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如何從源頭控制整車標準砝碼裝配問題 說明：

摘要：現(xiàn)代質(zhì)量控制理論認為，質(zhì)量是設計出來的。對于整車產(chǎn)品而言，表現(xiàn)為先有標準，而后才有質(zhì)量。產(chǎn)品對標準的執(zhí)行程度決定了產(chǎn)品質(zhì)量，也決定了市場地位。但若質(zhì)量控制的源頭——標準出現(xiàn)問題，將使得后期所有工作失去意義。對連接整車各零部件的標準砝碼而言，發(fā)生此類問題的后果更為嚴重。因此，可從材料選定、應力分析、標準砝碼種類選擇、國內(nèi)外標準對比和試驗等方面入手，先期制定合適的標準，從源頭杜絕此類問題的發(fā)生。

1標準砝碼的重要性

1.1標準砝碼概述

標準砝碼是指結(jié)構(gòu)、尺寸、畫法、標記等各個方面已經(jīng)完全標準化，并由專業(yè)廠生產(chǎn)的常用的零（部）件，如螺紋件、鍵、銷、滾動軸承等等。廣義包括標準化的緊固件、連結(jié)件、傳動件、密封件、液壓元件、氣動元件、軸承、彈簧等機械零件。狹義僅包括標準化緊固件。汽車行業(yè)的標準砝碼一般指狹義上的緊固件。標準砝碼的參數(shù)，目前常用的有以下相關(guān)標準：GB（國標）、ISO(國際標準)、DIN（德制）、JIS（日標）ANSI/ASME（美標）、BS（英制）。我國一般采用GB的規(guī)定，對于某些合資企業(yè)或技術(shù)合作的汽車企業(yè)，多采用外方標準對應GB使用的策略。標準砝碼的檢驗項目分為三大部分，即尺寸、機械性能和表面缺陷。一般遵循GB90《緊固件驗收檢查，標志與包裝》及SN0030-92《出口緊固件檢驗規(guī)程》和相應的產(chǎn)品標準、技術(shù)條件規(guī)定。

1.2標準砝碼的作用

眾所周知，現(xiàn)代化工業(yè)標準便是關(guān)于螺紋配合公差的規(guī)定，誕生于英國，由此可見標準砝碼在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要性。據(jù)統(tǒng)計，約有70％的被連接件和組合裝置是由標準砝碼連接的，而在各工業(yè)部門的全部生產(chǎn)過程中，約有60％的工時是消耗在裝配和緊固上。如一部汽車所使用的標準砝碼有2000多個(占汽車成本的3％～4％左右)，一架洛克霍德C5A運輸機需用226萬多個，一輛坦克需用7000多個。標準砝碼雖小，但其重要性卻不言而喻。若標準砝碼質(zhì)量不合格，所造成的損失往往是災難性的，如在20世紀80年代初期，美國通用汽車公司由于安裝在轎車底部控制架上的兩個12．9級螺栓發(fā)生了延遲斷裂，前后發(fā)生了27次交通事故，最終在640萬輛轎車上不得不用10．9級螺栓更換了這兩種螺栓，為此耗資7000多萬美元。1985年8月日本航空公司一架波音747客機由于飛機尾翼上850個螺栓中有一部分存在質(zhì)量問題，造成尾翼破壞而失事，造成航空史上罕見的520人喪生的慘案。對此，當時全世界74家航空公司對共608架飛機的35．3萬個螺栓進行了更換，其工作量和經(jīng)濟損失十分驚人。

1.3標準砝碼的種類及數(shù)量

標準砝碼的種類繁多，有螺栓、螺柱、螺母、螺釘、墊圈、銷、自攻螺釘、擋圈、鉚釘、密封件、軸承、彈簧和組合件等。不同的工業(yè)產(chǎn)品對標準砝碼的需求是不同的，以重型商用車為例，常用的標準砝碼有螺栓、螺母、螺釘、螺柱、鉚釘、擋圈、墊圈、銷軸等。據(jù)統(tǒng)計一輛重型商用車可能用到兩千多個不同型號的標準砝碼，但使用最為頻繁的屬螺紋件，約占標準砝碼總數(shù)的74%。而螺紋中最常用的又以螺栓為主，約占螺紋件的47%。以下所分析的主要內(nèi)容也以螺紋件為主。

2標準砝碼常見問題

2.1常見問題標準砝碼在使用過程中會出現(xiàn)各種問題，總的來說可歸納為三大類。零件質(zhì)量問題。指零件本身存在質(zhì)量缺陷所導致的緊固失效，具體表現(xiàn)為不滿足檢驗標準，主要體現(xiàn)在材料選用、表面處理和尺寸缺陷三個方面。由零件本身出現(xiàn)的質(zhì)量問題，可導致各種嚴重后果，如預緊力失效、松動甚至斷裂。裝配操作問題。該問題指零件本身不存在質(zhì)量缺陷，在裝配過程中由于各種人為的或非人為的因素所導致的緊固失效。如裝配工人力矩超出預定范圍、裝配工具老化、被緊固零件工作環(huán)境影響等。此類問題一般會導致緊固件松動。緊固設計問題。該問題指設計人員在設計時標準砝碼選擇不當所導致的失效，一般表現(xiàn)為預緊力力矩選擇不當、標準砝碼型號選擇不當。此類問題所產(chǎn)生的后果可大可小，如緊固松動或零件斷裂，甚至影響被緊固零部件工作，均有可能發(fā)生。

