹副中摩擦力40 夹紧力15 在螺栓头下加润滑油 螺纹副中有杂质 螺纹副中摩擦力45 通常的情况 第一章拧紧基本术语与原理 7 影响夹紧力的因素 摩擦 拧紧精度 夹紧力过低或过高 表面粗糙与润滑状态 螺丝质量差 材料不合适 工具不准确或不相配 螺丝质量差 错误的工件 设计缺陷 材料配对不合适 拧紧方法错误 膨胀系数不同 螺栓接合尺寸错误 第一章拧紧基本术语与原理 19 2008 07 16 螺栓标识系统 1 8 8第一个数 表示公称抗拉强度的1 100 即最大抗张应力N mm2 100 8 800N mm2第二个数 表示公称屈服强度与公称抗拉强度比值的关系 即屈强比 0 8 80 两数相乘得出其屈服强度 800 0 8 640N mm22 BUFO 表示生产商3 M 表示公制螺纹 第一章拧紧基本术语与原理 9 扭矩 角度 贴合点 扭矩 角度 贴合点 硬连接 30度 软连接 720度 30度 720度 第二章螺栓连接的方式 10 弹性松弛会影响夹紧力 材料弹性松弛会使夹紧力衰减 Time 第二章螺栓连接的方式 11 22 2008 07 16 牛米 扭矩衰减 工具断开 衰减 时间 扭矩衰减 拧紧工作完毕后发生在紧固件上的扭矩降低现象即为扭矩衰减 衰减后的扭矩低于目标值但较为稳定 一般在拧紧操作完成后的30ms内会完成60 以上的扭矩衰减 对于任何连接 随着时间的推移 都会有一定程度的扭矩衰减 一般发生在以下两种情况中 1 粗糙的表面配合时造成的衰减 2 软连接中的扭矩衰减 第二章螺栓连接的方式 12 装配手测 动态 静态 102 6112102 6110101 4111101 2110102 4113100 9109102 1110102 4111101 0113101 8112101 84111 10 671 42 014 1 均值标准偏差 Sigma 3Sigma 硬连接 数据分析 静态扭矩高于动态扭矩 13 均值标准偏差 Sigma 3Sigma 装配手测 动态 静态 100 288100 584100 792100 386100 490100 888100 586100 285100 284100 484100 4286 70 212 80 638 3 软连接 数据分析 静态扭矩低于动态扭矩 14 小结 通过以上硬连接与软连接的比较 同时结合现场情况 总结如下 1 在完全相同的拧紧状态下 硬连接与软连接所得到的最终扭矩是不同的 完全相同是指同样的拧紧工具 以同样的转速 保持同样的稳定时间 2 同一种连接方式 在拧紧工具的转速 保持时间不同的情况下 得到的最终拧紧力也是不同的 3 因为静态扭矩检测需要考虑进人为的因素进去 同时因为静态扭矩受摩擦力的影响非常大 而摩擦力的变化又是非常离散的 因此静态检测值会更离散一些 4 同时 对于某些角度拧紧的连接 静态检测只能检测其扭矩是否过低 而无法精确控制扭矩值 第二章螺栓连接的方式 15 拧紧角度值 o 扭矩 Nm 预拧紧 开始夹紧 夹紧形成 最终拧紧 第三章螺栓连接拧紧过程简介 最终扭矩和角度值必须落在这一区域 拧紧过程的可接受范围 16 多阶段拧紧 扭矩 Nm 角度 拆卸后再拧紧方法 为了减少应力影响 第四章扭矩的控制方法 根据拉伸 屈服极限的关系图 常用的扭矩控制方法有五种 1 扭矩控制法 T 2 扭矩 转角控制法 TA 3 屈服点控制法 TG 4 质量保证法 QA 5 扭矩斜率法 19 扭矩控制法拧紧螺栓至设定的扭矩后 拧紧控制机构停止动作 