擰緊設(shè)備一般過(guò)程和相應(yīng)的規(guī)范要求，皆在用于對(duì)擰緊設(shè)備工藝設(shè)計(jì)、工藝開(kāi)發(fā)和工藝維護(hù)過(guò)程的指導(dǎo)，對(duì)相關(guān)擰緊的前期策劃和后期維護(hù)起到積極的作用。

本手冊(cè)使用于發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵螺栓的擰緊設(shè)備及要求。

01 產(chǎn)品工藝性評(píng)估

任何機(jī)體均是由多種零件連接（即組裝）起來(lái)的，而零件的連接有多種，采用螺栓連接就是其中*常用的一種，而欲采用螺栓連接就必須應(yīng)用擰緊，因而這“擰緊”也就成了裝配工作中應(yīng)用得極為廣泛的概念。零件采用螺栓連接的目的就是要使兩被連接體緊密貼合，并承受一定的動(dòng)載荷，還需要兩被連接體間具備足夠的壓緊力，以確保被連接零件的可靠連接和正常工作。

這樣就要求作為連接用的螺栓，在擰緊后要具有足夠的軸向預(yù)緊力。然而這些里的施加，也是依靠“擰緊”來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)?，我們很有必要了解一些有關(guān)擰緊的基本概念。

1.01 擰緊方法分類(lèi)

1.01.01 力矩控制法（T）

力矩控制法*開(kāi)始使用同時(shí)也是*簡(jiǎn)單的控制方法，它是當(dāng)擰緊力矩達(dá)到某一設(shè)定的控制值Tc時(shí)，立即停止擰緊的控制方法。

1.01.02 力矩-轉(zhuǎn)角控制法（TA）

又稱(chēng)超彈性控制法。

力矩-轉(zhuǎn)角控制法是在力矩控制法上發(fā)展起來(lái)的，應(yīng)用這種方法，首先是把螺栓擰到一個(gè)不大的力矩后，再?gòu)拇它c(diǎn)開(kāi)始，擰一個(gè)規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法。

它是基于一定的轉(zhuǎn)角，使螺栓產(chǎn)生一定的軸向伸長(zhǎng)及連接件被壓縮，其結(jié)果是產(chǎn)生一定的螺栓軸向預(yù)緊力。

應(yīng)用這種方法擰緊時(shí)設(shè)置初始力矩（TS）的目的是把螺栓或螺母擰到緊密接觸面上，并克服開(kāi)始時(shí)的一些如表面凹凸不平等不均勻因素。而螺栓軸向預(yù)緊力主要是在后面的轉(zhuǎn)角中獲得的。

摩擦阻力的不同僅影響轉(zhuǎn)角的起點(diǎn)，并將其影響延續(xù)到*后。而在計(jì)算轉(zhuǎn)角之后，摩擦阻力對(duì)其的影響不復(fù)存在，故其對(duì)螺栓軸向預(yù)緊力影響不大。因此，其精度比單純的力矩控制法高。

從圖1可見(jiàn)：力矩-轉(zhuǎn)角控制法對(duì)螺栓軸向預(yù)緊力影響*大的是測(cè)量轉(zhuǎn)角的起點(diǎn)，及途中Ts所對(duì)應(yīng)的S1（或S2）點(diǎn)。

因此，為了獲得較高的擰緊精度，應(yīng)注意對(duì)S點(diǎn)的研究。

力矩-轉(zhuǎn)角控制法與力矩控制法*大的不同在于：力矩控制法通常將*大螺栓軸向預(yù)緊力限定在螺栓彈性極限的90%處，即圖2中Y點(diǎn)處；而力矩-轉(zhuǎn)角控制法一般以Y-M區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)，*理想的是控制在屈服點(diǎn)偏后。力矩-轉(zhuǎn)角控制法螺栓軸向預(yù)緊力的精度是非常高的，通過(guò)圖2即可看出，同樣的轉(zhuǎn)角誤差在其塑性區(qū)的螺栓軸向預(yù)緊力誤差ΔF2比彈性區(qū)域的螺栓軸向預(yù)緊力誤差ΔF1要小的多。

1.01.03 屈服點(diǎn)控制法（TG）

屈服點(diǎn)控制法是把螺栓擰緊至屈服點(diǎn)后，停止擰緊的一種方法。它是利用材料屈服的現(xiàn)象而發(fā)展起來(lái)的一種高精度的擰緊方法。這種控制方法，是通過(guò)對(duì)擰緊的力矩/轉(zhuǎn)角曲線斜率的連續(xù)計(jì)算和判斷來(lái)確認(rèn)屈服點(diǎn)的。螺栓在擰緊的過(guò)程中，其力矩/轉(zhuǎn)角的變化曲線見(jiàn)圖3。

