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1、扭矩知識介紹 1 目錄 第一章擰緊基本術(shù)語與原理第二章螺栓的連接方式第三章螺栓連接擰緊過程簡單介紹第四章扭矩的控制方法第五章扭矩檢查方法第六章擰緊工具的簡介及選配第七章擰緊的順序第八章擰緊工作中常見問題第九章扭矩的防錯 2 第一章擰緊基本術(shù)語與原理 擰緊實(shí)際上就是要使兩被連接體間具備足夠的壓緊力 反映到被擰緊的螺栓上就是它的軸向預(yù)緊力 即軸向拉應(yīng)力 扭矩施加于軸圓周上使軸轉(zhuǎn)動并產(chǎn)生扭曲形變等的扭轉(zhuǎn)力偶或力矩 動態(tài)扭矩是自動擰緊工具在擰緊過程最終或扭轉(zhuǎn)過程所得到的扭矩值 也就是在安裝時(shí)用在線式扭矩傳感器測量的值 靜態(tài)扭矩用手動擰緊工具對已擰緊的螺栓加一個(gè)順螺栓擰緊方向逐漸增大的扭矩 直至螺栓再一

2、次產(chǎn)生擰緊運(yùn)動的瞬間 記錄下的剛產(chǎn)生運(yùn)動時(shí)的扭矩值 該扭矩值即為靜態(tài)扭矩 標(biāo)定用扭矩標(biāo)定儀 扭矩傳感器和角度編碼器 串接于電動擰緊槍之中 跟蹤電動擰緊槍在螺紋連接件上進(jìn)行擰緊的過程 從而確認(rèn)其擰緊扭矩和擰緊角度在其規(guī)定范圍內(nèi)的一種方法 3 2020年1月25日 6 11 擰緊原理 預(yù)緊力 螺栓拉伸 螺栓插入被連接件 利用螺母或內(nèi)螺紋擰緊使螺栓拉伸變形 這種彈性變形產(chǎn)生了軸向的拉力 將被夾零件擠壓在了一起 稱為預(yù)緊力 理論上 只要產(chǎn)生了足夠的夾緊力 完全可以保證被夾零件在震動 高低溫等惡劣環(huán)境下安全工作 而不必使用涂膠等輔助方法 扭矩 擰緊原理 第一章擰緊基本術(shù)語與原理 4 張力 張力 螺栓連接

3、件中的力 夾緊力 剪切力 剪切力 抗張力 抗張力 第一章擰緊基本術(shù)語與原理 5 15 2008 07 16 The50 40 10規(guī)則 扭矩 100 夾緊力10 螺栓頭下摩擦力50 螺紋副中摩擦力40 90 的扭矩用于克服摩擦力 施加的扭矩并不象夾緊力那么簡單 90 的扭矩被摩擦力消耗 只有10 的扭矩轉(zhuǎn)化為夾緊力 扭矩 M 力 F 力臂 L 第一章擰緊基本術(shù)語與原理 6 10 螺栓頭下摩擦力45 5 16 2008 07 16 夾緊力與摩擦力的關(guān)系與影響 螺栓頭下摩擦力50 螺紋副中摩擦力40 螺栓頭下摩擦力50 螺紋副中摩擦力40 夾緊力15 在螺栓頭下加潤滑油 螺紋副中有雜質(zhì) 螺紋副中摩

4、擦力45 通常的情況 第一章擰緊基本術(shù)語與原理 7 影響夾緊力的因素 摩擦 擰緊精度 夾緊力過低或過高 表面粗糙與潤滑狀態(tài) 螺絲質(zhì)量差 材料不合適 工具不準(zhǔn)確或不相配 螺絲質(zhì)量差 錯誤的工件 設(shè)計(jì)缺陷 材料配對不合適 擰緊方法錯誤 膨脹系數(shù)不同 螺栓接合尺寸錯誤 第一章擰緊基本術(shù)語與原理 19 2008 07 16 螺栓標(biāo)識系統(tǒng) 1 8 8第一個(gè)數(shù) 表示公稱抗拉強(qiáng)度的1 100 即最大抗張應(yīng)力N mm2 100 8 800N mm2第二個(gè)數(shù) 表示公稱屈服強(qiáng)度與公稱抗拉強(qiáng)度比值的關(guān)系 即屈強(qiáng)比 0 8 80 兩數(shù)相乘得出其屈服強(qiáng)度 800 0 8 640N mm22 BUFO 表示生產(chǎn)商3 M

5、表示公制螺紋 第一章擰緊基本術(shù)語與原理 9 扭矩 角度 貼合點(diǎn) 扭矩 角度 貼合點(diǎn) 硬連接 30度 軟連接 720度 30度 720度 第二章螺栓連接的方式 10 彈性松弛會影響夾緊力 材料彈性松弛會使夾緊力衰減 Time 第二章螺栓連接的方式 11 22 2008 07 16 牛米 扭矩衰減 工具斷開 衰減 時(shí)間 扭矩衰減 擰緊工作完畢后發(fā)生在緊固件上的扭矩降低現(xiàn)象即為扭矩衰減 衰減后的扭矩低于目標(biāo)值但較為穩(wěn)定 一般在擰緊操作完成后的30ms內(nèi)會完成60 以上的扭矩衰減 對于任何連接 隨著時(shí)間的推移 都會有一定程度的扭矩衰減 一般發(fā)生在以下兩種情況中 1 粗糙的表面配合時(shí)造成的衰減 2 軟連

