丁奕

（同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，上海 201804）

基于機(jī)器能力指數(shù)的擰緊設(shè)備質(zhì)量控制方法

丁奕

（同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，上海 201804）

機(jī)器能力指數(shù)是現(xiàn)代工業(yè)評(píng)定設(shè)備能力的一種主要指標(biāo)。螺栓擰緊設(shè)備作為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量、高產(chǎn)量裝配技術(shù)的代表，其擰緊質(zhì)量的優(yōu)劣與產(chǎn)品質(zhì)量和用戶安全等息息相關(guān)。文章介紹了一種基于機(jī)器能力指數(shù)的擰緊設(shè)備質(zhì)量控制評(píng)價(jià)方法，簡(jiǎn)要敘述了從采購(gòu)驗(yàn)收到安裝使用的各個(gè)階段中對(duì)擰緊設(shè)備能力測(cè)試的方法和要求。

擰緊設(shè)備；質(zhì)量控制；機(jī)器能力指數(shù)

螺栓擰緊設(shè)備作為現(xiàn)代化工業(yè)裝配技術(shù)的代表，滿足了高質(zhì)量、高產(chǎn)量的生產(chǎn)需求。機(jī)器能力指數(shù)是現(xiàn)代工業(yè)評(píng)定設(shè)備能力的一種主要指標(biāo)。基于機(jī)器能力指數(shù)可對(duì)擰緊設(shè)備的擰緊質(zhì)量進(jìn)行有效控制，進(jìn)一步降低螺栓裝配過(guò)程中出錯(cuò)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保護(hù)用戶安全。

1 機(jī)器能力指數(shù)概念

機(jī)器能力指數(shù)是指在工序穩(wěn)定的情況下，制造設(shè)備所具有的保證產(chǎn)品質(zhì)量的能力。機(jī)器能力建立在數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，以質(zhì)量特性值分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差s來(lái)表征。s可直接由質(zhì)量特性值的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)求得：

式中：

TO——公差上限，即被測(cè)量的上級(jí)限值

TU——公差下限，即被測(cè)量的下極限值

但實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值 （即實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分布中心）通常與質(zhì)量特征值的理論中心不重合，此時(shí)需考慮分布中心的偏移量，并對(duì)實(shí)際機(jī)器能力指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)：

2 質(zhì)量控制評(píng)價(jià)裝置

螺栓擰緊設(shè)備的質(zhì)量控制評(píng)價(jià)裝置由標(biāo)準(zhǔn)扭矩角度傳感器與螺栓連接模擬器組成（圖1）。螺栓擰緊設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)傳感器串聯(lián)連接，對(duì)螺栓連接模擬器施加扭矩，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)傳感器連同顯示放大器對(duì)輸出扭矩及旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)與螺栓擰緊設(shè)備的顯示值進(jìn)行比對(duì)。

圖1 螺栓擰緊設(shè)備質(zhì)量控制評(píng)價(jià)裝置示意圖

3 質(zhì)量控制評(píng)價(jià)方法

3.1 機(jī)器能力測(cè)試MCT

擰緊設(shè)備在采購(gòu)到位和經(jīng)過(guò)調(diào)試維修后需要進(jìn)行全方位的機(jī)器能力測(cè)試，以保證該設(shè)備在其有效量程范圍內(nèi)擰緊質(zhì)量的穩(wěn)定有效。

機(jī)器能力測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。測(cè)試扭矩按照設(shè)備的輸出上下限的量程區(qū)間選取30%、80%、100%三點(diǎn)。具體規(guī)則如例：

一把螺栓擰緊設(shè)備的輸出上限為100Nm，下限為40Nm，則設(shè)備量程為：100-40=60Nm。

30%量程測(cè)量點(diǎn)為：

80%量程測(cè)量點(diǎn)為：

100%量程測(cè)量點(diǎn)為：

評(píng)價(jià)測(cè)試包括了硬連接（高扭矩率螺紋連接）測(cè)試和軟連接（低扭矩率螺紋連接）測(cè)試，為保證測(cè)試的一致性，要求施加扭矩與旋轉(zhuǎn)角度的比率保持在一定線性范圍內(nèi)：硬連接測(cè)試時(shí)25%至50%的測(cè)試扭矩比例段，扭矩與角度的線性比率偏離須小于±10%，50%至100%的測(cè)試扭矩比例段，扭矩與角度的線性比率偏離須小于±5%，同時(shí)50%至100%的測(cè)試扭矩比例段的旋轉(zhuǎn)角度控制在30°±5°內(nèi)；軟連接測(cè)試時(shí)25%至50%的測(cè)試扭矩比例段，扭矩與角度的線性比率偏離須小于±20%，50%至100%的測(cè)試扭矩比例段，扭矩與角度的線性比率偏離須小于±10%，同時(shí)50%至100%的測(cè)試扭矩比例段的旋轉(zhuǎn)角度控制在360°±15°內(nèi)。測(cè)試過(guò)程須按照各量程測(cè)試點(diǎn)，按硬連接和軟連接情況分別進(jìn)行50次以上數(shù)據(jù)的連續(xù)測(cè)試。

機(jī)器能力測(cè)試評(píng)價(jià)的公差主要根據(jù)設(shè)備驗(yàn)收要求制定。如德國(guó)大眾汽車(chē)公司對(duì)于不同類(lèi)型的螺栓擰緊設(shè)備機(jī)器能力指數(shù)的驗(yàn)收公差要求參見(jiàn)表1。