其优点是较为简便 而且扭矩容易复验 影响扭矩法精度的最大因素不是控制系统本身的精度 主要是由于螺栓的材质 加工精度 润滑状态 拧紧速度等的不同 从而影响螺纹表面之间 螺母承压面等各个螺纹联接处的摩擦系数的变化 在实际应用中 摩擦力的离散状态非常严重 所以预紧力的离散值往往可以达到 20 30 为了保证一定的预紧力 在用扭矩法控制的螺纹联接中往往采用较高的设计余量 以此弥补扭矩控制带来的偏差 目前大多数非关键部位的螺纹联接仍使用扭矩法 4 1扭矩控制法 扭矩控制 转角监控法 在采用扭矩控制的同时 用紧固转角 作为指标对预紧力进行监控的控制方法 20 N扭矩 举例 设定转角控制的起始点 从起始点计算转角 同时记录扭矩 4 2扭矩 转角控制法 扭矩 转角控制法扭矩 转角控制法是在扭矩控制法上发展起来的 应用这种方法 首先是把螺栓拧到一个不大的扭矩后 再从此点始 拧一个规定的转角的控制方法 它是基于的一定转角 使螺栓产生一定的轴向伸长及连接件被压缩 其结果产生一定的螺栓轴向预紧力的关系 应用这种方法拧紧时 设置初始扭矩 Ts 的目的是在于把螺栓或螺母拧到紧密接触面上 并克服开始时的一些如表面凸凹不平等不均匀因素 而螺栓轴向预紧力主要是在后面的转角中获得的 从图5中可见 摩擦阻力 图中以摩擦系数表示的 的不同仅影响测量转角的起点 并将其影响延续到最后 而在计算转角之后 摩擦阻力对其的影响已不复存在 故其对螺栓轴向预紧力影响不大 因此 其精度比单纯的拧矩法高 从图5可见 扭矩 转角控制法对螺栓轴向预紧力精度影响最大的是测量转角的起点 即图中TS所对应的S1 或S2 点 因此 为了获得较高的拧紧精度 应注意对S点的研究 4 2扭矩 转角控制法 扭矩 转角控制法与扭矩控制法最大的不同在于 扭矩控制法通常将最大螺栓轴向预紧力限定在螺栓弹性极限的90 处 即图6中Y点处 而扭矩 转角控制法一般以Y M区为标准 最理想的是控制在屈服点偏后 扭矩 转角控制法螺栓轴向预紧力的精度是非常高的 通过图6即可看出 同样的转角误差在其朔性区的螺栓轴向预紧力误差 F2比弹性区的螺栓轴向预紧力误差 F1要小得多 应用转角法 螺栓的负荷可以在它的弹性变形范围内 也可以进入塑性变形范围 大多数厂家用转角法一般在塑性区 如果螺栓要进入塑性变形范围 一定要进行严格的试验或检测 优点 受摩擦系数影响较小 可得到比较高的预紧力且预紧力的离散度较小 缺点 需要做大量的实验和分析工作 而且几乎无法复验 如果用扭力扳手来复验的话 预紧力可能会超过原先的设定值 4 2扭矩 转角控制法 屈服点控制法屈服点控制法是把螺栓拧紧至屈服点后 停止拧紧的一种方法 它是利用材料屈服的现象而发展起来的一种高精度的拧紧方法 这种控制方法 是通过对拧紧的扭矩 转角曲线斜率的连续计算和判断来确定屈服点的 螺栓在拧紧的过程中 其扭矩 转角的变化曲线见图7 真正的拧紧开始时 斜率上升很快 之后经过简短的变缓后而保持恒定 a b区间 过b点后 其斜率经简短的缓慢下降后 又快速下降 当率下降一定值时 一般定义 当其斜率下到最大值的二分之一时 说明已达到屈服点 即图7中的Q点 立即发出停止拧紧信号 4 3屈服点控制法 屈服点法利用了材料从弹性变形区向塑性变形区过渡时的特性 但是屈服点法同样要进行严格的试验或检测 以防螺栓和螺纹损坏或断裂 在屈服点控制法中 预紧力的大小主要取决于紧固件的屈服强度 因此能得到较大的预紧力 预紧力的离散度也较小 而且预紧力不受摩擦系数变化的影响 