6、接中的扭矩衰減 第二章螺栓連接的方式 12 裝配手測 動態(tài) 靜態(tài) 102 6112102 6110101 4111101 2110102 4113100 9109102 1110102 4111101 0113101 8112101 84111 10 671 42 014 1 均值標(biāo)準(zhǔn)偏差 Sigma 3Sigma 硬連接 數(shù)據(jù)分析 靜態(tài)扭矩高于動態(tài)扭矩 13 均值標(biāo)準(zhǔn)偏差 Sigma 3Sigma 裝配手測 動態(tài) 靜態(tài) 100 288100 584100 792100 386100 490100 888100 586100 285100 284100 484100 4286 70 212 8

7、0 638 3 軟連接 數(shù)據(jù)分析 靜態(tài)扭矩低于動態(tài)扭矩 14 小結(jié) 通過以上硬連接與軟連接的比較 同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場情況 總結(jié)如下 1 在完全相同的擰緊狀態(tài)下 硬連接與軟連接所得到的最終扭矩是不同的 完全相同是指同樣的擰緊工具 以同樣的轉(zhuǎn)速 保持同樣的穩(wěn)定時(shí)間 2 同一種連接方式 在擰緊工具的轉(zhuǎn)速 保持時(shí)間不同的情況下 得到的最終擰緊力也是不同的 3 因?yàn)殪o態(tài)扭矩檢測需要考慮進(jìn)人為的因素進(jìn)去 同時(shí)因?yàn)殪o態(tài)扭矩受摩擦力的影響非常大 而摩擦力的變化又是非常離散的 因此靜態(tài)檢測值會更離散一些 4 同時(shí) 對于某些角度擰緊的連接 靜態(tài)檢測只能檢測其扭矩是否過低 而無法精確控制扭矩值 第二章螺栓連接的方式 15

8、 擰緊角度值 o 扭矩 Nm 預(yù)擰緊 開始夾緊 夾緊形成 最終擰緊 第三章螺栓連接擰緊過程簡介 最終扭矩和角度值必須落在這一區(qū)域 擰緊過程的可接受范圍 16 多階段擰緊 扭矩 Nm 角度 拆卸后再擰緊方法 為了減少應(yīng)力影響 第四章扭矩的控制方法 根據(jù)拉伸 屈服極限的關(guān)系圖 常用的扭矩控制方法有五種 1 扭矩控制法 T 2 扭矩 轉(zhuǎn)角控制法 TA 3 屈服點(diǎn)控制法 TG 4 質(zhì)量保證法 QA 5 扭矩斜率法 19 扭矩控制法擰緊螺栓至設(shè)定的扭矩后 擰緊控制機(jī)構(gòu)停止動作 其優(yōu)點(diǎn)是較為簡便 而且扭矩容易復(fù)驗(yàn) 影響扭矩法精度的最大因素不是控制系統(tǒng)本身的精度 主要是由于螺栓的材質(zhì) 加工精度 潤滑狀態(tài) 擰

9、緊速度等的不同 從而影響螺紋表面之間 螺母承壓面等各個(gè)螺紋聯(lián)接處的摩擦系數(shù)的變化 在實(shí)際應(yīng)用中 摩擦力的離散狀態(tài)非常嚴(yán)重 所以預(yù)緊力的離散值往往可以達(dá)到 20 30 為了保證一定的預(yù)緊力 在用扭矩法控制的螺紋聯(lián)接中往往采用較高的設(shè)計(jì)余量 以此彌補(bǔ)扭矩控制帶來的偏差 目前大多數(shù)非關(guān)鍵部位的螺紋聯(lián)接仍使用扭矩法 4 1扭矩控制法 扭矩控制 轉(zhuǎn)角監(jiān)控法 在采用扭矩控制的同時(shí) 用緊固轉(zhuǎn)角 作為指標(biāo)對預(yù)緊力進(jìn)行監(jiān)控的控制方法 20 N扭矩 舉例 設(shè)定轉(zhuǎn)角控制的起始點(diǎn) 從起始點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)角 同時(shí)記錄扭矩 4 2扭矩 轉(zhuǎn)角控制法 扭矩 轉(zhuǎn)角控制法扭矩 轉(zhuǎn)角控制法是在扭矩控制法上發(fā)展起來的 應(yīng)用這種方法 首先是把

10、螺栓擰到一個(gè)不大的扭矩后 再從此點(diǎn)始 擰一個(gè)規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法 它是基于的一定轉(zhuǎn)角 使螺栓產(chǎn)生一定的軸向伸長及連接件被壓縮 其結(jié)果產(chǎn)生一定的螺栓軸向預(yù)緊力的關(guān)系 應(yīng)用這種方法擰緊時(shí) 設(shè)置初始扭矩 Ts 的目的是在于把螺栓或螺母擰到緊密接觸面上 并克服開始時(shí)的一些如表面凸凹不平等不均勻因素 而螺栓軸向預(yù)緊力主要是在后面的轉(zhuǎn)角中獲得的 從圖5中可見 摩擦阻力 圖中以摩擦系數(shù)表示的 的不同僅影響測量轉(zhuǎn)角的起點(diǎn) 并將其影響延續(xù)到最后 而在計(jì)算轉(zhuǎn)角之后 摩擦阻力對其的影響已不復(fù)存在 故其對螺栓軸向預(yù)緊力影響不大 因此 其精度比單純的擰矩法高 從圖5可見 扭矩 轉(zhuǎn)角控制法對螺栓軸向預(yù)緊力精度影響最大的是