表1 機(jī)器能力測(cè)試評(píng)價(jià)的公差要求（VW）

擰緊設(shè)備只有在驗(yàn)收合格后才能進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)，以備裝配線安裝需求。

3.2 代入能力測(cè)試BIC

擰緊設(shè)備安裝到裝配線之前需要通過(guò)代入能力測(cè)試。

代入能力測(cè)試仍在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。測(cè)試扭矩按照裝配工位的實(shí)際工藝值。測(cè)試的螺紋連接扭矩率調(diào)節(jié)至實(shí)際工藝的軟硬程度。該扭矩率可通過(guò)扭矩轉(zhuǎn)角傳感器在實(shí)際工位上擰緊螺栓工件學(xué)習(xí)獲得，并在螺栓連接模擬器上進(jìn)行控制復(fù)現(xiàn)。測(cè)試過(guò)程進(jìn)行20～50次的連續(xù)測(cè)試。

代入能力測(cè)試評(píng)價(jià)的公差依據(jù)裝配工位的實(shí)際工藝公差。一般50次代入能力測(cè)試評(píng)價(jià)的合格標(biāo)準(zhǔn)為≥2.0；≥1.67。可以根據(jù)實(shí)際情況減少測(cè)試數(shù)量，但需要提高的合格標(biāo)準(zhǔn)，具體要求見(jiàn)表2。

3.3 持續(xù)能力測(cè)試KIC

擰緊設(shè)備在使用過(guò)程中還需定期進(jìn)行持續(xù)能力測(cè)試。持續(xù)能力測(cè)試在生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。測(cè)試扭矩按照裝配工位的實(shí)際工藝值。螺紋連接扭矩率調(diào)節(jié)至實(shí)際工藝的軟硬程度。測(cè)試過(guò)程進(jìn)行20～50次的連續(xù)測(cè)試。持續(xù)能力測(cè)試評(píng)價(jià)的公差依據(jù)裝配工位的實(shí)際工藝公差。持續(xù)能力測(cè)試評(píng)價(jià)的合格標(biāo)準(zhǔn)和代入能力測(cè)試評(píng)價(jià)一致。當(dāng)持續(xù)能力測(cè)試不合格時(shí)，需要及時(shí)更換備件設(shè)備，并對(duì)問(wèn)題設(shè)備進(jìn)行調(diào)試維修。

表2 代入能力測(cè)試評(píng)價(jià)的測(cè)試數(shù)量與合格標(biāo)準(zhǔn)

3.4 擰緊結(jié)果復(fù)測(cè)MNA

除了對(duì)擰緊設(shè)備的定期測(cè)試，對(duì)產(chǎn)品中完成裝配擰緊的螺栓本身也要進(jìn)行定期的抽檢扭矩復(fù)測(cè)。需要注意的是復(fù)測(cè)所得扭矩并不等同于擰緊扭矩。扭矩復(fù)測(cè)通常由螺栓再次向擰緊方向旋轉(zhuǎn)少數(shù)角度（不大于10度）達(dá)到峰值扭矩測(cè)得。如在擰緊裝配完成后，直接對(duì)螺栓進(jìn)行復(fù)測(cè)，由于靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)，所測(cè)扭矩會(huì)大于擰緊扭矩。而如果在裝配完成后一段時(shí)間，再去進(jìn)行扭矩復(fù)測(cè)，由于熱脹冷縮、連接松弛等因素影響，所測(cè)扭矩會(huì)小于擰緊扭矩。選擇的復(fù)測(cè)時(shí)間點(diǎn)和測(cè)量結(jié)果有很大關(guān)系。對(duì)于扭矩復(fù)測(cè)，各企業(yè)需要制定相應(yīng)準(zhǔn)則，在規(guī)定時(shí)間點(diǎn)（如完成裝配后30分鐘），對(duì)螺栓進(jìn)行扭矩復(fù)測(cè)，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定的邊界進(jìn)行合格確認(rèn)。影響扭矩復(fù)測(cè)結(jié)果的因素有很多，除了擰緊設(shè)備的性能，還有人員、產(chǎn)品材料、螺栓材料、環(huán)境等因素。當(dāng)扭矩復(fù)測(cè)結(jié)果超出合格邊界時(shí)，需要對(duì)這些因素進(jìn)行排查分析。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)擰緊設(shè)備的質(zhì)量控制是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程。對(duì)其質(zhì)量控制可依照控制流程圖進(jìn)行。本文基于機(jī)器能力指數(shù)對(duì)擰緊設(shè)備的質(zhì)量控制方法進(jìn)行探討，希望能為相關(guān)企業(yè)的擰緊設(shè)備質(zhì)量控制提供參考。

[1]丁奕.螺栓擰緊設(shè)備機(jī)器能力指數(shù)的測(cè)試評(píng)價(jià)[J].上海計(jì)量測(cè)試，2014（6）：20-23.

[2]朱正德.機(jī)器能力指數(shù)及其應(yīng)用[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2004（12）：12-14.

[3]朱正德.機(jī)器能力指數(shù)——評(píng)定螺栓擰緊設(shè)備的一項(xiàng)重要指標(biāo)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2002（9）：4-7.

[4]VDI/VDE 2645-2:2014 Capability Test for Fastening Technology- Machine Capability Test[S].

[5]GB/T 26547-2011/ISO 5393:1994 螺紋緊固件用回轉(zhuǎn)式工具性能試驗(yàn)方法[S].

O213.1

A

1671-0711（2017）12（上）-0043-02