汽车行业的紧固件装配线上,可能会看到上述图表(或类似),显示选定螺栓连接装配过程中采集的扭矩和角度点的图。
下面,简要说明一下用这些图表能做什么?
如何利用装配工具中的这些特性,来帮助您提高产品的质量、效率和性能?
为了回答上述问题,我们首先需要理解几个简单的概念:
1-扭矩
2-转角
3-夹紧力
4-以及它们是如何紧密结合在一起的……
但让我们试着让它变得简单,并以非常简单的方式给出这些概念:
#1-扭矩:施加在螺栓头或螺母上的必要动量,以便在压缩组装部件的同时拉伸螺栓/螺柱。扭矩是力(与螺栓/螺栓轴相切)x距离(螺栓/螺栓轴与力的驱动点之间的长度)。
#2-转角:应用于紧固件的旋转量(度)。也就是说,如果你把紧固件绕轴旋转一圈,就需要施加度的旋转。
#3-夹紧力:产生轴向力的量,并且需要克服关节和头部(螺纹和螺纹)之间的所有摩擦,并在压缩部件紧固的同时拉伸男性紧固件。扭矩通常以牛顿x米(牛米)为单位,夹紧力通常以千牛顿(千牛)为单位。
所有紧固件装配操作的目标是共同的:
避免装配故障(螺纹脱落、断裂、低扭矩、野外装配故障等);
达到较高的cp和cpk。
现在,我们了解并可以区分前面解释的概念,来如何使用它们分析我们的扭矩-角度曲线并作出改进?
为了举例说明这项任务,我特别收集了同一螺栓连接的不同组件的数据,并将这些点绘制在一个组合扭矩角图中(见下文):
——螺栓1——螺栓2——螺栓3——螺栓4
在我们继续分析这4个完全相同的紧固连接装配过程之前,我们可以认为:完全相同的紧固连接过程,意味着完全相同的弹性形变(压缩零件时每单位力的变形mm)。
上图所有4个装配过程都呈现出非常相似的贴合扭矩(在10到12nm之间)。对于那些不理解贴合扭矩(sungtorque)的人来说,可以理解为紧固连接(所有相关部件在一起,包括螺栓)开始以近似恒定的速率变形的点。
从那时起,每增加一个单位夹紧力,就意味着每一个连接部件和整个紧固连接的变形量都是恒定的。
如果连接处没有收缩(零变形),唯一变形的元件就是紧固件,如果这样,那就意味着每旋转度,紧固件就会完全按其节距拉伸也就是说,一个M10x1.5的螺栓应该会拉伸1.5毫米。
考虑到这一点,现在看看4个装配过程,注意螺栓3所需的位移量,因此在相同的精确的紧固连接过程中,我们达到了40nm。
同时注意,与其他三条曲线(1.07到1.12nm/度)相比,该曲线的梯度为0.6nm/度。
换言之,在知道连接处刚度没有变化的情况下,我们可以很容易地假设摩擦系数有很大的变化导致第4条曲线和另外3条曲线明显不同最后结果是在所有4个装配过程之间实现的夹紧力也会有很大的变化。
虽然#1、#2和#4具有相似的扭矩特征(这并不一定意味着它是该连接处的理想选择),但#3呈现出更柔和的特性,不呈现任何塑性变形(如果我必须选择,在大多数情况下,我希望1、2和4更像3,会保证连接处有更多的夹紧力)。
通过不时查看拧紧设备扭矩转角信号,可以为接下来工作提供方向:
是否需要与你的供应商核实他们有效控制了紧固件的摩擦系数,
是否你获得的夹紧力变化太大(也可以与你用仪器测量夹紧力时的一组数据相比较),
是否出现任何异常(图示非线性部分),
是否达到甚至通过屈服点等。
最后,确定是否对该连接处做重新设计考虑或更新装配工艺和设施,来保证整个零部件系统的有效可靠连接。