11、測量轉(zhuǎn)角的起點(diǎn) 即圖中TS所對應(yīng)的S1 或S2 點(diǎn) 因此 為了獲得較高的擰緊精度 應(yīng)注意對S點(diǎn)的研究 4 2扭矩 轉(zhuǎn)角控制法 扭矩 轉(zhuǎn)角控制法與扭矩控制法最大的不同在于 扭矩控制法通常將最大螺栓軸向預(yù)緊力限定在螺栓彈性極限的90 處 即圖6中Y點(diǎn)處 而扭矩 轉(zhuǎn)角控制法一般以Y M區(qū)為標(biāo)準(zhǔn) 最理想的是控制在屈服點(diǎn)偏后 扭矩 轉(zhuǎn)角控制法螺栓軸向預(yù)緊力的精度是非常高的 通過圖6即可看出 同樣的轉(zhuǎn)角誤差在其朔性區(qū)的螺栓軸向預(yù)緊力誤差 F2比彈性區(qū)的螺栓軸向預(yù)緊力誤差 F1要小得多 應(yīng)用轉(zhuǎn)角法 螺栓的負(fù)荷可以在它的彈性變形范圍內(nèi) 也可以進(jìn)入塑性變形范圍 大多數(shù)廠家用轉(zhuǎn)角法一般在塑性區(qū) 如果螺栓要進(jìn)入塑性

12、變形范圍 一定要進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)或檢測 優(yōu)點(diǎn) 受摩擦系數(shù)影響較小 可得到比較高的預(yù)緊力且預(yù)緊力的離散度較小 缺點(diǎn) 需要做大量的實(shí)驗(yàn)和分析工作 而且?guī)缀鯚o法復(fù)驗(yàn) 如果用扭力扳手來復(fù)驗(yàn)的話 預(yù)緊力可能會超過原先的設(shè)定值 4 2扭矩 轉(zhuǎn)角控制法 屈服點(diǎn)控制法屈服點(diǎn)控制法是把螺栓擰緊至屈服點(diǎn)后 停止擰緊的一種方法 它是利用材料屈服的現(xiàn)象而發(fā)展起來的一種高精度的擰緊方法 這種控制方法 是通過對擰緊的扭矩 轉(zhuǎn)角曲線斜率的連續(xù)計(jì)算和判斷來確定屈服點(diǎn)的 螺栓在擰緊的過程中 其扭矩 轉(zhuǎn)角的變化曲線見圖7 真正的擰緊開始時(shí) 斜率上升很快 之后經(jīng)過簡短的變緩后而保持恒定 a b區(qū)間 過b點(diǎn)后 其斜率經(jīng)簡短的緩慢下降后

13、 又快速下降 當(dāng)率下降一定值時(shí) 一般定義 當(dāng)其斜率下到最大值的二分之一時(shí) 說明已達(dá)到屈服點(diǎn) 即圖7中的Q點(diǎn) 立即發(fā)出停止擰緊信號 4 3屈服點(diǎn)控制法 屈服點(diǎn)法利用了材料從彈性變形區(qū)向塑性變形區(qū)過渡時(shí)的特性 但是屈服點(diǎn)法同樣要進(jìn)行嚴(yán)格的試驗(yàn)或檢測 以防螺栓和螺紋損壞或斷裂 在屈服點(diǎn)控制法中 預(yù)緊力的大小主要取決于緊固件的屈服強(qiáng)度 因此能得到較大的預(yù)緊力 預(yù)緊力的離散度也較小 而且預(yù)緊力不受摩擦系數(shù)變化的影響 屈服點(diǎn)控制法要求對零件表面進(jìn)行嚴(yán)格的處理 任何打滑和阻滯現(xiàn)象都會使扭矩 轉(zhuǎn)角曲線偏離正常的范圍從而使控制系統(tǒng)發(fā)出錯誤警告 此外對螺栓的要求也非常高 緊固必須是專門為屈服點(diǎn)擰緊設(shè)計(jì)的螺栓能達(dá)到

14、塑性延伸螺紋摩擦必須明顯小于頭部下方的摩擦螺栓頭和螺紋的材料不允許變形 4 3屈服點(diǎn)控制法 質(zhì)量保證法質(zhì)量保證法是通過測量螺栓的伸長量來確定是否達(dá)到屈服點(diǎn)的一種控制方法 雖然每一個(gè)螺栓的屈服強(qiáng)度不一致 也會給擰緊帶來誤差 但其誤差一般都非常小 在螺栓伸長法中所采取的測量螺栓伸長量的方法 一般是用超聲波測量 超聲波的回聲頻率隨螺栓的伸長而加大 所以 一定的回聲頻率就代表了一定的伸長量 圖11就是螺栓伸長法的原理 由于螺栓在擰緊和擰松時(shí) 用超聲儀所測得的回聲頻率隨螺栓的擰緊 伸長 和擰松 減小伸長量 而發(fā)生變化的曲線并不重合 同一螺栓軸向預(yù)緊力的上升頻率低于下降頻率 這樣 在用來測量螺栓的屈服點(diǎn)時(shí)

