螺栓连接工艺监控

企业集团质量保证 总成K-QS-6 建议目录 螺栓连接的工艺监控 批准交付： （签字） R. Dziggel (K-QS-6) 交付日期： 审核： 编制： 版本： 文件名： 2001.04.01 Dr. I. Slimák博士，K-QS-61 Gödde，K-QS-61，2001.04.12 1 EK_G_007_V1 内容目录 页次 1 2 3 引言 建议的汇总 螺栓连接的工艺监控 3 3 4 1 引言 本目录将给出基于螺栓连接中工艺监控的产品建议和工艺建议，并阐明从螺栓连接时工艺能力的观点出发必须注意的方面。 进而将阐明，仅靠由装配参数确定cpk-值做成的有关螺栓拧紧质量的结论是无意义的。 目录并不要求完整性，而应不断补充以适用于企业集团设计技术条件EC-螺栓系统以及中央标准VW 011 10, VW 011 26-1, VW 011 26-2和VDI规程2862。 若获知重要的新知识，则将对本建议进行修改。 在编制本目录时，来自VW Hannover（汉诺威大众），VW Braunschweig（布伦瑞克大众），VW Kassel（卡塞尔大众），VW Salzgitter（萨尔茨基特大众），Audi Ingolstadt（英戈尔施塔特奥迪）及Audi Györ（居敖儿奥迪）所在地的专业人员进行了合作。 本目录中的建议有个前提，即需要验证所使用螺栓拧紧工具的机械性能（cmk）。 关于机械性能问题，也请参阅建议目录“螺栓拧紧工具的机械性能与校准”（EK_A _004）。 2 建议的汇总 有关产品造型的建议： K1- 作为设计规定应选择转角控制而不是弹性极限受控的拧紧工艺。 有关工艺设计的建议： P1- 电气监控的拧紧系统应在拧紧系统中配备冗余的测量回路。 P2- 须通过控制参数对螺栓拧紧工艺进行监控。 P3- 对所选择的安装参数和控制参数（实测值）应基于它们的分布进行统计处理 或评价。 P4- 螺栓拧紧工具须调整至它的额定转矩。 P5- 为了收集拧紧工艺中的变化及螺栓连接中的收缩特性，须测定拆卸扭矩。 P6- 为测定拆卸扭矩必须使用专用的工具。 P7- 应编制现有螺栓连接的一览，在该表中了工艺合格及对批量监控必要 的验证。 3 螺栓连接时的工艺监控 K1- 作为设计规定应选择转角控制而不是弹性极限受控的拧紧工艺。 在总成装配区域，从来未见弹性极限受控的拧紧工艺（AS10*）比转角受控的拧紧工艺（AW10*或AW11*）具有任何优越性。因此应优先选用转角受控的拧紧工艺（AW10*或AW11*）。 * 拧紧工艺的质量等级（参阅标准VW 011 10） P1- 电气监控的拧紧系统应在拧紧系统中配备冗余的测量回路。 拧紧系统的监控应通过拧紧系统中冗余的测量回路实现。其中两个测量传感器的测量值的偏差（驱动端测量传感器对从动端测量传感器）包括传动的影响应小于5%。 若拧紧系统不具有第二个冗余的测量回路，通常进行比较测量（例如采用一个拧紧情况模拟器或带外接传感器的测量仪器箱）。 所有情况下，测量回路都必须是相互独立的。 P2- 须通过控制参数对螺栓拧紧工艺进行监控。 除了下列控制参数 · 转矩受控的拧紧工艺中的转角控制 · 转角受控的拧紧工艺中的转矩控制 以外，建议对拧紧过程附加通过以下控制参数进行监控： · 拧紧转矩控制 · 爬行（stick-slip）控制 · 拧紧时间控制 · 超弹性拧紧方法中的梯度控制。 转角或转矩控制窗口的规定或设定须对至少100次拧紧过程的实测值按照统计处理方法来确定。其中详细的介绍请参阅标准VW 011 10。 P3- 对所选择的安装参数和控制参数（实测值）应基于它们的分布进行统计处理 或评价。 我们建议，永久固定或定期地通过抽样对表1中提到的装配参数及控制参数（实测值）基于它们的分布进行统计评估。 控制参数的统计评价的目的是，及时辨别螺栓拧紧中的变化（产品及工艺的影响）。 为了实现有效的实测值分析，必须使各螺栓拧紧系统连接成网。数据应以一种能够直接采用程序QS-STAT（Q-DAS公司出品）处理的格式保存。 表1：进行统计评价的工艺参数 转矩受控的拧紧工艺 转角受控的拧紧工艺 装配参数 拧紧转矩 初始旋进转矩； 旋进转角 控制参数 旋进转角的实测值； 旋入转矩 旋进转矩的实测值； 旋入转矩 基于装配参数的工艺性能参数（cpk-值）单独是不足以评价螺栓拧紧情况的。 