2.2實際發(fā)生問題自從陜西重型汽車有限公司（以下簡稱“陜重汽”）引進了MAN產(chǎn)品技術(shù)（F3000)，采用了新結(jié)構(gòu)的六角法蘭面帶肋螺栓配六角法蘭面帶肋螺母后。市場上頻繁出現(xiàn)底盤螺栓松動現(xiàn)象，以板簧支架螺栓松動表現(xiàn)最為突出。

3分析與解決問題

3.1松動原因分析

從自動松脫的機理分析，蠕變、壓陷和接觸面直接的相對移動均有可能引起松脫，導致預緊力下降。而發(fā)生上述情況的原因較多，如螺栓螺母匹配較混亂、螺栓連接件表面不平、自鎖螺母過打緊等。通過分析，底盤螺栓松動的原因可分為內(nèi)部原因和外部原因兩大類，具體如下。內(nèi)部原因：1.設計給定的力矩不準確；2.未按要求打緊；3.標準給定的力矩不準確。外部原因：1.連接件本身質(zhì)量問題；2.標準砝碼問題（主要考慮摩擦系數(shù)）。

3.2表面損傷分析

該分析是基于外部原因，標準砝碼表面損傷可能會導致出現(xiàn)螺栓松動。陜重汽目前底盤裝配過程中，對螺栓、螺母等標準砝碼的擰緊一般使用氣動擰緊機，擰緊時一邊用扳手固定，另一邊擰緊機的套筒與螺母或螺栓頭部六角部分接觸，靠沖擊震動打緊。扳手固定時一般不會損傷標準砝碼的表面，僅有壓痕；而套筒為全鋼結(jié)構(gòu)，如果磨損較多，則會損傷標準砝碼，導致六角頭部分棱邊磨損，則會嚴重影響防腐性能。此外，在底盤受力部件裝配中,較多使用達克羅螺栓配鍍鋅自鎖螺母，由于這種連接副主要依靠螺紋部分變形達到自鎖目的，因此擰緊后螺栓伸出部分的螺紋變形、損傷嚴重，完全失去防腐能力。

3.3質(zhì)量分析

由于緊固扭矩的90%左右被螺紋和支撐面摩擦扭矩所消耗，因此摩擦系數(shù)的變化對扭矩力的影響比較大。

3.4裝配工具

除卻人為因素外，裝配工具的精度也會影響螺栓的裝配效果。裝配使用的擰緊工具主要分為下面三類。氣動工具：主要的擰緊工具，裝配所有M16以下的螺栓；僅用于連接，有力矩要求的地方需要借助定值扭力扳手，精度約±10%。電動工具：主要用于裝配推力桿螺栓，精度約±3%。擰緊機：主要用于力矩的精確控制，裝配輪胎螺母，騎馬螺栓等；精度約±3%。通過分析可知，裝配工具在長時間工作后，或工具本身精度不高，可導致裝配預緊力不達標。在被連接件負荷工作一段時間后，也可能導致螺栓松動。

3.5試驗驗證結(jié)論

根據(jù)上述原因分析，可提出多種解決方案，但需通過試驗確認導致螺栓松動的真正原因，防能提出正確的解決方案。3.5.1不同連接方式標準砝碼防松性能對比試驗對目前常用的連接方式進行橫向振動防松性能對比試驗，包括：1.六角法蘭面帶齒螺栓+六角法蘭面帶齒螺母；2.六角法蘭面帶齒螺栓+施必牢螺母；3.六角頭螺栓+自鎖螺母；4.六角頭螺栓+六角頭螺母+平墊+彈墊；5.六角法蘭面帶齒螺栓；6.六角頭螺栓。部分試驗數(shù)據(jù)見圖5。螺栓防松試驗結(jié)論：1.在198N·m安裝扭矩時，六角頭螺栓夾緊力大于六角法蘭面帶齒螺栓；2.從拆卸力矩角度考慮，六角頭螺栓拆卸扭矩小于六角法蘭面帶齒螺栓；3.六角法蘭面帶齒螺栓與六角頭螺栓在198N·m安裝扭矩時，夾緊力衰減比相當。螺紋連接副防松試驗結(jié)論：1.在198N·m安裝扭矩時，夾緊力大小順序是：六角頭螺栓+普通螺母>六角頭螺栓+自鎖螺母>六角法蘭面帶齒螺栓+六角法蘭面帶齒螺母；2.從拆卸力矩角度考慮，六角法蘭面帶齒螺栓+六角法蘭面帶齒螺母>六角頭螺栓+自鎖螺母>六角法蘭面帶齒螺栓+施比牢螺母>六角頭螺栓+普通螺母；3.夾緊力的衰減比大小順序是：六角頭+自鎖螺母>六角法蘭面帶齒螺栓+六角法蘭面帶齒螺母>六角法蘭面帶齒螺栓+施比牢螺母>六角頭螺栓+普通螺母。根據(jù)試驗結(jié)論可得出：六角法蘭面帶齒螺栓+六角法蘭面帶齒螺母配合夾緊力衰減小，拆卸力矩大，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，作為首選；但是其摩擦系數(shù)大，需要將擰緊力矩提高。