15、應(yīng)予以注意 該法已在日本的生產(chǎn)中得到應(yīng)用 4 4質(zhì)量保證法 4 5扭矩斜率法 扭矩斜率法扭矩斜率法是以扭矩 轉(zhuǎn)角曲線中的扭矩斜率值的變化作為指標(biāo)對初始預(yù)緊力進(jìn)行控制的一種方法 該擰緊方法通常把螺栓的屈服緊固軸力作為控制初始預(yù)緊力的目標(biāo)值 該擰緊方法一般在螺栓初始預(yù)緊力離散度要求較小并且可最大限度地利用螺栓強(qiáng)度的情況下使用 但是由于該擰緊方法對初始預(yù)緊力的控制與塑性區(qū)的轉(zhuǎn)角法基本相同 所以 需要對螺栓的屈服點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的控制 該擰緊方法與塑性區(qū)的轉(zhuǎn)角法相比 螺栓的塑性即反復(fù)使用等方面出現(xiàn)的問題較少 有一定的優(yōu)勢 但是 緊固工具比較復(fù)雜 也比較昂貴 27 第五章扭矩檢查方法 5 1過程法 動態(tài)扭矩監(jiān)

16、控 1 固定傳感器法 用于檢測的扭矩傳感器是固定在擰緊工具的輸出軸上 對動態(tài)扭矩時(shí)時(shí)監(jiān)控 2 直接法 在需要檢測時(shí) 把用于檢測的扭矩傳感器直接串接于板頭與被擰緊的螺栓之間 擰緊時(shí)可以直接讀出讀數(shù) 28 第五章扭矩檢查方法 5 2事后法 靜態(tài)扭矩審核 1 松開法 將擰緊的螺栓用扭矩扳手松開 讀出松開時(shí)的瞬時(shí)值 2 緊固法 即對已經(jīng)擰緊的螺栓用扭矩扳手沿螺栓的擰緊方向再施加一個(gè)逐漸增大的扭矩 直至螺栓再一次產(chǎn)生擰緊運(yùn)動 讀出此時(shí)的瞬時(shí)值 現(xiàn)在生產(chǎn)現(xiàn)場多使用此種方法 角度越小越好 一般在10 左右 3 標(biāo)記法 即對已經(jīng)擰緊螺栓的擰緊位置做一個(gè)標(biāo)記 將螺栓擰松之后再擰緊到原來位置時(shí)的扭矩值 29 使用

17、測力扳手時(shí)可能會出現(xiàn)的問題 只能檢查扭矩是否太低不能檢查角度控制的扭矩值同時(shí)受靜態(tài)摩擦力影響操作者使用不便 生產(chǎn)效率低 人機(jī)工程問題 必須定期校準(zhǔn)測力扳手的誤差大 第五章扭矩檢查方法 工具選型概述 工具選型 在新產(chǎn)品前期分析階段和生產(chǎn)準(zhǔn)備階段 通過前期策劃和現(xiàn)場驗(yàn)證為新車型選配和增補(bǔ)裝配工具的工作 工作時(shí)間 數(shù)模凍結(jié)之后 車型量產(chǎn)之前 第六章擰緊工具選配 31 工具選型要考慮的因素 宏觀因素產(chǎn)能節(jié)拍車型定位生產(chǎn)線現(xiàn)狀采購費(fèi)用到貨周期維護(hù)保養(yǎng)的便易性其它 第六章擰緊工具選配 32 工具選型要考慮的因素 技術(shù)細(xì)節(jié)力矩要求精度要求操作空間工作效率勞動強(qiáng)度生產(chǎn)管理 第六章擰緊工具選配 33 最理想的目

18、標(biāo) 廣義的工具費(fèi)用 還包括 效率 維護(hù) 壽命 產(chǎn)品質(zhì)量效果 使用培訓(xùn) 甚至企業(yè)宣傳 第六章擰緊工具選配 34 工具選型的流程 工具選型主要包括以下過程 第六章擰緊工具選配 前期準(zhǔn)備 整理 檢查輸入的技術(shù)資料一致性 完整性 正確性明確工具的選配原則工具檔次 類型 大致數(shù)量編排進(jìn)度計(jì)劃以線上小批量試產(chǎn)時(shí)間為起點(diǎn) 綜合考慮項(xiàng)目進(jìn)度 倒排工具選型工作的時(shí)間節(jié)點(diǎn) 第六章擰緊工具選配 36 工具選配流程 1 模擬選配 數(shù)模分析階段 在數(shù)模上為每一個(gè)螺紋連接固定點(diǎn)選配工具 確定新車型所有擰緊點(diǎn)可選用的工具的類型和數(shù)量 完成 工具初選清單 2 第一輪選配 在研發(fā)試制階段 現(xiàn)場驗(yàn)證 工具初選清單 根據(jù) 初版工序

19、 和生產(chǎn)線現(xiàn)有工具情況確定工具共用和增補(bǔ)清單提出 第一輪工具增補(bǔ) 采購清單 第六章擰緊工具選配 37 工具選配流程 3 第二輪選配 在車間試制階段 根據(jù)試制反饋 新版工序 和設(shè)計(jì)變更 調(diào)整和完善工具匹配清單提出 第二輪工具增補(bǔ) 采購清單 4 第三輪選配 在車型生產(chǎn)線小批量期間 根據(jù)工藝調(diào)整和設(shè)計(jì)變更 增補(bǔ)少量的工具 提出 第三輪工具增補(bǔ) 采購清單 第六章擰緊工具選配 38 工具選配流程 注意要點(diǎn)在前兩輪工具采購后要保證生產(chǎn)線具備小批量生產(chǎn)的條件 80 工具到位 第三輪選配后要保證生產(chǎn)線具備批量生產(chǎn)的條件 工具全部到位 工具到貨后要進(jìn)行力矩標(biāo)定并與輔具匹配 第六章擰緊工具選配 39 工具的種類和