真正的擰緊開(kāi)始時(shí)，斜率上升很塊，之后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的變緩后而保持恒定。過(guò)b點(diǎn)后，其斜率經(jīng)簡(jiǎn)短的緩慢下降后，又快速下降。

當(dāng)斜率下降一定值時(shí)（一般定義，當(dāng)其斜率下降到*大值的二分之一時(shí)），說(shuō)明已達(dá)到屈服點(diǎn)（即圖3中的Q點(diǎn)），立即發(fā)出停止擰緊信號(hào)。

屈服點(diǎn)控制的擰緊精度是非常高的，其預(yù)緊力的的誤差可以控制在±4%以?xún)?nèi)，但其精度主要是取決于螺栓本身的屈服強(qiáng)度。

02擰緊工藝設(shè)計(jì)

1.01 擰緊軸的選擇

擰緊軸的選擇，遵循以下幾點(diǎn)原則：

• 選用軸的*大力矩值應(yīng)為起擰緊安裝的*大力矩值的1.5倍。

• 任何情況下，擰緊軸都應(yīng)該配備*少50mm的可伸縮量。

• 擰緊必須匹配±3%，±1°的角度公差。

• 擰緊結(jié)束時(shí)的速度必須在15rpm到35rpm之間，以避免低速摩擦系數(shù)改變的現(xiàn)象。

• 能夠通過(guò)擰緊控制器查詢(xún)*近至少100個(gè)擰緊數(shù)據(jù)。力矩和角度值可以通過(guò)一個(gè)協(xié)議或其它系統(tǒng)存儲(chǔ)在標(biāo)簽里以供使用。

• 通過(guò)查看擰緊窗口，我們必須可以看到擰緊曲線。曲線的閱讀如下：力矩/時(shí)間，角度/時(shí)間，力矩-斜率/角度。

• 其他模塊要求參考通用技術(shù)協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

1.02 擰緊裝備選擇

擰緊設(shè)備的選擇，遵循以下幾點(diǎn)原則：設(shè)備裝配螺栓禁止采用朝下擰緊裝配原則，防止螺栓掉落到工件內(nèi)部。

• 定位采用一面兩銷(xiāo)式定位，輔助夾緊機(jī)構(gòu)須對(duì)工件無(wú)損傷，若是易損件，須制定更換周期。

• 工件擰緊時(shí)，必須保證工件已被固定。

• 擰緊前，需要保證連接件與被連接件貼合。

1.03 擰緊規(guī)范的制定

關(guān)鍵螺栓擰緊常包含以下幾種功能步驟：認(rèn)冒、快速擰緊、目標(biāo)擰緊、擰緊結(jié)束。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)擰緊參數(shù)統(tǒng)計(jì)及經(jīng)驗(yàn)參考。規(guī)范各功能步驟常用要求。并建議每種產(chǎn)品擰緊過(guò)程包含以上四種要求。

1.03.01 認(rèn)冒要求

認(rèn)冒需為擰緊步驟的開(kāi)始內(nèi)容。無(wú)論哪種擰緊系統(tǒng)，雖然認(rèn)冒程序不同，但其認(rèn)冒形式是通用的。要求如下：注：根據(jù)各自節(jié)拍，可適時(shí)搭配認(rèn)冒角度與認(rèn)冒速度。

1. 所有認(rèn)冒步驟要求優(yōu)先采用角度控制，其次采用時(shí)間控制。

1.03.02 快速擰緊要求

快速擰緊是利用較快的擰緊速度將螺栓擰緊貼合到某一目標(biāo)力矩。目的在于縮短擰緊時(shí)間，要求如下：注：對(duì)于工藝設(shè)計(jì)在前面工序已實(shí)現(xiàn)快速擰緊（例如提前預(yù)擰到位），擰緊程序可不包含此要求。

1.03.03 擰緊結(jié)束動(dòng)作要求

擰緊結(jié)束后，螺栓頭部與套筒可能相互受力，導(dǎo)致脫帽困難。

這時(shí)，可適當(dāng)增加一個(gè)翻轉(zhuǎn)小角度的脫帽步驟，但必須注意，脫帽監(jiān)控力矩＜2Nm，防止反轉(zhuǎn)角度過(guò)大導(dǎo)致螺栓松動(dòng)。

注：要求的-3~-5°指作用在螺栓頭部的角度。若設(shè)備中間有較多或較長(zhǎng)的連接桿，程序設(shè)置角度或許會(huì)高點(diǎn)。對(duì)于螺栓為內(nèi)六角螺栓，脫帽程序應(yīng)用更為普遍。

