李德鑫　韋軍　覃祖賓

摘 要：在汽車(chē)總裝線，通過(guò)螺紋連接實(shí)現(xiàn)零件裝配是一項(xiàng)主要工作，合適的擰緊方法對(duì)擰緊質(zhì)量有重要影響。本文以電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池總成裝配為實(shí)例，選擇多種擰緊方法進(jìn)行實(shí)車(chē)裝配，檢測(cè)靜態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，驗(yàn)證了“多步擰緊”法對(duì)提高動(dòng)力電池固定螺栓擰緊質(zhì)量有重要作用。

關(guān)鍵詞：擰緊扭矩 多步擰緊 靜態(tài)扭矩

1 前言

螺紋連接是汽車(chē)零部件裝配最常見(jiàn)的方式之一，與鉚接、焊接等方式相比，螺紋連接的裝配與維修更方便，更高效。擰緊工藝是總裝車(chē)間“四大裝配工藝”之首（擰緊、管線、加注和裝調(diào)），占整車(chē)裝配線上工作量的70%以上。隨著電動(dòng)擰緊工具在汽車(chē)裝配線的普及，尤其是高精度可編程電纜槍?zhuān)ê?jiǎn)稱(chēng)電槍?zhuān)┑膹V泛使用，為汽車(chē)零部件選擇合適的擰緊方法進(jìn)行裝配提供了工具基礎(chǔ)。

2 擰緊方法

在滿(mǎn)足要求的前提下，擰緊方法應(yīng)該盡量簡(jiǎn)化，常見(jiàn)的擰緊方法有“扭矩法”、“轉(zhuǎn)角法”等。

“轉(zhuǎn)角法”是基于一定的轉(zhuǎn)角，使螺栓產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)及連接件被壓縮，實(shí)現(xiàn)軸向預(yù)緊力。在轉(zhuǎn)角階段，摩擦力對(duì)螺栓軸向預(yù)緊力影響減小。對(duì)螺栓軸向預(yù)緊力精度影響最大的是轉(zhuǎn)角開(kāi)始的起始扭矩點(diǎn)。該方法實(shí)現(xiàn)的預(yù)緊力穩(wěn)定性較高，能更好的適應(yīng)設(shè)計(jì)需求，但是對(duì)擰緊工具性能要求高，緊固件利用率可以達(dá)到80-90%。

“扭矩法”是通過(guò)控制扭矩的方法來(lái)獲得預(yù)緊力，受到摩擦系數(shù)的影響大，預(yù)緊力的離散值可以達(dá)到20-30%，為了保證一定的預(yù)緊力，往往采用較高的設(shè)計(jì)余量，緊固件利用率偏低，約40-60%?！芭ぞ胤ā备鶕?jù)擰緊步驟的不同，又分為“一步擰緊”，“兩步擰緊”和“多步擰緊”。本文主要針對(duì)“扭矩法”進(jìn)行驗(yàn)證分析。

3 擰緊環(huán)境

動(dòng)力電池總成是電動(dòng)汽車(chē)核心“三電”之一，其自身重量大，成本占比高。某車(chē)型動(dòng)力電池總成由8顆螺栓固定，設(shè)計(jì)扭矩55-65N.m，電槍擰緊設(shè)定值60N.m，檢測(cè)扭矩監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)50-70N.m。本文以提升動(dòng)力電池固定螺栓檢測(cè)扭矩質(zhì)量為目標(biāo)，驗(yàn)證不同擰緊方法的改善效果。為了降低其他因素的影響，在同班次（人員不變），同批次零件的狀態(tài)下進(jìn)行驗(yàn)證。

4 不同擰緊方法效果驗(yàn)證

4.1 兩步擰緊

使用電槍裝配時(shí)，“一步擰緊”法已經(jīng)極少使用。該車(chē)型動(dòng)力電池使用“兩步擰緊”法裝配，第一步擰緊到33N.m，第二步擰緊到60N.m。為方便記錄，我們將此擰緊方法稱(chēng)為“60N.m法”，對(duì)應(yīng)擰緊曲線如圖１所示。

對(duì)使用“60N.m法”完成裝配的車(chē)輛，抽檢靜態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù)。如表１所示。

從表１可以看出，抽檢扭矩不合格頻次高（紅色字體），整體合格率為64.6%，抽檢扭矩均值為51.8N.m，計(jì)算CPK為0.13，抽檢靜態(tài)扭矩狀態(tài)差。

