如何提高中間軸涂膠螺栓扭矩施加合格率

鄭玉芳 姜磊 鄧智良 林勇

摘 要：文章介紹了總裝車間使用Atlas手持電槍施加中間軸上下端螺栓扭矩工藝，分析了中間軸扭矩施加合格率低的問題，通過對故障件及擰緊結(jié)果數(shù)據(jù)收集與分析，提出了更改轉(zhuǎn)向機小齒輪結(jié)構(gòu)尺寸，減短涂膠螺栓涂膠物理長度 、優(yōu)化電槍程序設(shè)置參數(shù)等措施來提高中間軸扭矩施加合格率。

關(guān)鍵詞：中間軸裝配;涂膠螺栓;電槍參數(shù)設(shè)置;扭矩施加合格率

1 引言

汽車中間軸總成是連接轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向機的轉(zhuǎn)動機構(gòu)，它的作用是將作用在方向盤的受力傳遞到轉(zhuǎn)向機，并將轉(zhuǎn)向輪受到的力和沖擊回傳到轉(zhuǎn)向盤使駕駛員能夠感知路面情況，對汽車采取正確的操控。中間軸與管柱和轉(zhuǎn)向機的連接通過涂膠螺栓進(jìn)行連接，其上下端扭矩緊固極其重要，其任何一點扭矩不合格，輕則造成轉(zhuǎn)向松動異響、轉(zhuǎn)向笨重，重則轉(zhuǎn)向失效，危機駕駛員及乘客安全，造成嚴(yán)重安全事故。

目前總裝車間采用Atlas手持電槍對中間軸螺栓進(jìn)行緊固，而在緊固過程中，常常遇到扭矩施加失敗的問題，該處涂膠不能二次退松打緊，需更換螺栓返修，造成嚴(yán)重的返修成本浪費以及質(zhì)量、生產(chǎn)效率的損失。因此有必要對如何提高中間軸扭矩施加合格率進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2 中間軸裝配工藝

2.1 中間軸裝配分析

中間軸上端與轉(zhuǎn)向管柱總成連接，下端與轉(zhuǎn)向機連接，上下端裝配結(jié)構(gòu)示意，圖見圖1。

裝配結(jié)構(gòu)分析：a、涂膠螺栓先通過轉(zhuǎn)向管柱總成轉(zhuǎn)向節(jié)叉光孔穿入，再擰入螺紋孔，光孔同時具有導(dǎo)向作用，螺栓擰入時，擰歪概率極低;b、轉(zhuǎn)向中間軸與轉(zhuǎn)向管柱總成節(jié)叉配合，花鍵處設(shè)計有盲齒防錯結(jié)構(gòu)，中間軸裝入方向唯一，螺栓與中間軸不存在干涉的情況;c、涂膠螺栓從第4牙開始涂膠，共10-11齒左右，涂膠范圍120°～180°，物理長度18～21mm，主要起防松作用。d、下端裝配結(jié)構(gòu)與上端結(jié)構(gòu)相似，涂膠螺栓使用相同的零件;e、上下端主要區(qū)別在于，上端涂膠螺栓穿過后不會與中間軸平面段干涉，而下端螺栓穿過后可能與小齒輪凹槽干涉，下端凹槽開槽較小;f、轉(zhuǎn)向機小齒輪設(shè)計有上下限位結(jié)構(gòu)，防止裝配后涂膠螺栓與小齒輪干涉，螺栓損壞。

2.2 涂膠螺栓防松原理分析

涂膠螺栓前幾牙不涂膠，起導(dǎo)向作用，便于螺栓能正常對正擰入螺紋孔（此處的螺栓從第4牙開始涂膠）。螺栓擰入后，U-COAT防松膠充滿螺栓螺紋與螺母孔螺紋之間的縫隙，達(dá)到鎖緊的目的。防松螺栓可以反復(fù)的拆卸，涂膠不會完全脫落（附著在原螺栓表面），其防松性能會逐次降低。

2.3 電槍程序設(shè)置

總裝建立精確控制系統(tǒng)，實時監(jiān)控整車扭矩運行狀態(tài)，擰緊控制點開啟角度監(jiān)控，避免滑牙和焊渣螺栓卡死等情況。中間軸電槍擰緊程序控制策略見表1，當(dāng)扭矩值與轉(zhuǎn)角不符合如下邏輯關(guān)系時，電槍將報警扭矩施加失敗。

3 中間軸扭矩施加合格率低

總裝車間某車型自投產(chǎn)以來，轉(zhuǎn)向中間軸上下端連接螺栓扭矩施加合格率為88.5%，車間扭矩施加合格率指標(biāo)為99.0%，嚴(yán)重影響車間裝配效率和質(zhì)量輸出。團(tuán)隊成員運用頭腦風(fēng)暴、對扭矩施加失敗的原因進(jìn)行分析、歸納、現(xiàn)場確認(rèn)、驗證等方式、尋找問題癥結(jié)、攻破該問題。

4 故障件分析

小組團(tuán)隊通過對通過拆解故障件分析，共發(fā)現(xiàn)三種失效模式，下面對每種故障模式進(jìn)行分析，找出問題癥結(jié)，對策制定，對策實施，效果檢查。

4.1 第一種故障模式

故障車轉(zhuǎn)向異響，螺栓法蘭面與安裝面已貼合，拆下故障件螺栓從第6牙開始到最后螺紋全部損壞，螺牙呈擠壓型損傷，對應(yīng)螺紋孔損壞對應(yīng)失效擰緊曲線曲線波動明顯，見圖3。結(jié)合故障狀態(tài)，可分析螺栓擰入過程卡滯，螺栓與轉(zhuǎn)向機存在干涉磨損。

