李德鑫 韦军 覃祖宾

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007

1 前言

汽车总装线常见拧紧工具按动力源可以分为三类：手动拧紧工具，电动拧紧工具和气动拧紧工具。其中，电动拧紧工具因其具有体积小，重量轻，性能稳定可靠等优点而得到广泛使用。常见手持式电动拧紧工具以电池作为动力源，通常被称为“电池枪”。电池枪拧紧精度在10%以内，受手部人机工程限制，一般适合用于小扭矩拧紧点（≤10N.m）。

2 拧紧扭矩影响因素

衡量零部件装配后的拧紧质量，常见方法是测量紧固件的静态扭矩（也称检测扭矩），测量的静态扭矩在监控范围内，并且计算的过程能力水平高CP ≥1.33（CPK 受均值影响大，不适用于本文验证环境），说明拧紧扭矩质量稳定可靠。影响静态扭矩的因素很多，包括紧固件类型、摩擦系数、工具性能、拧紧转速、零件材料等等，本文主要探讨拧紧转速的影响。

3 转速影响分析

电池枪没有复杂的控制器和传感器，整个拧紧过程转速是固定的。在生产线实际运行中，为了减少操作时间，电池枪转速一般会设置的比较高。较高的转速会造成工具稳定性差，受转动惯性等因素的影响，转速越高扭矩过冲问题越严重。同时，较高的转速也会降低拧紧过程的摩擦系数，引起轴向夹紧力变大[1]，造成滑牙，钣金变形及支架开裂等缺陷的风险增大。

4 拧紧验证

小扭矩拧紧点按材料不同，一般可以分为“拧紧钣金”和“拧紧塑料”两类，两者拧紧环境存在差异。选取某车型拧紧钣金类型的前门锁体，以及拧紧塑料类型的真空罐和压力传感器为验证对象，对不同拧紧类型的前门锁体和真空罐，验证相同的转速变化，对相同拧紧类型的真空罐和压力传感器验证不同的转速变化。

4.1 前门锁体高转速拧紧

前门锁体装配工艺如表1 所示。

表1 前门锁体装配工艺表

将标定合格的电池枪转速调整为600rpm（转/每分钟），在生产线验证拧紧100 颗前门锁体螺栓（车门钣金、锁体以及紧固件均为相同批次，状态差异可控），统计一次拧紧合格率为92%（拧紧过程发生脱帽4 次、滑牙2 次、打歪2 次），拧紧合格后抽检检测扭矩数据共32 组，如表2 所示。

表2 前门锁体高转速拧紧检测扭矩数据（N.m）

对上述数据进行能力分析，结果如图1所示。

图1 前门锁体高转速拧紧检测扭矩分析

4.2 前门锁体低转速拧紧

调整电池枪工具转速为250rpm，继续验证拧紧100 颗前门锁体螺栓，统计一次拧紧合格率为100%，拧紧合格后抽检检测扭矩数据共30 组，如表3 所示。

表3 前门锁体低转速拧紧检测扭矩数据（N.m）

对上述数据进行能力分析，结果如图2所示。

图2 前门锁体低转速拧紧检测扭矩分析

4.3 真空罐高转速拧紧

真空罐装配工艺如表4 所示。

表4 真空罐装配工艺表

将标定合格的电池枪转速调整为600rpm，在生产线验证拧紧100 颗真空罐螺母（车身前横梁、真空罐以及紧固件均为相同批次，状态差异可控），统计一次拧紧合格率为94%（拧紧过程发生脱帽3 次、滑牙3次），拧紧合格后抽检检测扭矩数据共48 组，如表5 所示。

表5 真空罐高转速拧紧检测扭矩数据（N.m）

对上述数据进行能力分析，结果如图3所示。

图3 真空罐高转速拧紧检测扭矩分析

4.4 真空罐低转速拧紧

调整电池枪工具转速为250rpm，继续验证拧紧100 颗真空罐螺母，统计一次拧紧合格率为100%，拧紧合格后抽检检测扭矩数据共40 组，如表6 所示。

表6 真空罐低转速拧紧检测扭矩数据（N.m）

对上述数据进行能力分析，结果如图4所示。

图4 真空罐低转速拧紧检测扭矩分析

4.5 压力传感器高转速拧紧

压力传感器装配工艺如表7 所示。

表7 压力传感器装配工艺表

将标定合格的电池枪转速调整为1000rpm，在生产线验证拧紧100 颗压力传感器螺栓（车身前大梁、压力传感器以及紧固件均为相同批次，状态差异可控），统计一次拧紧合格率为88%（拧紧过程发生脱帽5 次、滑牙4 次，表面磨损3 次），拧紧合格后抽检检测扭矩数据共30 组，如表8 所示。

表8 压力传感器高转速拧紧检测扭矩数据（N.m）

对上述数据进行能力分析，结果如图5所示。

图5 压力传感器高转速拧紧检测扭矩分析

4.6 压力传感器低转速拧紧

调整电池枪工具转速为250rpm，继续验证拧紧100 颗压力传感器螺栓，统计一次拧紧合格率为100%，拧紧合格后抽检检测扭矩数据共30 组，如表9 所示。

表9 压力传感器低转速拧紧检测扭矩数据（N.m）

对上述数据进行能力分析，结果如图6所示。

图6 压力传感器低转速拧紧检测扭矩分析

4.7 数据对比

对前门锁体、真空罐和压力传感器在不同拧紧转速的验证数据进行对比，如表10 所示。

表10 验证结果对比

从表10 可以看出，使用较低转速（250rpm）工具打紧，三个零件的一次拧紧合格率及检测扭矩合格率均达到100%。在相同的转速变化条件下，前门锁体比真空罐扭矩状态变化更大，检测扭矩均值降低1.51N.m，降幅达到了24.1%，过程能力水平达到1.39，提升幅度达到87.8%。在不同的转速变化条件下，压力传感器扭矩状态变化更明显，检测扭矩均值降低1.05N.m，降幅达到了14.1%，过程能力水平达到1.91，提升幅度达到144.9%。

验证结果显示，对于不同的拧紧类型，较低转速拧紧均可以有效抑制脱帽、滑牙、扭矩过冲等问题，大幅提高过程能力水平。与“拧紧塑料”类型相比，“拧紧钣金”类型的紧固点对转速变化更敏感，扭矩波动更大，对于拧紧位置钣金偏薄，强度较低的紧固点，要严格控制工具转速，防止出现钣金拉裂、凹陷等严重质量问题。对于“拧紧塑料”类型的紧固点，转速变化程度与拧紧质量变化程度有较强的关联性，转速降低程度越大，拧紧扭矩质量提升幅度越大。

5 结束语

本文通过对不同拧紧类型的零件进行实际拧紧分析，验证了电池枪高转速拧紧对扭矩质量的负向影响。在制定零部件装配工艺时，需要对拧紧转速进行约束，综合考虑生产节拍、拧紧类型等多种因素，设置合理的拧紧转速，在生产效率和装配质量之间找到一个平衡点。