4.2 多步擰緊（增加反松）

在原有“60N.m法”的基礎(chǔ)上，增加反松90°步驟。即，分兩步擰緊到60N.m后，反松90°，然后再分兩步擰緊到60N.m，稱(chēng)為“60N-90A+60N法”，對(duì)應(yīng)擰緊曲線如圖２所示。

對(duì)使用“60N-90A+60N法”完成裝配的車(chē)輛，隨機(jī)抽取5臺(tái)車(chē)進(jìn)行靜態(tài)扭矩測(cè)量。如表２所示。

從表２可以看出，抽檢扭矩合格率為87.5%，均值為55.2N.m，CPK為0.38，改善效果明顯，但是整體狀態(tài)依然較差。

4.3 多步擰緊（反松+提升擰緊扭矩）

增加反松步驟后，改善效果明顯，但是仍未滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。電槍工具精度高，通過(guò)編程設(shè)置擰緊扭矩值和扭矩監(jiān)控窗口，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)扭矩范圍內(nèi)精準(zhǔn)調(diào)整輸出扭矩。為了進(jìn)一步提升檢測(cè)扭矩質(zhì)量，需要驗(yàn)證施加63N.m的效果。即，在“60N-90A+60N法”的基礎(chǔ)上，將最終擰緊扭矩提升為63N.m，稱(chēng)為“60N-90A+63N法”，對(duì)應(yīng)擰緊曲線如圖３所示。

對(duì)使用“60N-90A+63N法”完成裝配的車(chē)輛，進(jìn)行靜態(tài)扭矩測(cè)量。如表３所示。

可以看出，抽檢扭矩合格率提升到100%，均值為57.9N.m，CPK為0.79，過(guò)程能力有待進(jìn)一步提升。

4.4 多步擰緊（取消反松+提升擰緊扭矩）

“60N-90A+63N法”改善效果明顯，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)擰緊時(shí)間變長(zhǎng)，電槍正反轉(zhuǎn)切換導(dǎo)致穩(wěn)定性差，報(bào)警頻次增加等問(wèn)題。驗(yàn)證取消反松90°步驟，即分兩步擰緊到60N.m后，再擰緊到63N.m。由于取消了反松，在螺栓剩余扭矩較大的情況下再次施加扭矩，沖擊較大，需要將63N.m步驟設(shè)置為“一步擰緊”，稱(chēng)為“60N+63N法”，對(duì)應(yīng)擰緊曲線如圖４所示。

對(duì)使用“60N+63N法”完成裝配的車(chē)輛，隨機(jī)抽取5臺(tái)車(chē)進(jìn)行靜態(tài)扭矩測(cè)量。如表4所示。

從表４可以看出，抽檢扭矩合格率為100%，均值為58.5N.m，CPK為1.47，整體狀態(tài)良好。

4.5 不同擰緊方法效果對(duì)比

對(duì)上述擰緊方法的驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行匯總對(duì)比，如表5所示。

從表5可以看出，對(duì)動(dòng)力電池固定螺栓裝配，普通的“兩步擰緊”效果較差，不能滿(mǎn)足要求。增加反松和提升擰緊扭矩步驟后，在合格率、均值及CPK方面都有明顯提升。綜合驗(yàn)證數(shù)據(jù)來(lái)看，多步擰緊“60N+63N法”是更適合該車(chē)型動(dòng)力電池裝配的擰緊方法。

5 結(jié)束語(yǔ)

擰緊方法對(duì)擰緊扭矩質(zhì)量有直接且重要的影響，對(duì)于動(dòng)力電池總成這種自重大，擰緊顆數(shù)多的零件裝配，普通“兩步擰緊”法裝配效果較差，不能很好的滿(mǎn)足要求?！岸嗖綌Q緊”法中，對(duì)“反松”等步驟的不同組合，會(huì)產(chǎn)生不同的改善效果，在提升扭矩質(zhì)量的同時(shí)，也導(dǎo)致操作時(shí)間變長(zhǎng)，電槍設(shè)備報(bào)警頻次增加等問(wèn)題。制定合適的擰緊方法，需要對(duì)具體零件進(jìn)行具體分析，以實(shí)際驗(yàn)證數(shù)據(jù)為依據(jù)，綜合考慮節(jié)拍、合格率等多方面因素，在擰緊質(zhì)量和生產(chǎn)效率之間找到一個(gè)最優(yōu)解。