20、用途 擰緊工具主要分為手動和自動兩大類手動工具主要包括 棘輪扳手 開口扳手 快速棘輪扳手 螺絲刀 內(nèi)六角扳手 定值力矩扳手 開口頂扭扳手 表盤 指針式力矩扳手等自動工具主要包括 氣動 氣動螺絲刀 槍式 直柄式 彎角式 液壓脈沖扳手等電動 電動螺絲刀 電動彎角 電動擰緊機(jī)等 第六章擰緊工具選配 40 自動擰緊工具 第六章擰緊工具選配 41 氣動螺絲刀 槍式 直柄式 類型 定扭式 打滑式常用力矩 定扭0 2 12 5Nm 打滑0 5 18Nm精度范圍 定扭 7 打滑 15 優(yōu)點(diǎn) 噪音小 重量輕 反作用力小 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)缺點(diǎn) 適用力矩范圍小使用場合 內(nèi)飾件 20Nm以下常用 42 氣動螺絲刀 彎角式 類

21、型 90 彎角式 鴨嘴扁頭式 開口棘輪式 內(nèi)嵌套筒式以及專用固定驅(qū)動等常用力矩 9 60Nm精度范圍 7 優(yōu)點(diǎn) 空間適應(yīng)性強(qiáng)缺點(diǎn) 昂貴 反作用力大使用場合 有空間要求處 中小力矩有一定精度要求處 第六章擰緊工具選配 主要部件功能氣動馬達(dá) 將壓縮空氣的動能變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)械能 離合器 到達(dá)力矩后自動斷氣 力矩調(diào)整和力矩設(shè)置齒輪組 降速增扭 將氣動馬達(dá)輸出的小扭矩的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)榇笈ぞ氐牡退傩D(zhuǎn)運(yùn)動 第六章擰緊工具選配 44 液壓脈沖扳手 常用力矩 50Nm精度范圍 15 優(yōu)點(diǎn) 力矩大 速度快 反作用力小缺點(diǎn) 精度低 液壓油要定期維護(hù)使用場合 底盤 大扭矩快速擰緊 預(yù)緊 第六章擰緊工具選配 第六

22、章擰緊工具選配 46 電動螺絲刀 電動彎角 常用力矩 1 5 12Nm精度范圍 3 優(yōu)點(diǎn) 精度高 運(yùn)行平穩(wěn) 無管線制約缺點(diǎn) 反作用力大 維修困難使用場合 內(nèi)飾件 小力矩 艙內(nèi)作業(yè) 第六章擰緊工具選配 47 集成電路板 控制開關(guān) 刀頭鎖緊機(jī)構(gòu) 正反轉(zhuǎn)控制開關(guān) 離合器 電動機(jī) 行星齒輪 第六章擰緊工具選配 48 電動擰緊機(jī) 主要結(jié)構(gòu) 電動擰緊軸 電纜 電控柜 精度范圍 1 以內(nèi)優(yōu)點(diǎn) 精度高 可追溯 擰緊質(zhì)量穩(wěn)定可靠 可實(shí)現(xiàn)多種擰緊方式 多扭矩共用 缺點(diǎn) 價(jià)格昂貴 維修困難應(yīng)用范圍 主要用于要求較高的機(jī)械裝配擰緊過程 第六章擰緊工具選配 49 常見的螺紋擰緊系統(tǒng) 半閉環(huán)的控制形式 容易受末端狀態(tài)的影

23、響導(dǎo)致最終的結(jié)果出現(xiàn)偏差對擰緊系統(tǒng)的定期扭矩校核和系統(tǒng)標(biāo)定 以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)偏差的補(bǔ)償 是十分必要的 附具的種類和用途 附具 是工具向零件傳遞扭矩的接口 總裝工藝通過合理的選擇附具的類型 尺寸 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求 完成擰緊 常用附具主要包括 套筒 接桿 開口頭 起子套筒 刀頭 一字 十字 TORX 轉(zhuǎn)接頭等 第六章擰緊工具選配 套筒類 第六章擰緊工具選配 接桿類 第六章擰緊工具選配 刀頭類 第六章擰緊工具選配 55 螺紋聯(lián)接時(shí)緊固力和緊固順序相當(dāng)重要 如緊固力與緊固順序配合不當(dāng) 表面看起來螺紋其實(shí)都以緊固完成 實(shí)質(zhì)上螺紋在經(jīng)過震動 沖擊和交變運(yùn)動后 很快就會松動 所以在成組螺釘 螺母緊固時(shí) 一定按正確的緊

