拧紧装配质量控制白皮书

拧紧装配质量控制 过程能力指数二、动态扭矩三、分离扭矩、残余扭矩、静态扭矩.....·05-07四、动态扭矩和残余扭矩的对比分析......08-09五、扭矩衰减六、技术规范七、装配线防错 、过程能力指数（Cp,Cpk) 工具在拧紧螺栓的过程中，需要监控工具的能力，来保证拧紧的质量和稳定性。比如工具拧紧一次的精度能达到是土10%，但是我们要如何保证拧紧1万、10万次甚至100万次，工具的精度也在10%之内呢？ 这时候我们引入了过程能力指数（Processcapability index,CP或 CPK)，它有很多不同的名称，例如工序能力指数、工艺能力指数、制程能力指数。 工具要求输出的扭矩值集中在我们设定的工艺扭矩，越集中工具性能越好，那么，应当用一个什么样的量，来描述生产过程所造成的总分散呢？通常，都用60（即μ土3g）来表示工序能力: 过程能力指数比较常用的有Cm，Cmk和Cp，Cpk。其中 Cm，Cmk是在实验室条件下扭矩小车等设备上获得的数据计算出来的。Cp，Cpk是实际生产中测得的数据计算的结果。 Cp是指过程满足技术要求的能力，反应工具的稳定性： 、过程能力指数(Cp,Cpk) USL是工艺设定的公差上限，LSL是工艺设定的公差下限，是处于稳定状态下的工序的标准偏差，Cp就能够体现测量数据的两个边界和离散度。 Cpk是指实际工具输出扭矩的平均值与产品标准规格发生偏移的大小： Cpk是考虑标准中心与实际中心的偏移情况，反映工具实际的过程能力，Cpk值越大表示工具输出扭矩越集中在目标扭矩值，装配质量越好。 举例说明 比如一个选手投标：3次的结果如下 这三个Cp值是一样的因为离散度是一样的但是 CpK 是不样的-因为离中心的距离是不一样的 总结 所以Cp，Cpk值都是重要的，Cp反映的工具性能的好坏，侧面反应工具制造厂家的能力，Cpk反映的是工具实际输出值与目标扭矩的差距，代表了工具是否需要校准。因此我们不仅要关注工具的稳定性，同时也要关注拧紧的偏移值。两者都好才是一个合格的工具。 二、动态扭矩 在生产过程中，大家每天都会与扭矩打交道，有各种不同阶段获得的扭矩值 在生产过程中显示的扭矩值： 在拧紧完成后，下线检测的扭矩值： 二、动态扭矩 在很多情况下，生产过程中的扭矩值和下线检测出来的扭矩值是不相同的，比如说在控制器上显示的扭矩是35Nm，在拧紧完成后检测的扭矩值就只有30Nm了。那么哪个扭矩值才是我们所要关注的呢？ 那我们就先来明确一下不同状态下的扭矩值 动态扭矩 动态扭矩是指紧固件在被紧固过程中测量得到的峰值，一般来说，是由动力工具施加得到动态扭矩，动态扭矩是在拧紧过程中测量的。动态扭矩产生的对于螺栓的轴向预紧力满足工程上对预紧力的要求。 动态力矩是生产过程中的扭矩，可以监控、反应拧紧装配过程的状态、结果以及工艺能力等。 三、分离扭矩巨、残余扭矩、静态扭矩 静态扭矩是一个非常笼统的概念，单独说静态扭很难准确地反映实际连接情况，因此必须要进行更加精准的分析准确描述各种扭矩的情况，让这个数值更有针对性。我们先来看一下各个扭矩定义的具体细分情况 残余扭矩（ResidualTorque)对于装配工件预加锁紧力，用来检测装配状态。反映真实装配夹紧力，是产品真正的装配扭矩。 分离扭矩(BreakAwaytorque)可用来检测螺栓与工件的最大锁止扭矩。常见于检测叶片，回转主轴端面螺母紧，可应用于反松检查。 静态扭矩（Statictorque）一般用来检测工件的抗剪效果，典型如传动主轴的静态加载测试，在装配过程中不应强调静态扭矩。 这几种扭矩都是怎么检测的，如何获得这几种扭矩的真实值 三、分离扭矩、残余扭矩、静态扭矩 如图所示，这是两个最典型的检测扭矩的曲线变化。左图是没有明显的分离扭矩的曲线情况，在这个点残余扭矩和分离扭矩相等。右图是分离扭矩和残余扭矩不相同的情况。