發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓擰緊技術(shù)

李偉超 蔣明明

【摘 要】發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝主要涉及螺栓擰緊、各零部件密封和摩擦副潤(rùn)滑，其中影響螺栓擰緊扭矩的因素較多：操作者、擰緊工具、擰緊方法和擰緊材料（螺栓或螺母）。為進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，螺栓的扭矩精度控制越來越高。本文以國內(nèi)某發(fā)動(dòng)機(jī)廠提升螺栓擰緊扭力控制精度為例，敘述了發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓扭矩動(dòng)態(tài)擰緊和靜態(tài)檢測(cè)的主要內(nèi)容和注意事項(xiàng)，為有類似需求的企業(yè)和技術(shù)人員提供思考的空間。

【關(guān)鍵詞】發(fā)動(dòng)機(jī) 螺栓擰緊 動(dòng)態(tài)扭矩 靜態(tài)檢測(cè)

作為我國汽車零部件行業(yè)中的重要的一環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件制造工藝技術(shù)如機(jī)加工、焊接、沖壓、噴漆已經(jīng)達(dá)到了世界一流水平，但發(fā)動(dòng)機(jī)的螺栓擰緊技術(shù)與世界先進(jìn)水平仍存在一定的差距。盡管近年來，發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量水平在逐步升高，但螺栓擰緊技術(shù)與國外相關(guān)技術(shù)的研究有一定的差異，螺栓擰緊的差異會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量。

發(fā)動(dòng)機(jī)的螺栓擰緊是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，主要影響因素有擰緊工具、擰緊方法、擰緊順序和禁固件的表面粗糙度等，螺栓擰緊扭矩分為動(dòng)態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩，動(dòng)態(tài)扭矩是指緊固件在被緊固過程中測(cè)量得到的峰值，在擰緊過程中測(cè)量的；靜態(tài)扭矩是指緊固件被緊固之后，將其在擰緊方向上繼續(xù)擰緊方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)瞬間所需要的扭矩，又稱檢測(cè)扭矩。

因此，螺栓擰緊需要根據(jù)不同擰緊工具、擰緊方法、擰緊順序和禁固件的表面粗糙度制定其檢測(cè)扭矩。

1 螺栓緊固原理

螺栓連接的目的是使兩被連接件緊密貼合，并為承受一定運(yùn)動(dòng)載荷，還需要兩被連接件間具備足夠的夾緊力，以確保被連接件的可靠連接和正常工作。而夾緊力需要通過對(duì)螺栓施加扭矩進(jìn)行轉(zhuǎn)換，施加的扭矩50%克服螺栓頭下摩擦力，40%克服螺紋副的摩擦力，剩余10%轉(zhuǎn)換成夾緊力（如圖1）。

圖1

2 螺栓擰緊方法

緊固件的夾緊力依靠

2.1 扭矩控制法（T）

扭矩控制法是最開始同時(shí)也是最簡(jiǎn)單的控制方法，它是當(dāng)擰緊扭矩達(dá)到某一設(shè)定的控制值，立即停止擰緊的控制方法。

2.2 扭矩-轉(zhuǎn)角控制法（TA）

扭矩-轉(zhuǎn)角控制法首先將螺栓擰緊到一個(gè)不大的扭矩后，再從此點(diǎn)開始，擰緊一個(gè)規(guī)定的角度的控制方法。其優(yōu)點(diǎn)是螺栓軸向預(yù)緊力精度高，可以獲得較大的螺栓軸向預(yù)緊力，其數(shù)值可集中在平均值附近。

2.3 屈服點(diǎn)控制法（TG）

屈服點(diǎn)控制法是利用材料屈服的現(xiàn)象發(fā)展起來的一種高精度控制方法。是通過對(duì)擰緊的扭矩/轉(zhuǎn)角的斜率的連續(xù)計(jì)算和判斷來確定屈服點(diǎn)的。其擰緊精度非常高，誤差能控制在±4%之內(nèi)，但其精度主要取決于螺栓本身的屈服強(qiáng)度。

2.4 落座點(diǎn)-轉(zhuǎn)角控制法（SPA）

落座點(diǎn)-轉(zhuǎn)角控制法是在扭矩-轉(zhuǎn)角控制法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用扭矩曲線的線性段與轉(zhuǎn)角的A的坐標(biāo)交點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)對(duì)螺栓軸線預(yù)緊力的影響幾乎可以完全消除。

2.5 螺栓伸長(zhǎng)法（QA）

螺栓伸長(zhǎng)法是通過測(cè)量螺栓的伸長(zhǎng)量來確定是否達(dá)到屈服點(diǎn)的一種控制方法。雖然每個(gè)螺栓的屈服強(qiáng)度不一致，會(huì)給螺栓的擰緊帶來誤差，但其誤差一般非常小。