屈服点控制法要求对零件表面进行严格的处理 任何打滑和阻滞现象都会使扭矩 转角曲线偏离正常的范围从而使控制系统发出错误警告 此外对螺栓的要求也非常高 紧固必须是专门为屈服点拧紧设计的螺栓能达到塑性延伸螺纹摩擦必须明显小于头部下方的摩擦螺栓头和螺纹的材料不允许变形 4 3屈服点控制法 质量保证法质量保证法是通过测量螺栓的伸长量来确定是否达到屈服点的一种控制方法 虽然每一个螺栓的屈服强度不一致 也会给拧紧带来误差 但其误差一般都非常小 在螺栓伸长法中所采取的测量螺栓伸长量的方法 一般是用超声波测量 超声波的回声频率随螺栓的伸长而加大 所以 一定的回声频率就代表了一定的伸长量 图11就是螺栓伸长法的原理 由于螺栓在拧紧和拧松时 用超声仪所测得的回声频率随螺栓的拧紧 伸长 和拧松 减小伸长量 而发生变化的曲线并不重合 同一螺栓轴向预紧力的上升频率低于下降频率 这样 在用来测量螺栓的屈服点时应予以注意 该法已在日本的生产中得到应用 4 4质量保证法 4 5扭矩斜率法 扭矩斜率法扭矩斜率法是以扭矩 转角曲线中的扭矩斜率值的变化作为指标对初始预紧力进行控制的一种方法 该拧紧方法通常把螺栓的屈服紧固轴力作为控制初始预紧力的目标值 该拧紧方法一般在螺栓初始预紧力离散度要求较小并且可最大限度地利用螺栓强度的情况下使用 但是由于该拧紧方法对初始预紧力的控制与塑性区的转角法基本相同 所以 需要对螺栓的屈服点进行严格的控制 该拧紧方法与塑性区的转角法相比 螺栓的塑性即反复使用等方面出现的问题较少 有一定的优势 但是 紧固工具比较复杂 也比较昂贵 27 第五章扭矩检查方法 5 1过程法 动态扭矩监控 1 固定传感器法 用于检测的扭矩传感器是固定在拧紧工具的输出轴上 对动态扭矩时时监控 2 直接法 在需要检测时 把用于检测的扭矩传感器直接串接于板头与被拧紧的螺栓之间 拧紧时可以直接读出读数 28 第五章扭矩检查方法 5 2事后法 静态扭矩审核 1 松开法 将拧紧的螺栓用扭矩扳手松开 读出松开时的瞬时值 2 紧固法 即对已经拧紧的螺栓用扭矩扳手沿螺栓的拧紧方向再施加一个逐渐增大的扭矩 直至螺栓再一次产生拧紧运动 读出此时的瞬时值 现在生产现场多使用此种方法 角度越小越好 一般在10 左右 3 标记法 即对已经拧紧螺栓的拧紧位置做一个标记 将螺栓拧松之后再拧紧到原来位置时的扭矩值 29 使用测力扳手时可能会出现的问题 只能检查扭矩是否太低不能检查角度控制的扭矩值同时受静态摩擦力影响操作者使用不便 生产效率低 人机工程问题 必须定期校准测力扳手的误差大 第五章扭矩检查方法 工具选型概述 工具选型 在新产品前期分析阶段和生产准备阶段 通过前期策划和现场验证为新车型选配和增补装配工具的工作 工作时间 数模冻结之后 车型量产之前 第六章拧紧工具选配 31 工具选型要考虑的因素 宏观因素产能节拍车型定位生产线现状采购费用到货周期维护保养的便易性其它 第六章拧紧工具选配 32 工具选型要考虑的因素 技术细节力矩要求精度要求操作空间工作效率劳动强度生产管理 第六章拧紧工具选配 33 最理想的目标 广义的工具费用 还包括 效率 维护 寿命 产品质量效果 使用培训 甚至企业宣传 第六章拧紧工具选配 34 工具选型的流程 工具选型主要包括以下过程 第六章拧紧工具选配 前期准备 整理 检查输入的技术资料一致性 完整性 正确性明确工具的选配原则工具档次 类型 大致数量编排进度计划以线上小批量试产时间为起点 综合考虑项目进度 倒排工具选型工作的时间节点 