总装关重扭矩质量控制研究

总装关重扭矩质量控制研究

任张涌、钟文辉

浙江吉润汽车有限公司  宁波杭州湾分公司  315300

关键词

关键扭矩；重要扭矩；扭矩控制法；扭矩加转角控制法；屈服点控制法；非屈服点控制法；角度监控；扭矩监控；拧紧曲线监控；动态扭矩；静态扭矩

前言

汽车装配是一个庞大的系统，扭矩质量控制在这个系统中就像是一张大网，牵扯到很多的内容，如何理出扭矩控制核心内容就显示尤为重要。

在汽车总装配领域，所有连接形式中螺纹连接约占70%以上，关重扭矩约占螺纹连接的50%（各主机厂定义的会有差异）以上，关重扭矩的数量和在整车中的占比是很高的。另外，关重扭矩往往涉及法规、安全、重要功能，若扭矩失效会导致人员死伤、车辆损毁等严重后果，其质量控制是非常重要和必须要去研究的。螺纹连接的核心控制因素为扭矩控制，但是扭矩受连接件材质变化、标准件摩擦系数变化、被夹紧件材质变化、连接面（包括螺纹副）清洁度、拧紧工具转速、拧紧工具稳定性、人员操作等一系列因素影响，涉及的面非常广，控制上是非常复杂的。

背景

在汽车售后市场，因扭矩问题导致的功能失效、异响、甚至零件脱落等问题非常多，这些问题会导致顾客抱怨，影响品牌形象，严重的还会发生安全事故，甚至车毁人亡，因扭矩问题导致的后果是很严重的。然而整车拧紧点数量巨大，涉及拧紧工具数量和操作人员数量也很多，过程控制上难度很大，如何保证所有拧紧点的拧紧质量，给顾客一台安全、可靠、放心的车辆，非常值得我们去深入探讨和研究。

本文重点从装配角度分析，在强化扭矩质量控制策划，完善拧紧质量控制策略，守好关重扭矩控制质量门三个方面总结和阐述了笔者对关重扭矩控制的一些看法，希望能给读者一些启发和借鉴。

1.扭矩分类及控制方法

1.1扭矩等级分类

1.1.1按照重要度分类，可分为关键扭矩、重要扭矩和一般扭矩。

关键扭矩：如发生失效会导致人身事故、及不符合安全、法规的扭矩定义为关键扭矩；

重要扭矩：如发生失效，会丧失产品主要功能、影响使用性能和降低寿命、造成重大经济损失以及显著影响顾客对产品满意度的扭矩定义为重要扭矩。

1.1.2按照应用场景分类，分为动态扭矩和静态扭矩。

动态扭矩：紧固件在紧固过程中测量的动态扭矩峰值，它是在旋转过程中测量的扭矩值，在装配过程中工具或设备所实时显示的扭矩。

静态扭矩：紧固件拧紧完成后，使用较低转速（比如扭矩扳手）在紧固方向上克服静摩擦力测得的扭矩值。

1.2 扭矩控制和监控方法

1.2.1常用的扭矩控制的方法，包括扭矩控制法、扭矩加转角控制法、屈服点控制法、非屈服点控制法。

1.2.1.1 扭矩控制法：利用扭矩与预紧力的线性关系在弹性区进行紧固控制的方法。简称扭矩控制法（T）;

1.2.1.2 扭矩加转角控制法：使用角度值作为控制方法的螺纹紧固方法，一般为紧固第一阶段使用扭矩控制进行紧固，最终阶段使用角度控制进行紧固。简称扭矩加转角控制法（T+A）;

1.2.1.3 屈服点控制法：扭矩加转角控制的螺纹紧固件正常紧固过程中轴力达到该紧固件的屈服极限，紧固件产生了塑性变形，紧固件拆卸后长度大于原始长度，这种紧固方法称为扭矩加转角屈服点法；