通過對轉(zhuǎn)向機正常件與故障件對比，見圖4。發(fā)現(xiàn)其凹槽開槽位置尺寸不一致，故障件使用內(nèi)窺鏡觀察螺紋孔內(nèi)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向機小齒輪凹槽邊緣凸起，凹槽未與螺栓安裝孔同軸，螺栓旋入過程與該凸起發(fā)生干涉，且裝上中間軸后故障可以重現(xiàn)，因此確定該故障模式原因為：限位凸臺與凹槽相對位置尺寸不合格。

將該處差異輸入至供應(yīng)商整改，齒輪軸R槽裝配尺寸優(yōu)化，將該處R尺寸7.1±0.1mm改為 5.6±0.1mm。改進(jìn)后跟蹤驗證1000件，扭矩施加合格率提高至92.5%，且再無出現(xiàn)該故障模式。

4.2 第二種故障模式

故障車螺栓未打平，螺栓端面穿出螺栓孔3牙左右，拆下故障件螺栓第5～8牙某一牙損傷，對應(yīng)螺紋孔輕微損壞。對應(yīng)這種失效模式擰緊曲線，螺栓擰入過程扭力被卡到15N.m（正常螺栓此時應(yīng)該已經(jīng)完全擰入，但故障螺栓只擰入到中間某個位置），卡過后扭矩緩慢上升，超過設(shè)定的轉(zhuǎn)角值，扭矩施加失敗，電槍亮紅燈。故障件及扭矩施加曲線圖件圖5。圖紙標(biāo)明涂膠U-COAT，按GMW16722-2013執(zhí)行，對涂膠段的擰入力矩做了相應(yīng)要求，要求 涂膠段擰入力矩滿足Fmax≤14N·m。為驗證該要求：團(tuán)隊對涂膠螺栓進(jìn)行擰入力矩對比測試，發(fā)現(xiàn)涂膠量多的情況集中在18N·m左右，涂膠少的在11N左右;得出部分螺栓涂膠段擰入力矩不滿足Fmax≤14 N·m的規(guī)定;同時從故障件我們看到較多的涂膠被刮下。所以有理由推斷螺栓在擰入螺母孔過程中，涂膠堆積使螺紋偏磨，導(dǎo)致螺牙損壞。

通過以上分析所以可以得出結(jié)論涂膠螺栓涂膠量過多是要因。經(jīng)過驗證，將涂膠螺栓涂膠長度物理膠長度由18～21mm變更為10～13mm，裝車驗證1000臺車，扭矩施加合格率提高至97.5%，且路試未報有轉(zhuǎn)向異響的問題。

4.3 第三種故障模式

故障車螺栓打到底部，拆下故障件螺栓無明顯損傷，對應(yīng)螺紋孔完好。對應(yīng)曲線扭矩施加曲線，扭矩施加過程正常，最終扭矩達(dá)到時，最終角度過大，電槍報警扭矩施加失敗。通過重新計算角度，發(fā)現(xiàn)之前程序設(shè)定的最終的260度小于我們計算得到的340度，所以分析得出：角度設(shè)置不合理為要因。

通過如下步驟，重新收集角度數(shù)據(jù)，修改電槍參數(shù)設(shè)置，見表2。

收集更改角度后的數(shù)據(jù)，繪制控制圖（見圖6），根據(jù)控制圖的8項判異原則，極差圖和均值圖內(nèi)所有點均處于受控狀態(tài)，判斷是穩(wěn)定狀態(tài)。

計算過程CPK，見圖7，CPK為1.77>1.33，滿足過程能力要求。

角度重新釋放后，跟蹤1000臺車，中間軸扭矩施加合格率維持穩(wěn)定在99.1%左右。

綜上所述，我們可以得出轉(zhuǎn)向機小齒輪凹槽與限位凸臺相對位置尺寸不合格，涂膠螺栓涂膠量過多;電槍程序設(shè)置不合理是導(dǎo)致扭矩施加合格率偏低的因素。為提高中間軸扭矩施加合格率，可以優(yōu)化轉(zhuǎn)向機小齒輪尺寸、減短涂膠螺栓長度、優(yōu)化電槍參數(shù)設(shè)置。

5 結(jié)語

通過分析在使用Atlas手持電槍施加中間軸螺栓扭矩過程中，出現(xiàn)扭矩施加失敗情況進(jìn)行分析，從零件產(chǎn)品尺寸控制和產(chǎn)品設(shè)計、以及電槍程序設(shè)計的合理性方面提出相應(yīng)的改進(jìn)提升措施。借助問題解決經(jīng)驗，為其他問題解決起到了一定借鑒價值和問題解決參考依據(jù)對。對于其他使用電槍施加扭矩也具有指導(dǎo)作用，扭矩施加合格率，減少企業(yè)制造生產(chǎn)過程中的返修浪費和質(zhì)量成本損失。減少返修浪費，降低問題逃逸風(fēng)險。提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少售后客戶的抱怨，提升客戶產(chǎn)品的滿意度。

參考文獻(xiàn)：

[1]李同科，淺談汽車產(chǎn)品裝配工藝特性的識別與控制[J]，輕型汽車技術(shù)，2014（2）： 245-246.

[2] 聶微.SPC實施指南[M].廣州：廣東經(jīng)濟出版社，2006.

[3]葉蓓華，王曉東均值-極差圖在汽車總裝質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J].汽車技術(shù)，2018（11）： 34-36.

[4]王桂英，汽車發(fā)動機裝配線的SPC質(zhì)量控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中國農(nóng)機化學(xué)報，2018（2）：174-179.

[5]譚洪華.五大質(zhì)量工具詳解及運用案例[M].北京：中華工商聯(lián)合出版社，2006.