在开始检测的时候需要先克服一定的静摩擦力，也就是出现了分离扭矩这个数值，来衡量静摩擦力的大小，反映螺栓防松情况。螺栓开始动的起点就是实际的残余扭矩值，这个点是真是反映拧紧效果的点。如果没有加以区分，可能就造成把克服静摩擦力的扭矩值作为残余扭矩值，不能充分的显示拧紧效果。 那么如何测量这些数值又是一个问题。普通机械咔哒扳手只能测量装配符合扭矩的下限，没办法给出具体的扭矩值。因此就需要引进新的设备准确测量分离扭矩和残余扭矩。 智能扳手Oshield可以准确的捕捉这三个值的情况。通过传感器和陀螺仪以及专业的算法，可以在一次测量中反映出来三个数值。准确地测出残余扭矩值，真实的反应装配的预加载荷，分离扭曲准确地反映克服静摩擦力的大小，反映螺栓的反松脱情况。峰值扭矩是螺栓被再次紧后的扭矩值，通过监控这个变量确保螺栓被再次拧紧后没有超过工艺扭矩的上限，还是在我们要求的装配工艺范围内。 那么有了动态扭矩，也有分离扭矩、残余扭矩、静态扭矩，哪个扭矩值更重要呢？ 动态扭矩和静态扭矩都重要！！！O 举例说明 在实际生产中，可能会遇到这样的情况 工具在线使用的时候，检测出的动态扭矩有35Nm；过了一段时间之后，使用力矩扳手来检测扭矩，只剩下了30Nm。 这是很常见的扭矩衰减现象，由于连接件本身的材料特性，在拧紧之后会发生形变或者工件和螺栓表面的粗糙度等原因，扭矩衰减的现象非常普遍，特别是软连接的应用。 那么问题来了，多少衰减是可以接受的呢？ VDI2230中定义高强度螺栓连接的系统计算：螺栓的扭矩弹性回弹，动态扭矩和静态扭矩的比值范围会较大，范围为0.85-1.3。 四、动态扭矩和残余扭矩的对比分析 上一节，我们了解了动态扭矩和静态残余力矩，以及他们之间的关系。那么我们现在就来看看当静态扭矩异常时，有哪些办法可以分析和解决。 当动静态扭矩不一致的时候如何评判？ 制定动静态扭矩的对比表，来查看动态扭矩和静态扭矩是否有一定的规律特性 2、当动态扭矩和残余扭矩超出比值后／比值不稳定，如何分析？ 通过动态扭矩和残余扭矩的5M+1E的办法来分析整个拧紧过程中各个部件的因素，包括螺栓表面的摩擦系数，螺纹副的摩擦系数、工件材料特性，螺栓批次一致性等信息，来综合判断造成动态扭矩和残余扭矩的原因。 3、除此之外，当动态扭矩和残余扭矩发生如下情况时，我们要进一步分析原因了： a．从装配过程中，需要查看动态扭矩是否稳定，装配工艺是否正确，包括拧紧速度、拧紧策略、装配顺序，甚至是工具的操作者都会影响拧紧的结果。b.．连接本身的材料特性也是造成残余扭矩的一个重要因素。 如上图所示检测方法一般包含上述三种方法其中再拧紧法又可以细分成峰值法反松再拧紧、二次启动法，其中峰值法测量的是分离扭矩，反松再拧紧法测试的是非直接残余扭矩，二次启动法可以直接测试出残余扭矩。反松法测试出来的扭矩为峰值扭矩反映的是分离扭矩。安全扭矩检测只能测出达到工艺管控的下限，即默认合格，无法准确的给出残余扭矩值。综上所述，所有的残余扭矩测试方法中，二次启动法能够给出最准确的残余扭矩值，这对于设备要求就比较高，需要采用类似于Qshield的智能扳手才能给出准确地测量结果。 五、扭矩衰减 在装配过程中，经常会遇到残余扭矩过小的情况，这都是由于扭矩衰减造成的。小马在这里给大家总结了一些典型的扭矩衰减原因和相应的解决办法： 总的来说，引起残余扭矩超差的主要原因有以下四类：人为因素，设备因素，零件缺陷，装配工艺。每一个还有具体的细分，让我们来看一下几种典型的案例及解决办法： 1、被装配件的表面粗糙度：材料的变形--局部嵌入 螺栓和工件的表面都会有微小的毛刺,当工件被压紧后,毛刺在较大的夹紧力下“变形”“变短”夹紧力下降，残余扭矩也就会随之下降了。 解决办法：尽量避免部件的表面粗糙度过大，选择表面粗糙度较小的零部件 2、弹性连接材料：尤其是塑料或密封件 拧紧速度过快会导致在最后产生一个“冲击”扭矩，似乎扭矩合格了，但是材料变形来不及释放，在拧紧完成之后，材料的形变才释放开。 