24、固順序逐次 一般兩三次 擰緊螺母 一般第一次緊固力為25 第二次緊固力為50 第三次緊固力為100 下圖為各種聯(lián)接件的緊固順序 長條形零件 從中間開始向兩邊緊固 防止零件變形 第七章螺紋聯(lián)接擰緊工藝順序 56 2 對稱零件 從對角開始緊固 如方形 圓形件 第七章螺紋聯(lián)接擰緊工藝順序 57 3 多孔零件的緊固 從中向四周對稱發(fā)散進(jìn)行 第七章螺紋聯(lián)接擰緊工藝順序 58 扭矩和角度OK 扭矩 角度 扭矩 OK角度 OK 第八章擰緊工作中常見問題 59 扭矩OK 角度過低 扭矩 角度 扭矩 OK角度 過低 扭矩 OK角度 OK 第八章擰緊工作中常見問題 扭矩合格角度過低 這種情況存在的可能性有 重復(fù)擰

25、緊螺栓 螺紋損壞 螺紋副中有雜質(zhì) 漏裝膠墊圈或者墊片 相配合的零件材質(zhì)變硬等 60 扭矩OK 角度過高 扭矩 OK角度 過高 扭矩 OK角度 過低 扭矩 OK角度 OK 扭矩 角度 第八章擰緊工作中常見問題 扭矩合格角度過高 這種情況存在的可能性有 螺牙滑牙 螺栓過度潤滑 多裝墊片 螺栓材料變化等 61 由于擰緊機(jī)是工作于自動擰緊的狀態(tài) 各方面的因素均混雜在一起 而在運(yùn)行中出現(xiàn)的一些問題 有時(shí)不太好確認(rèn)到底是不是擰緊機(jī)的問題 下面就把日常工作中所遇到的一些問題匯集在一起 大體上分分類 并逐條予以分析 以下的分析是以擰緊機(jī)工作正常 顯示準(zhǔn)確 檢驗(yàn)所用的扳手準(zhǔn)確為前提 1 人工檢測的扭矩值與機(jī)器顯

26、示值不符這個(gè)問題出現(xiàn)的機(jī)率最多 可分為兩方面來討論 人工檢測的扭矩值大于機(jī)器顯示值由于當(dāng)前通常檢驗(yàn)扭矩的方法 基本上均采用事后法中的緊固法 前面已經(jīng)提到 由于各方面的因素 其誤差可能在 5 25 之間 即人工檢測的扭矩值可能大于機(jī)器顯示值的 25 尤其是在采用指針式扳手時(shí) 除了扳手本身的固有誤差外 可能還會混有零點(diǎn)定位誤差 操作 第八章擰緊工作中常見問題 人員的視覺誤差等 這些都會增大誤差值 人工檢測的扭矩值小于機(jī)器顯示值采用緊固法檢驗(yàn) 其誤差有 5 的可能性 這雖然也是一個(gè)方面 但在對于高彈性系數(shù) 且擰緊后即行檢測的扭矩值 負(fù)值誤差的機(jī)率極少 根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 出現(xiàn)人工檢測的扭矩值小于機(jī)器顯示值

27、的情況 分別如下 擰緊后時(shí)間較長 超過半個(gè)小時(shí) 尤其是上午擰的下午檢驗(yàn) 實(shí)踐證明 這種情況的檢驗(yàn)有可能會低10 左右 工件本身有問題 2 擰緊扭矩值偏大 轉(zhuǎn)角未達(dá)到設(shè)定值 這個(gè)問題基本上都出現(xiàn)在工件 墊片和螺栓上 對于工件 主要是工件的螺紋不好或螺孔內(nèi)有異物 使螺紋接觸面摩擦阻力增大所至 對于墊片 尤其是帶有彈簧墊片或帶定位點(diǎn)的平墊片對其的影響較大 扭緊靠座后 彈簧墊片 或帶定位點(diǎn)的平墊片 可能會隨螺栓旋轉(zhuǎn)所產(chǎn) 第八章擰緊工作中常見問題 生的摩擦阻力增大所至 對于螺栓 主要是螺紋不好 還有一點(diǎn)就是螺栓未按規(guī)定處理 蘸油 或把本來涂的油清洗掉了也會出現(xiàn)此現(xiàn)象 其它原因 進(jìn)行了兩次擰緊 3 擰緊扭

28、矩值偏小 轉(zhuǎn)角已達(dá)到設(shè)定值 擰緊扭矩值偏小的問題多半是出在螺栓上 其主要原因是螺栓的質(zhì)量不好 屈服點(diǎn)較低 當(dāng)然 從理論上來講 工件的螺孔攻大 螺栓螺紋直徑偏小也會出現(xiàn)這種情況 但在實(shí)際生產(chǎn)中 這種情況出現(xiàn)的機(jī)率極小 第八章擰緊工作中常見問題 第九章電動擰緊槍的防錯方法 1 數(shù)量統(tǒng)計(jì)防錯法在制造業(yè)企業(yè)中 經(jīng)常會出現(xiàn)操作者使用單軸電動擰緊槍來擰緊多顆緊固件或使用多軸電動擰緊槍來擰緊多組緊固件的情況 操作者會很容易忘記擰緊一顆 組 或多顆 組 緊固件 造成緊固件擰緊狀態(tài)不受控 甚至還會引起產(chǎn)品失效 為了預(yù)防這種情況的發(fā)生 我們可以采用擰緊數(shù)量統(tǒng)計(jì)的方法來進(jìn)行防錯 采用該方法時(shí) 在緊固件擰緊之前需要編