第六章拧紧工具选配 36 工具选配流程 1 模拟选配 数模分析阶段 在数模上为每一个螺纹连接固定点选配工具 确定新车型所有拧紧点可选用的工具的类型和数量 完成 工具初选清单 2 第一轮选配 在研发试制阶段 现场验证 工具初选清单 根据 初版工序 和生产线现有工具情况确定工具共用和增补清单提出 第一轮工具增补 采购清单 第六章拧紧工具选配 37 工具选配流程 3 第二轮选配 在车间试制阶段 根据试制反馈 新版工序 和设计变更 调整和完善工具匹配清单提出 第二轮工具增补 采购清单 4 第三轮选配 在车型生产线小批量期间 根据工艺调整和设计变更 增补少量的工具 提出 第三轮工具增补 采购清单 第六章拧紧工具选配 38 工具选配流程 注意要点在前两轮工具采购后要保证生产线具备小批量生产的条件 80 工具到位 第三轮选配后要保证生产线具备批量生产的条件 工具全部到位 工具到货后要进行力矩标定并与辅具匹配 第六章拧紧工具选配 39 工具的种类和用途 拧紧工具主要分为手动和自动两大类手动工具主要包括 棘轮扳手 开口扳手 快速棘轮扳手 螺丝刀 内六角扳手 定值力矩扳手 开口顶扭扳手 表盘 指针式力矩扳手等自动工具主要包括 气动 气动螺丝刀 枪式 直柄式 弯角式 液压脉冲扳手等电动 电动螺丝刀 电动弯角 电动拧紧机等 第六章拧紧工具选配 40 自动拧紧工具 第六章拧紧工具选配 41 气动螺丝刀 枪式 直柄式 类型 定扭式 打滑式常用力矩 定扭0 2 12 5Nm 打滑0 5 18Nm精度范围 定扭 7 打滑 15 优点 噪音小 重量轻 反作用力小 运转平稳缺点 适用力矩范围小使用场合 内饰件 20Nm以下常用 42 气动螺丝刀 弯角式 类型 90 弯角式 鸭嘴扁头式 开口棘轮式 内嵌套筒式以及专用固定驱动等常用力矩 9 60Nm精度范围 7 优点 空间适应性强缺点 昂贵 反作用力大使用场合 有空间要求处 中小力矩有一定精度要求处 第六章拧紧工具选配 主要部件功能气动马达 将压缩空气的动能变为旋转运动的机械能 离合器 到达力矩后自动断气 力矩调整和力矩设置齿轮组 降速增扭 将气动马达输出的小扭矩的高速旋转运动变为大扭矩的低速旋转运动 第六章拧紧工具选配 44 液压脉冲扳手 常用力矩 50Nm精度范围 15 优点 力矩大 速度快 反作用力小缺点 精度低 液压油要定期维护使用场合 底盘 大扭矩快速拧紧 预紧 第六章拧紧工具选配 第六章拧紧工具选配 46 电动螺丝刀 电动弯角 常用力矩 1 5 12Nm精度范围 3 优点 精度高 运行平稳 无管线制约缺点 反作用力大 维修困难使用场合 内饰件 小力矩 舱内作业 第六章拧紧工具选配 47 集成电路板 控制开关 刀头锁紧机构 正反转控制开关 离合器 电动机 行星齿轮 第六章拧紧工具选配 48 电动拧紧机 主要结构 电动拧紧轴 电缆 电控柜 精度范围 1 以内优点 精度高 可追溯 拧紧质量稳定可靠 可实现多种拧紧方式 多扭矩共用 缺点 价格昂贵 维修困难应用范围 主要用于要求较高的机械装配拧紧过程 第六章拧紧工具选配 49 常见的螺纹拧紧系统 半闭环的控制形式 容易受末端状态的影响导致最终的结果出现偏差对拧紧系统的定期扭矩校核和系统标定 以实现系统偏差的补偿 是十分必要的 附具的种类和用途 附具 是工具向零件传递扭矩的接口 总装工艺通过合理的选择附具的类型 尺寸 实现设计要求 完成拧紧 常用附具主要包括 套筒 接杆 开口头 起子套筒 刀头 一字 十字 TORX 