3.5.2標準砝碼擰緊力矩

夾緊力試驗在摩擦系數(shù)試驗機上，對螺栓、螺母配合進行測試。提供總摩擦系數(shù)、螺紋摩擦系數(shù)、支撐面摩擦系數(shù)的數(shù)據(jù)，以及夾緊力、轉(zhuǎn)角、擰緊力矩關(guān)系圖，見圖6。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論：1.施比牢螺母的摩擦系數(shù)為0.27—0.33之間，自鎖螺母的摩擦系數(shù)為0.25—0.3之間，均比標準規(guī)定值大，導致夾緊力不足，為了得到相同的夾緊力需要提高施比牢螺母的擰緊力矩；2.按照當前施加擰緊力矩，螺栓提供的夾緊力為保證載荷的30%-40%之間，螺栓的利用率較低。

3.5.3車架板簧支架擰緊試驗

為了解不同種類螺栓螺母（六角頭螺栓自鎖螺母和六角法蘭面帶齒螺栓螺母），不同強度車架對擰緊力矩和夾緊力的影響。在擰緊試驗機上，模擬車架和板簧支架的連接方式，進行裝配測試，擰緊到螺栓屈服狀態(tài)后，停止試驗。測試擰緊過程的夾緊力、轉(zhuǎn)角、擰緊力矩關(guān)系。試驗按零件連接方式有四種方案，見表2。對以上4個試驗方案的4組試驗數(shù)據(jù)進行線性擬合，得出不同類型螺栓和不同強度車架連接擰緊力矩和夾緊力矩對比，見圖8。分析結(jié)果顯示：1.六角法蘭面帶齒螺栓螺母連接總摩擦系數(shù)＞六角螺栓自鎖螺母連接總摩擦系數(shù)；2.SQ650L總摩擦系數(shù)＞SQ590L總摩擦系數(shù)。

3.5.4提高現(xiàn)有擰緊力矩試驗

試驗對雙前軸車輛板簧支架8處使用六角法蘭面帶齒螺栓（白螺栓）的扭矩按280±28N·m控制。在生產(chǎn)線抽取兩輛國Ⅳ水泥攪拌車，進行跟蹤試驗。使用定值力矩扳手設定280N·m對板簧支架螺栓緊固,后用數(shù)顯力矩扳手進行測量。結(jié)果顯示：（1）螺栓擰緊后有衰減現(xiàn)象，路試后和線頭的力矩變化不大。（2）螺栓擰緊力矩增大，自松衰減變化隨之增大；（3）增大力矩對工藝器具提出更高的要求；（4）法蘭面自鎖螺母的力矩下降值大于使用STR自鎖螺母的力矩下降值。

3.6分析結(jié)果

結(jié)構(gòu)的防松措施是額外的，主要要靠前期計算、校核來保證連接件有足夠的夾緊力，從而保證螺栓的防松性能。一般預緊力控制在螺栓屈服的75%—90%，根據(jù)計算確定。螺栓利用率越高，擰緊力矩控制精度要求越高。通過對各種原因的分析，零件本身質(zhì)量不可能長期大批量存在問題、對工具進行改良后依然松動、通過試驗得出可提高扭矩的結(jié)論。由此可知，螺栓松動主要還是由于擰緊力矩標準值制定不當。將力矩調(diào)整至280±28N·m，問題得到解決。

4預防措施

通過標準砝碼螺栓松動防治工作，已確定標準砝碼設計、裝配和質(zhì)量方面的常見問題，可制定如下解決方案。結(jié)語螺栓放松措施，可從工藝保證方面，提高操作人員的質(zhì)量意識，加強檢查力度，嚴格執(zhí)行設計標準要求的擰緊力矩。也可從設計方面，加強強度校驗，保證螺栓提供的預緊力大于承載載荷。但歸根結(jié)底，應從標準入手。只有制定合適的標準，才能從源頭上控制標準砝碼的裝配問題，防止出現(xiàn)螺栓松動。

以上是如何從源頭控制整車標準砝碼裝配問題的詳細介紹，望采納！