扭矩-转角法拧紧工艺条件下的装配质量评价

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1、扭矩-转角法拧紧工艺条件下的装配质量评价林湖（上海大众汽车有限公司201805）         摘要：扭矩-转角拧紧方法在现代螺纹副装配作业中占有重要地位，客观已是关键螺栓紧固所采用的一种主要的方法。但如何在这种工艺条件下对螺纹副的联接质量进行评定，则是一个需要解决的实际问题，本文就此进行了一些探讨。        关键词：螺栓联接扭矩转角法装配质量评定方法1、扭矩-转角拧紧工艺的技术特点所引起的评定问题        螺纹副联接是汽车、内燃机、压缩机等众多机械行业装配作业所广泛采用的一种方法，为确保装配的质量，必须对螺纹副的拧紧状态予以控制。现今用于控制螺

2、纹拧紧的方法主要有扭矩法，扭矩-转角法，屈服点法，螺栓伸长法等4种。其中，螺栓伸长法虽然最为准确、可靠，然而，由于难以在实际的装配机械上实现，故至今尚未用于生产。相比之下，扭矩法因简单易行，长期来一直是螺纹副装配中最常用的方法。但随着对装配质量要求的不断提高，扭矩法的不足也越来越多地暴露出来。因此，近十年来，重要场合下螺栓联接所采用的拧紧工艺基本由扭矩-转角法所取代，大大提高了产品的装配质量。以轿车发动机为例，在现代汽车厂的发动机装配线上，关键螺栓联接，如主轴承盖、缸盖、机油滤清器支架、曲轴轴头等的拧紧工艺都为扭矩-转角法，一些分装线上的重要螺栓联接，象连杆，

3、采用的也是这种方法。        装配拧紧的实质是通过螺栓的轴向预紧力将两个工件（如缸盖与缸体）可靠地联接在一起，因此，对轴向预紧力的准确控制是保证装配质量的基础。通过控制拧紧扭矩间接地实施预紧力控制的扭矩法由于受到摩擦系数等多种不确定因素的影响，导致对轴向预紧力控制精度低。此外，出于安全考虑，最大轴向力在设计时一般设在其屈服强度的70%以下，实际值往往只有30~50%。轴向预紧力小而分散，必然造成材料利用率低、结构笨拙和可靠性差。而扭矩-转角法的实质是控制螺栓的伸长量，在螺栓贴合以后的整个拧紧范围，伸长量始终与转角成正比。在弹性范围内，轴向预紧力与伸长量成

4、正比，控制伸长量就是控制轴向力，螺栓开始塑性变形后，虽然两者已不再成正比关系，但杆件受拉伸时的力学性能表明，只有保持在一定范围以内，轴向预紧力就能稳定在屈服载荷附近。事实上，扭矩-转角法主要通过将螺栓拉长在超弹性极限，达到屈服点，以实现既充分利用材料强度，又完成了高精度拧紧控制的目的。        众所周知，扭矩是一种易测量又易显示的工作参数，而对轴向预紧力的测量则很困难。在评定装配质量，即产品的螺栓联接质量时，若采用扭矩法进行拧紧，则装配工艺的要求表达为，其中为额定扭矩值。据此，很容易确定上、下限控制，但若采用扭矩-转角法，工艺要求的表达形式就完全不同，成

5、为：。其中称为起始扭矩，是达到起始扭矩后螺栓转过的角度，取值一般为等，至于只是转角公差的一种表达形式，也有定为的，或以单边公差表示，如。而对扭矩-转角拧紧工艺条件，该如何评定螺栓联接质量呢？这是企业必须解决的一个实际问题。2．评定装配质量的技术依据        现实情况是尽管扭矩-转角法的拧紧原理与常用的扭矩法有着本质的区别，可在评定产品的装配质量时，还是只能利用扭矩这一参数，采用对最终扭矩进行检查的形式，与执行扭矩法拧紧工艺时一样。但必须指出，采用扭矩-转角法拧紧时，最终扭矩的大小与螺栓联接的摩擦状况、材料强度等因素有关，其最终扭矩的分布比较分散，然而，扭

6、矩的分散正是为了减小轴向预紧力的分散。螺栓联接组件的扭矩系数越大，其最终扭矩就越大；当扭矩系数较小时，其最终扭矩就小。正常情况下，螺栓联接的扭矩系数总是在一定范围内分布，获得的最终扭矩就在一定范围内分布，因此，通过设定合理的最终扭矩范围，能对采用扭矩-转角法拧紧工艺时的装配质量做出评定。        由此产生了间接和直接两种评定模式，虽然它们都是以上述最终扭矩值作为依据，但获得的途径不同。间接法是以拧紧枪在完成螺栓紧固作业那一瞬间所显示的值作为最终扭矩的，一般称为装配扭矩。而直接法则是一种事后检查方法，乃是由专业检查人员手持指针式或电子数显式扭力扳手，直接对

7、产品上某一螺栓联接部位进行扭矩测试，均采用“紧固法”，这样得到的最终扭矩值常称为检查扭矩。        从图1中可以看出，在采用扭矩-转角法装配拧紧工艺时，摩擦系数、预紧力与最终扭矩之间的关系。                                图1超弹性装配时的预紧力和拧紧力矩关系示意图        如果螺栓强度最大，摩擦系数最小，则产生最大预紧力，反之，如果螺栓强度最小，摩擦系数最大，则产生最小预紧力。如果螺栓强度最小，摩擦系数最小，将产生最终扭矩，反之，如果螺栓强度最大，摩擦系数最大，将产生最大最终扭矩。        鉴于用作螺栓紧固的

8、各类器具，无论较简单的手持式扭力扳手还