转接头等 第六章拧紧工具选配 套筒类 第六章拧紧工具选配 接杆类 第六章拧紧工具选配 刀头类 第六章拧紧工具选配 55 螺纹联接时紧固力和紧固顺序相当重要 如紧固力与紧固顺序配合不当 表面看起来螺纹其实都以紧固完成 实质上螺纹在经过震动 冲击和交变运动后 很快就会松动 所以在成组螺钉 螺母紧固时 一定按正确的紧固顺序逐次 一般两三次 拧紧螺母 一般第一次紧固力为25 第二次紧固力为50 第三次紧固力为100 下图为各种联接件的紧固顺序 长条形零件 从中间开始向两边紧固 防止零件变形 第七章螺纹联接拧紧工艺顺序 56 2 对称零件 从对角开始紧固 如方形 圆形件 第七章螺纹联接拧紧工艺顺序 57 3 多孔零件的紧固 从中向四周对称发散进行 第七章螺纹联接拧紧工艺顺序 58 扭矩和角度OK 扭矩 角度 扭矩 OK角度 OK 第八章拧紧工作中常见问题 59 扭矩OK 角度过低 扭矩 角度 扭矩 OK角度 过低 扭矩 OK角度 OK 第八章拧紧工作中常见问题 扭矩合格角度过低 这种情况存在的可能性有 重复拧紧螺栓 螺纹损坏 螺纹副中有杂质 漏装胶垫圈或者垫片 相配合的零件材质变硬等 60 扭矩OK 角度过高 扭矩 OK角度 过高 扭矩 OK角度 过低 扭矩 OK角度 OK 扭矩 角度 第八章拧紧工作中常见问题 扭矩合格角度过高 这种情况存在的可能性有 螺牙滑牙 螺栓过度润滑 多装垫片 螺栓材料变化等 61 由于拧紧机是工作于自动拧紧的状态 各方面的因素均混杂在一起 而在运行中出现的一些问题 有时不太好确认到底是不是拧紧机的问题 下面就把日常工作中所遇到的一些问题汇集在一起 大体上分分类 并逐条予以分析 以下的分析是以拧紧机工作正常 显示准确 检验所用的扳手准确为前提 1 人工检测的扭矩值与机器显示值不符这个问题出现的机率最多 可分为两方面来讨论 人工检测的扭矩值大于机器显示值由于当前通常检验扭矩的方法 基本上均采用事后法中的紧固法 前面已经提到 由于各方面的因素 其误差可能在 5 25 之间 即人工检测的扭矩值可能大于机器显示值的 25 尤其是在采用指针式扳手时 除了扳手本身的固有误差外 可能还会混有零点定位误差 操作 第八章拧紧工作中常见问题 人员的视觉误差等 这些都会增大误差值 人工检测的扭矩值小于机器显示值采用紧固法检验 其误差有 5 的可能性 这虽然也是一个方面 但在对于高弹性系数 且拧紧后即行检测的扭矩值 负值误差的机率极少 根据实际经验 出现人工检测的扭矩值小于机器显示值的情况 分别如下 拧紧后时间较长 超过半个小时 尤其是上午拧的下午检验 实践证明 这种情况的检验有可能会低10 左右 工件本身有问题 2 拧紧扭矩值偏大 转角未达到设定值 这个问题基本上都出现在工件 垫片和螺栓上 对于工件 主要是工件的螺纹不好或螺孔内有异物 使螺纹接触面摩擦阻力增大所至 对于垫片 尤其是带有弹簧垫片或带定位点的平垫片对其的影响较大 扭紧靠座后 弹簧垫片 或带定位点的平垫片 可能会随螺栓旋转所产 第八章拧紧工作中常见问题 生的摩擦阻力增大所至 对于螺栓 主要是螺纹不好 还有一点就是螺栓未按规定处理 蘸油 或把本来涂的油清洗掉了也会出现此现象 其它原因 进行了两次拧紧 3 拧紧扭矩值偏小 转角已达到设定值 拧紧扭矩值偏小的问题多半是出在螺栓上 其主要原因是螺栓的质量不好 屈服点较低 当然 从理论上来讲 工件的螺孔攻大 螺栓螺纹直径偏小也会出现这种情况 但在实际生产中 这种情况出现的机率极小 