1.2.1.4非屈服点控制法：扭矩加转角控制的螺纹紧固件正常紧固过程中轴力未达到该紧固件的屈服极限，紧固件产生了弹性变形，以这种控制法进行的紧固方式简称为非屈服点控制法；

1.2.2常用的扭矩监控手段，包括角度监控、扭矩监控、拧紧曲线监控。

1.2.2.1角度监控：为避免采用扭矩控制法的螺纹接头拧紧过程中，出现扭矩合格而角度异常的情况，需要对紧固件在紧固过程中的旋转角度加以监控的方法；

1.2.2.2扭矩监控：为避免采用扭矩加转角控制法和屈服点控制法的螺纹接头拧紧过程中，出现角度合格而扭矩异常的情况，需要对紧固件在紧固过程中的动态扭矩加以监控的方法；

1.2.2.3拧紧曲线监控：在拧紧过程中，拧紧设备时时监控拧紧过程曲线，与标准拧紧曲线进行时时对比，超出设定偏差范围时，自动报警停止的方法，简称拧紧曲线监控法。

2. 现状及问题

2.1 单车拧紧点种类和数量很多，按统一标准管理成本高；

2.2 多车型共线生产，不同岗位，不同车型拧紧扭矩不同，需要不同的拧紧程序，拧紧容易出错，管理成本高；

2.3 拧紧质量问题导致的问题通常比较严重，包括法规、安全、主要功能失效等，都会导致严重的后果，严重影响品牌形象；

2.4 导致拧紧问题的原因比较复杂，包括连接件质量、被连接件质量、连接面清洁度、拧紧工具因素等，问题的排查与判断比较困难。

3.对策方案

3.1强化扭矩质量控制策划

强化扭矩质量控制策划，简称强策划。强策划对于扭矩质量控制是最有效的，

也是成本最低的，又恰恰是最容易被忽略的。

强策划主要有以下四个要素：

要素1、关重扭矩的定义。关重扭矩实际为两部分，分为关键扭矩和重要扭矩，如发生失效会导致人身事故、及不符合安全、法规的扭矩定义为关键扭矩；如发生失效，会丧失产品主要功能、影响使用性能和降低寿命、造成重大经济损失以及显著影响顾客对产品满意度的扭矩定义为重要扭矩。关重扭矩的定义明确了关重扭矩质量控制的范围，是关重扭矩控制的前提。

要素2、关重扭矩控制风险点分析和识别。要全面的分析和识别拧紧过程控制点，就必须充分分解拧紧过程，用PFMEA的理念，组织有经验的成员成立小组，对拧紧过程的每一步进行讨论和分析，识别每一步的风险点。