29、輯好生產(chǎn)線的控制程序 PLC程序 讓電動擰緊槍和PLC程序能夠相互通信 在控制程序中設(shè)定好要求的擰緊數(shù)量并限制對于同一件產(chǎn)品所允許得到的合格次數(shù)不能超過設(shè)定的次數(shù) 當(dāng)?shù)却龜Q緊的工件到達(dá)該工位時(shí) PLC程序就會下達(dá)允許擰緊的指令給電動擰緊槍 這時(shí)候操作者就可以使用電動擰緊槍來對緊固件進(jìn)行擰緊 當(dāng)操作者對緊固件進(jìn)行擰緊時(shí) 擰緊力矩每合格一次 組 擰緊槍的控制盒就會發(fā)一個(gè) 組 合格信號給生產(chǎn)線的PLC程序 PLC程序在接收到合格信號后自動在計(jì)數(shù)器上計(jì)數(shù)并可以在工位HMI上把已經(jīng)擰緊合格的緊固件數(shù)量顯示出來 見圖1 而如果某一次擰緊力矩不合格時(shí) 擰緊槍就不會發(fā)信號給PLC程序 計(jì)數(shù)器上的已擰緊合格緊固

30、件數(shù)量就不會增加 在實(shí)際裝配過程中 直到PLC程序得到的合格信號數(shù)量達(dá)到原先設(shè)定的要求才會認(rèn)為該產(chǎn)品在本工位的擰緊是合格的 才能夠釋放產(chǎn)品到下一裝配工位進(jìn)行裝配 否則PLC程序會認(rèn)為該工位的緊固件沒有完成擰緊而不能讓該產(chǎn)品繼續(xù)正常裝配 在擰緊過程中 不論擰緊力矩合格與否 都會在擰緊槍控制盒上顯示出擰緊的力矩并在擰緊槍上用相應(yīng)的指示燈來顯示擰緊狀態(tài) 當(dāng)下一個(gè)產(chǎn)品到達(dá)裝配工位時(shí)計(jì)數(shù)器自動清零 重新進(jìn)行計(jì)數(shù) 65 2 起動力矩防錯法 有時(shí)候雖然我們使用了數(shù)量統(tǒng)計(jì)防錯法來進(jìn)行防錯 但是由于緊固件的數(shù)量過多 操作者在操作過程中會把某一顆或多顆緊固件重復(fù)擰緊 從而出現(xiàn)計(jì)數(shù)器上的合格次數(shù)足夠 但還是有部分緊

31、固件沒有得到擰緊的情況 在這種情況下 我們就可以在數(shù)量統(tǒng)計(jì)防錯法的基礎(chǔ)上增加起動力矩監(jiān)控的方法來進(jìn)行防錯 眾所周知 當(dāng)緊固件被擰緊后 如果重新施加外力到該緊固件上 緊固件并不是在外力施加開始時(shí)就開始轉(zhuǎn)動 而是需要等到施加的外力達(dá)到一定的程度以后才會重新開始轉(zhuǎn)動 這樣我們就可以在編制電動擰緊槍的擰緊程序時(shí)預(yù)先設(shè)定一個(gè)用于監(jiān)控的起動力矩 該起動力矩小于把緊固件重新擰動時(shí)的力矩 當(dāng)操作者使用電動擰緊槍來擰緊緊固件時(shí) 擰緊槍程序會自動監(jiān)控?cái)Q緊的力矩 如果擰緊力矩已經(jīng)達(dá)到原先設(shè)定的起動力矩而緊固件還是沒有開始轉(zhuǎn)動時(shí) 則程序會認(rèn)為該緊固件已經(jīng)擰緊過 電動擰緊槍停止轉(zhuǎn)動 計(jì)數(shù)器不進(jìn)行計(jì)數(shù) 否則就可以按照正常

32、操作進(jìn)行擰緊和計(jì)數(shù) 但是該方法不適用于附帶有比較厚的軟墊片的緊固件 因?yàn)檫@種緊固方式的起動力矩比較小 很容易出現(xiàn)判斷錯誤的情況 第九章電動擰緊槍的防錯方法 66 1 扭矩控制 角度監(jiān)控法扭矩控制 轉(zhuǎn)角監(jiān)控法就是在將螺栓擰緊到目標(biāo)扭矩停止的過程中監(jiān)控從一定扭矩開始到目標(biāo)扭矩所轉(zhuǎn)過的角度 在擰緊的過程中 扭矩和角度必須同時(shí)落在所設(shè)定的范圍中擰緊結(jié)果才算合格 這種控制方法存在兩種不合格報(bào)警情況 1 扭矩合格角度過低 這種情況存在的可能性有 重復(fù)擰緊螺栓 螺紋損壞 螺紋副中有雜質(zhì) 漏裝膠墊圈或者墊片 相配合的零件材質(zhì)變硬等 2 扭矩合格角度過高 這種情況存在的可能性有 螺牙滑牙 螺栓過度潤滑 多裝墊片

33、 螺栓材料變化等 在具體的生產(chǎn)中 需要經(jīng)過大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置合理的角度監(jiān)控范圍 避免造成不必要的返修但又可以在現(xiàn)場及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題并報(bào)警 2 預(yù)擰緊階段角度控制 扭矩監(jiān)控法角度控制 扭矩監(jiān)控法就是將螺栓控制轉(zhuǎn)過一定的角度 在這個(gè)角度窗口內(nèi)監(jiān)控扭矩的變化范圍 經(jīng)過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示 大多數(shù)擰緊滑牙的情況在螺栓擰緊還未到達(dá)貼合面時(shí)已經(jīng)有異常 滑牙的擰緊曲線在還未達(dá)到貼合面的擰緊階段扭矩跳動較大 最大值達(dá)到10Nm 而合格的擰緊曲線很平穩(wěn) 總是在0Nm上下波動 由以上經(jīng)驗(yàn)總結(jié) 對于比較長的螺栓 在預(yù)擰緊階段可以通過角度控制 扭矩監(jiān)控的防錯方法 系統(tǒng)控制在設(shè)定的角度窗口內(nèi) 一旦扭矩超出上限值設(shè)備立即停止