第八章拧紧工作中常见问题 第九章电动拧紧枪的防错方法 1 数量统计防错法在制造业企业中 经常会出现操作者使用单轴电动拧紧枪来拧紧多颗紧固件或使用多轴电动拧紧枪来拧紧多组紧固件的情况 操作者会很容易忘记拧紧一颗 组 或多颗 组 紧固件 造成紧固件拧紧状态不受控 甚至还会引起产品失效 为了预防这种情况的发生 我们可以采用拧紧数量统计的方法来进行防错 采用该方法时 在紧固件拧紧之前需要编辑好生产线的控制程序 PLC程序 让电动拧紧枪和PLC程序能够相互通信 在控制程序中设定好要求的拧紧数量并限制对于同一件产品所允许得到的合格次数不能超过设定的次数 当等待拧紧的工件到达该工位时 PLC程序就会下达允许拧紧的指令给电动拧紧枪 这时候操作者就可以使用电动拧紧枪来对紧固件进行拧紧 当操作者对紧固件进行拧紧时 拧紧力矩每合格一次 组 拧紧枪的控制盒就会发一个 组 合格信号给生产线的PLC程序 PLC程序在接收到合格信号后自动在计数器上计数并可以在工位HMI上把已经拧紧合格的紧固件数量显示出来 见图1 而如果某一次拧紧力矩不合格时 拧紧枪就不会发信号给PLC程序 计数器上的已拧紧合格紧固件数量就不会增加 在实际装配过程中 直到PLC程序得到的合格信号数量达到原先设定的要求才会认为该产品在本工位的拧紧是合格的 才能够释放产品到下一装配工位进行装配 否则PLC程序会认为该工位的紧固件没有完成拧紧而不能让该产品继续正常装配 在拧紧过程中 不论拧紧力矩合格与否 都会在拧紧枪控制盒上显示出拧紧的力矩并在拧紧枪上用相应的指示灯来显示拧紧状态 当下一个产品到达装配工位时计数器自动清零 重新进行计数 65 2 起动力矩防错法 有时候虽然我们使用了数量统计防错法来进行防错 但是由于紧固件的数量过多 操作者在操作过程中会把某一颗或多颗紧固件重复拧紧 从而出现计数器上的合格次数足够 但还是有部分紧固件没有得到拧紧的情况 在这种情况下 我们就可以在数量统计防错法的基础上增加起动力矩监控的方法来进行防错 众所周知 当紧固件被拧紧后 如果重新施加外力到该紧固件上 紧固件并不是在外力施加开始时就开始转动 而是需要等到施加的外力达到一定的程度以后才会重新开始转动 这样我们就可以在编制电动拧紧枪的拧紧程序时预先设定一个用于监控的起动力矩 该起动力矩小于把紧固件重新拧动时的力矩 当操作者使用电动拧紧枪来拧紧紧固件时 拧紧枪程序会自动监控拧紧的力矩 如果拧紧力矩已经达到原先设定的起动力矩而紧固件还是没有开始转动时 则程序会认为该紧固件已经拧紧过 电动拧紧枪停止转动 计数器不进行计数 否则就可以按照正常操作进行拧紧和计数 但是该方法不适用于附带有比较厚的软垫片的紧固件 因为这种紧固方式的起动力矩比较小 很容易出现判断错误的情况 第九章电动拧紧枪的防错方法 66 1 扭矩控制 角度监控法扭矩控制 转角监控法就是在将螺栓拧紧到目标扭矩停止的过程中监控从一定扭矩开始到目标扭矩所转过的角度 在拧紧的过程中 扭矩和角度必须同时落在所设定的范围中拧紧结果才算合格 这种控制方法存在两种不合格报警情况 1 扭矩合格角度过低 这种情况存在的可能性有 重复拧紧螺栓 螺纹损坏 螺纹副中有杂质 漏装胶垫圈或者垫片 相配合的零件材质变硬等 2 扭矩合格角度过高 这种情况存在的可能性有 螺牙滑牙 螺栓过度润滑 多装垫片 螺栓材料变化等 在具体的生产中 需要经过大量的试验数据设置合理的角度监控范围 避免造成不必要的返修但又可以在现场及时发现质量问题并报警 2 预拧紧阶段角度控制 