要素3、关重扭矩风险点控制方案制定。针对分析出的风险点，逐一分析风险产生的原因，并制定防错措施。

要素4、关重扭矩风险点控制方案验证。模拟生产环境，验证风险点是否有效控制。若验证无法达到效果，重新分析问题发生原因，制定防错措施并再次验证。

要素2、要素3分析样例见附表A。

附表A

3.2完善拧紧质量控制策略

拧紧质量控制是一个不断完善的过程，跟踪生产过程及售后发生的扭矩质量

问题，分析策划中的不足，补充控制策略，使控制策略不断完善，同步更新扭矩质量控制策划方案。

常用的控制策略如下：

1、角度监控：扭矩法拧紧时，在判断最终拧紧扭矩是否合格的同时，监控

工具转过的角度是否在合格范围内。根据需要，角度监控可应用在最终拧紧角度监控和贴合前角度监控，也可根据实际拧紧过程中的问题对拧紧过程中的其它阶段进行监控。

2、扭矩监控：角度法拧紧时，在判断最终角度是否合格的同时，监控拧紧

扭矩是否在合格范围内。角度法拧紧一般为T+A拧紧，先进行扭矩拧紧，再进行角度拧紧，以保证夹紧力状态的一致性，扭矩监控一般只应用于最终角度拧紧时的扭矩监控。

3、屈服点拧紧/监控：屈服点监控法一般用于T+A拧紧达到屈服点的拧紧，

通过时时采集拧紧过程中扭矩和角度的变化，计算拧紧曲线T-A的斜率，在弹性区的斜率是固定的，当拧紧标准件到达屈服区时，斜率会大幅度变化，通过对比斜率变化情况，在设备中设定对应的参数，当拧紧到对应的参数时，设备报警或拧紧停止。其应用一般两种。1）、屈服点拧紧：以屈服点监控的值作为设备停止的输入；2）、屈服点监控，监控拧紧过程是否达到屈服点，以判断拧紧是否合格。理论拧紧曲线及屈服点内容参见附图A，实际拧紧屈服拧紧曲线见附图B

附图A

附图B

4、拧紧曲线监控：时时监控拧紧过程曲线，与标准拧紧曲线进行时时对比，

超出偏差范围时，设备报警停止。拧紧曲线监控是拧紧过程监控的趋势，监控拧紧过程曲线，可以充分发现拧紧过程问题，通过对问题曲线分析、贴标签，可以直接锁定拧紧问题原因，能够快速解决问题。标准曲线的生成是曲线监控的核心，其一般生成方法为：在拧紧过程稳定的前提下，收集1000条以上曲线，选取统一的基准点，剔除异常拧紧曲线，使用专门的算法(算法1、极值法，算法2、基于过程能力1.67，公差按±4.5西格玛反向计算得出范围)，就可以生成标准曲线带。以同样的思路，对问题曲线的某一特征进行收集也可以生成标准问题曲线，从而实现对问题拧紧曲线的直接输出，进而提高问题曲线的分析效率。

    控制策略的选择是根据实际拧紧过程来选择的，建议从简单的策略到复杂的策略逐步提升，冒然选择复杂的控制策略可能会使拧紧过程问题更复杂。

3.3守好关重扭矩控制质量门

关重扭矩拧紧点数量庞大，失效后果严重，如何守好关重扭矩质量门就显得格外重要。建议的策略或措施：

1)合格证与关重拧紧结果绑定打印，守好最后一道关卡；

2)制定和使用完整闭环的扭矩返修系统，返修时零件拆卸需录入专用的返修系统，记录缺陷，并随后序安装缺陷自动消除。

3)做好关重扭矩动态扭矩、静态扭矩过程能力监控。

4.收效及成果

4.1 通过扭矩特性分级，有效的降低了管理成本，实现了收益的最大化；

4.2 通过PFMEA的思路，强化扭矩质量控制策划，充分识别拧紧过程潜在风险，对应制定防控措施，并进行模拟验证和实物验证，有效减少了拧紧过程问题；

4.3 通过拧紧曲线时时监控和不断积累，建立了失效数据库，有效防止了拧紧失效的流出。

5.结论与展望

随着信息化、智能化越来越多的应用，设备自学习和自判断的能力将越来越强，对于拧紧来说，发掘数据价值，对于发现问题、分析问题的作用将越来越大，例如从拧紧结果趋势变化中判断问题，并在问题发生前报警推送；使用标准拧紧曲线监控拧紧过程质量；对比问题曲线直接初判定拧紧问题原因等等，未来很多的复杂问题将会通过大数据分析后得到快速解决，数据价值的研究将逐渐成为关重扭矩控制的的一个重要研究方向。

以上内容从前期策划、过程控制到防流出简单阐述了笔者对关重扭矩进行控制的建议，意在对关重扭矩控制存在困惑的读者提供一些解决思路，欢迎各位读者批评指正。

参考文献

GB 16823.2-1997 螺纹紧固件紧固通则

汽车实用技术 浅谈螺栓拧紧质量控制 王晓锋，杨立鹏 陕西重型汽车有限公司 2013年第10期