解决办法： a.降低最终拧紧的速度用快速旋入加慢速最终拧紧的方式，保证节拍，降低衰减b.分步拧紧：比如分步骤设置目标扭矩60%--80%--100%C.使用拧紧+反松+最终拧紧的方法 设置的初次紧扭矩可以为目标扭矩的80%，这样可以使工件在初次拧紧的时候发生材料形变，不影响最终拧紧结果。 3、过快的装配速度、不合理的装配动作 解决办法： 紧速度过快会导致在最后产生一个“冲击”扭矩，似乎扭矩合格了，但是材料变形来不及释放，在拧紧完成之后，材料的形变才释放开。 4、其他:如装配过程中的温度 螺栓在装配过程中会发热，由于材料不同会导致热膨胀量不一样。在工件冷却之后，也可能会造成扭矩衰减。 解决办法： a.避免不合理的摩擦b.避免热膨胀系数不同/相差过大 五、扭矩衰减 5、注意的问题 a．为了提高残余扭矩，在非标定状态下调整标定系数 此方法不可取，一旦通过调整系数的方式增加实际输出扭矩，会存在两大隐患。第一，提高输出扭矩后可能会出现工件变形或者螺栓断裂，从而引起装配失效第二，使用外部传感器会检测出实际扭矩超扭，而且在外审时，外审也无法通过 当出现残余扭矩过低时，我们怎么做 从工具的角度来讲，我们可以优化拧紧工艺，比如降低速度，多步拧紧等，但很多时候只靠优化工艺无法达到理想的期望值。要做除工具之外的影响因素的排查，人、机、料、法、环、测等全面排查。另外也可以如讨论中所言，建议跟踪产品，从而验证扭矩的衰减是否在合理范围之内。 c．如何区分测试扭矩 大多数关注的两大扭矩是动态扭矩和残余扭矩，之前残余扭矩说成静态扭矩。需要明确检测扭矩的作用是什么，才能准确检测。 六、技术规范 大家平时在工作中，会使用到各种不用的工具，不同工具的校准，标定标准都是不同的。小马这里总结了一些常用的汽车行业的技术规范，和大家分享。 名词说明 质量体系 TS16949:质量管理体系汽车行业生产件与相关服务件的组织实施IS09001：2008的特殊要求 六、技术规范 ISO/TS 16949是以一个以IS09001、QS9000(U.S.)、AVSQ(Italian)、EAQF(French)、和VDA6.1(German)为基础的共同的汽车工业质量体系要求。 扩展知识： 在2002年4月24号，福特，通用和克莱斯勒三大汽车制造商在美国密歇根州底特律市召开了新闻发布会，宣布对供应厂商要采取的统一的一个质量体系规范，这个规范就是ISO/TS16949。整车厂及一级零部件供应商必须具备该资质；需要被定期外审。 技术规范 用于动力工具校验 计量规范 用于扭矩检测类产品的校验 七、装配线防错 在产品的生产过程中如果发生错误可能会对整个生产造成影响。越早地发现问题并处理，对生产线的影响就越小。如果在所有工序都装配完成之后才发现问题，那就要花费很高的成本来返工。 有效的装配线防错就可以保证拧紧合格，确保不正确的拧紧结果不会流落到下个工序。小马就给大家介绍一下装配线防错的理念。 七、装配线防错 1．操作者在拧紧螺栓的时候，有很多情况下会需要在一个工位拧紧多颗螺栓，要怎么保证操作者不漏拧呢？ 2．紧完成了，但是扭矩却没有达到需要的扭矩值，怎样能够及时发现并避免流入到下个工位呢? 3．如果工艺要求螺栓需要装配垫片，那要如果监控拧紧的时候操作者是否放置了垫片呢？ 4．对于大批量生产的企业，装配结果的可追溯性也是质量管理的重要环节。如果工具本身可以监控拧紧过程，并实时记录每一个拧紧结果，那该多好啊。 等等 其实除了以上的工艺要求之外，还有一些螺栓拧紧时的问题：比如说螺栓太短或者太长，垫片放置多了还是少了，螺纹滑牙或者乱丝，螺纹盲孔等情况。其实这些问题都可以通过拧紧的工具来发现。 e三个防错的等级 小马知道各位在不同的拧紧工位，会有各种不用的装配要求，比如对于标准连接和安全连接的要求肯定是不用的。那么针对不同的要求，其实就会用到各种不