扭矩监控法角度控制 扭矩监控法就是将螺栓控制转过一定的角度 在这个角度窗口内监控扭矩的变化范围 经过大量试验数据显示 大多数拧紧滑牙的情况在螺栓拧紧还未到达贴合面时已经有异常 滑牙的拧紧曲线在还未达到贴合面的拧紧阶段扭矩跳动较大 最大值达到10Nm 而合格的拧紧曲线很平稳 总是在0Nm上下波动 由以上经验总结 对于比较长的螺栓 在预拧紧阶段可以通过角度控制 扭矩监控的防错方法 系统控制在设定的角度窗口内 一旦扭矩超出上限值设备立即停止 这样可以防止螺栓滑牙后继续拧紧 由此造成螺纹孔损坏返修工作复杂 需要强调的是这种办法只能用于自动拧紧工位 因为预拧紧阶段转过的角度与操作工扣动扳机后将套筒放入螺栓的时间关系很大 人为原因不利于进行参数的设置 3 扭矩控制 角度监控法 第九章电动拧紧枪的防错方法 67 4 拧紧曲线防错法对于带有密封圈或软垫片的紧固件 我们可以使用拧紧曲线防错法来防止操作者忘记安装这些密封件 该方法利用紧固件的拧紧曲线来判别是否忘记安装密封件 在紧固件的整个拧紧过程中 拧紧力矩从零到目标力矩的过程中 紧固件的力矩是逐渐增大的 通过拧紧程序对整个过程的监控和记录 可以收集到拧紧过程的力矩变化曲线 即拧紧曲线 如果安装有密封圈或软垫片 拧紧力矩上升会比较缓慢 需要较长的时间才能达到目标力矩 而如果没有安装有密封圈或软垫片 则拧紧曲线会比较陡 拧紧力矩很快就会达到目标力矩 我们可以在电动拧紧枪的拧紧程序中预先设定好拧紧曲线的合格范围 当操作者使用电动拧紧枪来拧紧紧固件时 电动拧紧枪收集并记录拧紧曲线 并和原先设定好的拧紧曲线进行对比 用来判断是否安装有密封件 5 传感器防错法a 对于附带有比较厚的硬垫片的紧固件 我们可以使用对射式光栅传感器 包括发送器及接受器 来防止操作者忘记安装垫片 传感器防错法是通过检查紧固件拧紧后的高度来确认垫片是否存在 垫片需要达到一定的厚度 厚度一般要不小于2mm 该方法一般使用在自动拧紧机上 b 对于比较硬的螺纹连接 采用扭矩控制 角度监控的方法进行防重复拧紧并不是很理想 很难找到平衡点来避免设备误判 因此可以采用外置位置传感器对拧紧设备进行控制 下面就飞轮螺栓的拧紧系统为例作一简单介绍 考虑到成本原因 对于六颗螺栓的飞轮连接采用三轴手动电动拧紧设备进行拧紧 设备有两个拧紧位置 如图虚线三角连接的三颗螺栓为第一个位置 实线三角连接的三颗螺栓为第二个位置 拧紧设备通过串口或以太网或总线的形式和生产线的PLC进行通信 同时增加两个位置传感器作为拧紧启动的开关 PLC通过控制传感器的开关顺序来控制两组螺栓的拧紧顺序 当操作人员获取的拧紧位置不正确时拧紧工具不能运转 同时如果其中一个位置的螺栓已经拧紧 PLC通过传感器的信号锁定此位置 保证拧紧设备在此位置不能再次运转 避免了螺栓的重复拧紧 这种方法适用于所有类似飞轮的法兰连接和两轴拧紧多组不同位置螺栓的连接 如连杆螺母 缸盖螺栓等场合 第九章电动拧紧枪的防错方法 68 6 电动拧紧工具的可追溯反馈防错为了满足有安全和关键性要求的应用工位或对精度要求特别高的拧紧工位 电动拧紧工具可通过控制器收集拧紧数据 通过网络将程序收集在服务器内进行计算分析 自动计算出工具的Cp和Cpk值 使得技术人员可以实时得到拧紧工具的扭矩分布趋势 便于提前预知质量问题 发现工具的不稳定因素 提早对设备进行标定 做到零故障装配反馈 第九章电动拧紧枪的防错方法 69 70 此课件下载可自行编辑修改 供参考 感谢您的支持 我们努力做得更好 71