例如，一个cpk-值籍螺栓拧紧转矩只是粗略地描述与目标量预张紧力有关的工艺性能，因为所产生的预张紧力还受到摩擦，配合损耗等因素的影响。 对于转矩受控的拧紧工艺，例如，可通过对实测拧紧转角的计算推断出预张紧力数值的分散情况。 图1和图2根据一个螺栓拧紧的实例指出，对于评价一个拧紧工艺仅凭拧紧转矩判断（图1）是不够的。在该例中拧紧转矩数值的分散性很小。 对于该螺栓拧紧的实例，还分析了旋进转角的实测值（图2），于是人们发现，旋进转角数值分散在很大的范围内并形成了两个统计分布。 这两个分布例如可能是由于旋进过程中的变化引起的。通过及时确定转角控制窗口（两个极限值设置离开不太远）就能及时识别工艺中的变化。 ← 相对频度 下限 上限 ← 绝对频度 转矩 [Nm] NV → 图1：根据一个螺栓拧紧实例的旋进转矩分布[实例来源Werthe先生，部门N-QK] ← 相对频度 下限 上限 ← 绝对频度 转角[ º] MV → 图2：根据一个螺栓拧紧实例的旋进转角分布[实例来源Werthe先生，部门N-QK] P4- 螺栓拧紧工具须调整至它的额定转矩。 螺栓拧紧工具必须调整至额定转矩，这就是说，旋进扭矩不能在公差范围内按照拆卸扭矩的测量结果自主地上下校正，以便调整螺栓连接中的配合情况。 （提示：拆卸扭矩肯定不与图纸上标示的拧紧转矩相符合。） P5- 为了收集拧紧工艺中的变化及螺栓连接中的收缩特性，须测定拆卸扭矩。 对于转矩受控的拧紧工艺应定期检验，看拆卸扭矩MNA1或MNA2是否处于先前规定的转矩范围内。 对于转角受控的拧紧工艺应定期检验，看拆卸扭矩MNA1是否处于先前规定的转矩范围内或者它达到了原先规定的MNAmin-数值。测量拆卸扭矩的方法的优点在于，即使当松开扭矩较高时也能辨别较低的拆卸扭矩（参阅建议P6）。 根据从至少50个螺栓连接测定的拆卸扭矩的分散情况确定，在今后的批量生产中拆卸扭矩将处于怎样的范围内。测定这种拆卸扭矩的极限值仅对合格产品进行。 拆卸扭矩的数值范围根据统计规则以及螺栓专家对螺栓的评价来确定。 对规定拆卸扭矩范围极限值的超越表示，工艺或构件发生了变化并且必须根据螺栓状态的评价分别进行评估。 按照工艺性能参数来评价拆卸扭矩的做法不值得推荐，因为拆卸扭矩受到零件的影响（如摩擦，配合状况等）并且也不能做出涉及螺栓连接中预紧力的可靠逻辑推理。 P6- 为测定拆卸扭矩必须使用专用的工具。 为了测定拆卸扭矩应使用专用的转矩扳手BLM 2520S（图3），因为需要测定拆卸扭矩（MNA）而不是松开转矩。 这种专用的转矩扳手除了能测定松开转矩外也能测定较低的拆卸扭矩（图4）。 所使用转矩扳手应具备一个图形显示屏，通过该显示屏用一个转矩-转角图线来显示测得的拆卸转矩。 图3：BLM公司产转矩扳手（N-QK, Werthe先生） 图4：松开扭矩及拆卸扭矩的图示（N-QK, Werthe先生） P7- 应编制现有螺栓连接的一览表，在该表中记录了工艺合格及对批量监控必要 的验证。 工艺合格需要所使用的螺栓拧紧工具的机械性能（cmk）的验证及控制参数的确定和调整。 在批量生产的监控时，除了受控拧紧系统的控制参数外还必须考虑试验参数，例如对于需要计及高配合损耗的螺栓就必须考虑拆卸转矩。 表2及表3说明工艺合格交付及批量监控时所须考虑的事项。 表2：转矩受控的拧紧工艺 特点 工艺合格 批量生产监控 拧紧转矩MA 验证螺栓拧紧工具使用之前的机械性能（cmk-值） 拧紧系统中的比较测量或冗余的测量回路 自阈值转矩至断开点的 监控转角WA 确定或调整监控螺栓拧紧过程的转角控制窗 转角控制窗及实测值分布评价 其它监控参数 确定监控参数 爬行控制；旋入转矩；旋进时间；电流吸收 拆卸专矩（MNA1或MNA2） 测定MNA1或MNA2 抽样试验，MNA的数值是否处于测定值的范围 表3：转角受控的拧紧工艺 特点 工艺合格 批量生产监控 初始旋进转矩（MVA）； 自阈值转矩至断开点的旋进转角（WA）； 验证螺栓拧紧工具使用之前的机械性能（cmk-值） 拧紧系统中的比较测量或冗余的测量回路 监控转矩 MA 确定或调整监控螺栓拧紧过程的转矩控制窗 转矩控制窗及实测值分布评价 其它监控参数 确定监控参数 爬行控制；旋入转矩；旋进时间；梯度；电流吸收 拆卸专矩（MNA1） 测定MNA1 抽样试验， - MNA1的数值是否处于测定值的范围 - 是否达到MNa1Min 扭矩 转角 (时间) 松开扭矩 第11页，共10页