34、 這樣可以防止螺栓滑牙后繼續(xù)擰緊 由此造成螺紋孔損壞返修工作復(fù)雜 需要強(qiáng)調(diào)的是這種辦法只能用于自動擰緊工位 因?yàn)轭A(yù)擰緊階段轉(zhuǎn)過的角度與操作工扣動扳機(jī)后將套筒放入螺栓的時(shí)間關(guān)系很大 人為原因不利于進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置 3 扭矩控制 角度監(jiān)控法 第九章電動擰緊槍的防錯方法 67 4 擰緊曲線防錯法對于帶有密封圈或軟墊片的緊固件 我們可以使用擰緊曲線防錯法來防止操作者忘記安裝這些密封件 該方法利用緊固件的擰緊曲線來判別是否忘記安裝密封件 在緊固件的整個(gè)擰緊過程中 擰緊力矩從零到目標(biāo)力矩的過程中 緊固件的力矩是逐漸增大的 通過擰緊程序?qū)φ麄€(gè)過程的監(jiān)控和記錄 可以收集到擰緊過程的力矩變化曲線 即擰緊曲線 如果

35、安裝有密封圈或軟墊片 擰緊力矩上升會比較緩慢 需要較長的時(shí)間才能達(dá)到目標(biāo)力矩 而如果沒有安裝有密封圈或軟墊片 則擰緊曲線會比較陡 擰緊力矩很快就會達(dá)到目標(biāo)力矩 我們可以在電動擰緊槍的擰緊程序中預(yù)先設(shè)定好擰緊曲線的合格范圍 當(dāng)操作者使用電動擰緊槍來擰緊緊固件時(shí) 電動擰緊槍收集并記錄擰緊曲線 并和原先設(shè)定好的擰緊曲線進(jìn)行對比 用來判斷是否安裝有密封件 5 傳感器防錯法a 對于附帶有比較厚的硬墊片的緊固件 我們可以使用對射式光柵傳感器 包括發(fā)送器及接受器 來防止操作者忘記安裝墊片 傳感器防錯法是通過檢查緊固件擰緊后的高度來確認(rèn)墊片是否存在 墊片需要達(dá)到一定的厚度 厚度一般要不小于2mm 該方法一般使

36、用在自動擰緊機(jī)上 b 對于比較硬的螺紋連接 采用扭矩控制 角度監(jiān)控的方法進(jìn)行防重復(fù)擰緊并不是很理想 很難找到平衡點(diǎn)來避免設(shè)備誤判 因此可以采用外置位置傳感器對擰緊設(shè)備進(jìn)行控制 下面就飛輪螺栓的擰緊系統(tǒng)為例作一簡單介紹 考慮到成本原因 對于六顆螺栓的飛輪連接采用三軸手動電動擰緊設(shè)備進(jìn)行擰緊 設(shè)備有兩個(gè)擰緊位置 如圖虛線三角連接的三顆螺栓為第一個(gè)位置 實(shí)線三角連接的三顆螺栓為第二個(gè)位置 擰緊設(shè)備通過串口或以太網(wǎng)或總線的形式和生產(chǎn)線的PLC進(jìn)行通信 同時(shí)增加兩個(gè)位置傳感器作為擰緊啟動的開關(guān) PLC通過控制傳感器的開關(guān)順序來控制兩組螺栓的擰緊順序 當(dāng)操作人員獲取的擰緊位置不正確時(shí)擰緊工具不能運(yùn)轉(zhuǎn) 同時(shí)

37、如果其中一個(gè)位置的螺栓已經(jīng)擰緊 PLC通過傳感器的信號鎖定此位置 保證擰緊設(shè)備在此位置不能再次運(yùn)轉(zhuǎn) 避免了螺栓的重復(fù)擰緊 這種方法適用于所有類似飛輪的法蘭連接和兩軸擰緊多組不同位置螺栓的連接 如連桿螺母 缸蓋螺栓等場合 第九章電動擰緊槍的防錯方法 68 6 電動擰緊工具的可追溯反饋防錯為了滿足有安全和關(guān)鍵性要求的應(yīng)用工位或?qū)纫筇貏e高的擰緊工位 電動擰緊工具可通過控制器收集擰緊數(shù)據(jù) 通過網(wǎng)絡(luò)將程序收集在服務(wù)器內(nèi)進(jìn)行計(jì)算分析 自動計(jì)算出工具的Cp和Cpk值 使得技術(shù)人員可以實(shí)時(shí)得到擰緊工具的扭矩分布趨勢 便于提前預(yù)知質(zhì)量問題 發(fā)現(xiàn)工具的不穩(wěn)定因素 提早對設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定 做到零故障裝配反饋 第九章電動擰緊槍的防錯方法 69 70 此課件下載可自行編輯修改 供參考 感謝您的支持 我們努力做得更好 71