3 擰緊工具

根據(jù)螺栓擰緊工具可以將分為三大類，電動(dòng)擰緊工具、風(fēng)動(dòng)擰緊工具和手持定扭扳手，風(fēng)動(dòng)擰緊工具分為油壓脈沖扳手和沖擊扳手。電動(dòng)擰緊工具的控制精度為3%-5%，油壓脈沖扳手的控制精度為10%-15%，手持定扭扳手的控制精度5%-10%。

4 扭矩測(cè)量與質(zhì)量控制

4.1擰緊結(jié)果的檢測(cè)方法

螺栓使用擰緊工具擰緊后，需要對(duì)擰緊效果進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)扭矩受緊固件之間的連接形式影響較大，硬連接時(shí)靜態(tài)檢測(cè)扭矩大于動(dòng)態(tài)扭矩值，軟連接時(shí)靜態(tài)檢測(cè)扭矩值大于動(dòng)態(tài)扭矩值。

靜態(tài)扭矩的檢測(cè)方法有三種：

松開法：將擰緊的螺栓使用扭矩扳手松開，讀出松開的瞬時(shí)扭矩。由于螺紋升角的關(guān)系，松開的扭矩比擰緊扭矩要小，一般差30%左右。

緊固法：對(duì)已擰緊的螺栓用擰緊扳手，沿螺栓的擰緊的方向再施加一個(gè)逐漸增大的扭矩，直至螺栓再一次產(chǎn)生擰緊運(yùn)動(dòng)，讀出此時(shí)的瞬時(shí)值。此方法扭矩檢測(cè)偏差為實(shí)際扭矩的-5%-﹢25%。其偏差產(chǎn)生的原因：在旋轉(zhuǎn)螺栓的瞬時(shí)所產(chǎn)生的摩擦阻力不同于擰緊過程中的摩擦力，兩者的摩擦系數(shù)不相同（前者是靜摩擦，后者是動(dòng)摩擦）；同時(shí)操作人員掌握程度、用力大小、感覺偏差的影響，均會(huì)造成不同程度的偏差。

標(biāo)記法：對(duì)已擰緊螺栓的位置做一個(gè)標(biāo)記，將螺栓擰松之后，讀出再擰緊到原來位置時(shí)的扭矩值。此方法的扭矩檢測(cè)偏差為實(shí)際扭矩的-12%-+5%。

4.2螺栓擰緊與檢測(cè)

螺栓的擰緊和檢測(cè)要綜合考慮緊固件的材料、擰緊方法、擰緊工具等。下面將以國內(nèi)某知名發(fā)動(dòng)機(jī)及企業(yè)（簡(jiǎn)稱A公司）的螺栓擰緊和檢測(cè)進(jìn)行論述說明。

A公司以建設(shè)新發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線為切契機(jī)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量，借鑒同行業(yè)先進(jìn)的擰緊技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵部位的零部件使用電動(dòng)扳手?jǐn)Q緊，中等特性的零部件使用定扭扳手進(jìn)行擰緊，特性要求低的零部件使用油壓脈沖扳手進(jìn)行擰緊。

螺栓的一部分?jǐn)Q緊工藝是由產(chǎn)品開發(fā)時(shí)制定的；螺栓的一部分?jǐn)Q緊工藝是由工藝部門在生產(chǎn)過程中進(jìn)行開發(fā)或改進(jìn)，擰緊工藝的改進(jìn)需要依據(jù)檢測(cè)的結(jié)果。A公司為了提高螺栓的擰緊精度，使用緊固法測(cè)量螺栓擰緊后扭矩，建立各零部件的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

A公司的工藝部門對(duì)螺栓擰緊檢測(cè)積累大量的數(shù)據(jù)并制定了檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，下列主要列舉兩種零部件的擰緊檢測(cè)，一種是硬連接，一種是軟連接。

軟連接：擰緊時(shí)使用電動(dòng)扳手?jǐn)Q緊，螺栓的擰緊均值值是115.15Nm，標(biāo)準(zhǔn)偏差（Sigma）0.10，3Sigma是0.30，扭矩值如表1。

故將此螺栓的擰緊檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)制定為131Nm-149Nm。

螺栓的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)制定的注意事項(xiàng)：

（1）需要依據(jù)檢測(cè)零部件的連接特性、測(cè)量的擰緊結(jié)果；

（2）對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，并進(jìn)行MSA統(tǒng)計(jì)分析，提高檢測(cè)精度；

（3）根據(jù)零部件連接的差異，建立適應(yīng)本公司產(chǎn)品的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。