1.03.04 特殊擰緊工藝要求

• 多軸同步擰緊：對(duì)于多軸擰緊工藝，要求每步同時(shí)擰緊。

• 擰緊保持：一般的，力矩衰減發(fā)生在50ms內(nèi)，所以，可以采用擰緊保持功能，以減少力矩衰減。

03機(jī)器能力指數(shù)

機(jī)器能力指數(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)用于評(píng)定機(jī)械設(shè)備能力的一種主要指標(biāo)。

通過(guò)剖析用于批量生產(chǎn)的螺栓擰緊設(shè)備兼有檢測(cè)器具和制造設(shè)備的雙重特性，除必須進(jìn)行精度測(cè)試外，還應(yīng)該做機(jī)器能力評(píng)定。

如何評(píng)定置放于車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)、用于批量生產(chǎn)的螺栓擰緊設(shè)備（器具），是一個(gè)無(wú)論對(duì)新購(gòu)擰緊槍進(jìn)行驗(yàn)收，還是對(duì)在用的設(shè)備做周期校準(zhǔn)時(shí)都必然會(huì)遇到的問(wèn)題。

1.01 機(jī)器精度檢測(cè)

動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)法有時(shí)被稱(chēng)為“過(guò)程法”，盡管根據(jù)具體做法的不同，它們又可分成幾種，但基本思路相同，都是將擰緊槍的輸出扭矩值/角度與用作測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的扭矩/角度傳感器的讀數(shù)值加以比對(duì)。

1.02.01 機(jī)器能力指數(shù)值

設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)收、確認(rèn)時(shí)，若對(duì)它們只進(jìn)行單純的精度評(píng)定是很不夠的。還需要機(jī)器能力指數(shù)Cm及Cmk來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

對(duì)于新設(shè)備，測(cè)量數(shù)據(jù)n≤50 組時(shí)，設(shè)備能力應(yīng)按照下表要求進(jìn)行。

對(duì)于舊設(shè)備改造等情況，設(shè)備能力應(yīng)按照下表要求進(jìn)行（n＞50）。

1.02.02 機(jī)器能力指數(shù)計(jì)算公式

當(dāng)中心值與公差帶中心重合時(shí)，按Cm值調(diào)查：

當(dāng)中心值與公差帶中心不重合時(shí)，按Cmk調(diào)查：

式中：OT－*大極限尺寸 UT－*小極限尺寸 S－標(biāo)準(zhǔn)偏差，

式中：Xi－第i件被測(cè)零件的測(cè)量值 X－平均測(cè)量值 n－抽檢零件數(shù)

X1、X2…Xn為每個(gè)被測(cè)零件的實(shí)際測(cè)量值。

1.03 實(shí)例  通過(guò)以下實(shí)例，我們將會(huì)對(duì)螺栓擰緊設(shè)備的校準(zhǔn)，尤其是對(duì)其機(jī)器能力的評(píng)定有一個(gè)更**、更形象的了解。

例3：裝配工藝規(guī)定，連接扭矩為55Nm±5Nm，設(shè)備的扭矩控制精度為±3%。

借助專(zhuān)用的支架，將高精度扭矩傳感器直接連在動(dòng)力頭與螺紋付之間，操作時(shí)可同時(shí)讀出擰緊槍的輸出扭矩值MW和用作測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的扭矩傳感器的讀數(shù)值MS。

作為新設(shè)備驗(yàn)收的重要內(nèi)容之一，必須進(jìn)行精度和機(jī)器能力測(cè)試。

在該螺栓擰緊設(shè)備處于穩(wěn)定狀態(tài)后，連續(xù)模擬裝配50次，從而獲得二組實(shí)測(cè)扭矩值：Mwi和Msi，如表1所示。

表1中的第四列是這二個(gè)扭矩值之差，其數(shù)值大小反映了被檢設(shè)備的精度。

按給出的定義和該設(shè)備所規(guī)定的精度指標(biāo)±3%，可求出受控扭矩的上下極值：

±3%*55=±1.65(Nm)

與表1中第三列（Mw-Ms）的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，均在±1.65的范圍之內(nèi)，故可以確認(rèn)，這臺(tái)固定式螺栓擰緊設(shè)備的精度是合格的。

然后，再根據(jù)表1中的二組連續(xù)測(cè)出的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行該設(shè)備的機(jī)器能力評(píng)定，結(jié)果如表2所示。

在新設(shè)備驗(yàn)收時(shí)，必須滿(mǎn)足Cm≥1.67和Cmk≥1.67，故對(duì)被檢螺栓擰緊設(shè)備的測(cè)評(píng)表明，其機(jī)器能力不僅達(dá)到要求，而且綽綽有余。