众里寻ta千百度 拧紧设备选型

为了让螺丝君更加系统地掌握：开发、制造、装配、失效的内在逻辑，树立体系化思维，后续螺丝君的文章，将更多的以【专栏】呈现给大家。

今天要和大家分享的【专栏】是：汽车拧紧装配和工艺保证，第 5 期：众里寻ta千百度 拧紧设备选型。

产品规划设计师在设计生产线的时候，经常会遇到拧紧设备选型方面的难题，想要在众多拧紧设备中寻找到那个ta，就必须要在：拧紧质量、生产效率、操作性能以及价格费用，这些不同的因素之间进行综合考虑和抉择。

下面，将我们选取拧紧设备选型中的三个要素，和各位螺丝君分享一下。

01

选择拧紧设备的类型

拧紧设备的种类非常多，这里选取三种常见的工具进行介绍：

第一类，扭矩扳子

扭矩板子是最常见的拧紧装配工具了，按照结构一般分为示值式和预置式两种。示值式又可以分为指针式和数字式，这两种主要用于力矩检测操作。预置式又可以分为带刻度可调式和定值式，这里重点介绍定值式扭矩扳手。

定值扭矩扳手又称为“咔哒扳手”，没有动力部分，需要人力进行驱动，使用的是最简单的杠杆原理，在到达设定扭矩的时候会发出一个“咔哒”的声响。这是一种非常常见的用于将螺纹付拧紧至规定工艺扭矩的工具。这种拧紧工具的优点是价格便宜成本易控，缺点是力矩精度偏低。

在拧紧过程达到预定的扭矩时，虽然能够发出一个所谓的能够被操作者明确感知到的机械信号，但是却无法中断扭矩输出。而操作者从感受到信号到停止动作是需要一定反应时间的，这意味着操作者可能会继续拧紧，施加一个超过触发扳手声响的拧紧力矩。

这种情况下对于操作者的手法要求是非常高的，速度不能过快。根据装配生产中的实际经验，快速拧紧得到的扭矩会明显的高于慢速拧紧得到的扭矩。如果拧紧点是硬连接的话影响更大，因为硬连接只需要施加一个很小的角度就会使扭矩快速增加。

一般定值扭矩扳手用于终紧操作，之前会有一个使用动力工具快速预紧螺栓的操作。这时动力工具的力矩一定不能大于定值扳手的触发力矩，一般推荐使用工艺力矩的50%。因为定值扳手只能保证拧紧力矩最小值，如果带钉力矩远超工艺力矩是无法识别出来的。

比如，工艺力矩是5Nm，带钉动力工具错误的使用了10Nm，这时使用定值扳手终紧发现不了最终扭矩超出了工艺上限。对于一些重要的拧紧点，应该使用能够显示实际值的拧紧工具如数显扳手进行力矩抽检。

第二类，机械离合式连续旋转工具

这类工具比较常见的就是蓄电池扭矩扳手，它具有一个机械式离合器，在达到设定扭矩的时候会打滑，切断动力的输出。离合器式工具的扭矩输出重复性对比定值扭矩扳手来说更好一些，能够最大程度减少人员操作的影响。

对于软连接来说，如果工具的转速过高会导致提前触发离合，这时零件可能还没有达到要求的形变状态，即没有产生足够的预紧力，所以对于软连接来说要控制工具的最大转速。

具体的转速要求，需要通过实际模拟测试来判断。

对于硬连接而言，离合器会发生切断延迟，导致触发扭矩偏高，所以也需要模拟实际装配情况对工具进行评估。

第三类，带有控制系统的连续旋转工具

这类工具重点说电动拧紧系统。电动拧紧系统一般由电动机和控制单元组成，至少会有一个扭矩或扭矩/转角传感器，这些传感器会在拧紧过程中实时传递测量结果，一旦达到设定的工艺值，工具会立刻停止运转。

相比前两类工具而言，这类工具具有非常大的优势：

缺点也是有的，最主要的就是这类电动拧紧系统的价格会非常高，不利于成本控制。

以上就是常见的三种拧紧工具，这三种工具，可以根据实际情况进行混搭配置。

对于ABC类安全等级划分，不了解的老铁们可以看一下螺丝君以前发布的文章。

02

选择拧紧设备的精度

精度是什么？精度就是测量实际值与目标值之间的接近程度。

实际值与目标值非常接近，称之为精度高或者重复性高；反之实际值与目标值非常远，称之为精度低或重复性低。

精度的衡量上有很多标准，比如：

那么，什么样的工具精度才能满足我们的要求呢？

首先，要看设计师所确定的扭矩公差范围。一般来说设计师确定的扭矩公差是绝对不会直接应用在装配设备选型中的。

比如，某个螺栓连接的扭矩公差为±10%，那么要想满足工艺过程要求就肯定不能使用扭矩精度为±10%的拧紧设备。

以某销量第一的合资厂为例，扭矩公差的最低限度要求为±15%。

接下来，我们再了解一下CP这个概念。

别误会啊！不是自古红蓝出CP那个啦！

我说的CP是Process Capability，也就是过程能力。

一般认为，如果过程能力能够达到满意的程度，那么CP值要大于1.33

结合设计公差±15%，得出工具的精度不能小于11%，

在实际选型中，会按照以下精度要求：

精度选型时，可以参考设备厂家给出的出厂精度，以某品牌拧紧设备为例：

看来这家的设备可以满足我们的精度要求嘛。

03

选择拧紧设备的扭矩工作范围

类型和精度选完了，接下来需要我们来考虑一下拧紧设备的扭矩工作范围，这里以电动拧紧设备，EC扳手和拧紧轴为例。

电动拧紧设备只有在规定的扭矩范围内才能达到最佳的扭矩输出精度，这个范围需要设备厂家来提供。

根据以往的经验，一般工作在最大扭矩50%~80%左右最佳，即能保证精度又能保证经济性。

如果选取的设备扭矩范围太大，可能会导致拧紧精度不足，同时成本也会增加。如果选取的设备扭矩范围太小，可能会无法满足工艺要求，长时间工作在满负荷状态下也会严重影响设备的使用寿命。

那么该如何选择呢？光说不练假把式，让我们来实际操作一下。

第一题，设计工艺扭矩40Nm±15%

先按照工具50%~80%的区间，得出待选工具最大扭矩值范围在50Nm~80Nm之间，查询下面的参数表，找到型号为EME51-10J的设备，有效扭矩范围20Nm-70Nm，满足我们的工艺需求。

第二题，设计工艺扭矩20Nm+90°

六角法兰螺栓，直径M8，强度等级10.9，对于这种过屈服点的拧紧工艺来说，需要考虑的因素就非常多了，根据给出的信息我们来查询一下预紧力扭矩关系表。

查询该表可以得出：这个工艺最大拧紧实际力矩为55Nm，除此之外还要考虑一些其他因素，在本例中法兰面和摩擦系数波动各需要给出20%的余量。

那么，得出工艺最大扭矩55Nm*1.4=77Nm。

再看工艺扭矩20Nm+90°，设备的有效扭矩范围必须包含20Nm，所以最小扭矩20Nm，即扭矩范围20Nm~77Nm。

再次查询上面的设备参数表，找到型号为EME60-10J的设备，该设备扭矩范围20Nm~90Nm，满足我们的需求。

以上就是我所要介绍的拧紧设备选型三个要素了，在实际选型工作中需要考虑的因素还有很多，比如需要考虑工具的可达性和是否符合人机工程等等。

对这方面感兴趣的老铁们可以关注GAF螺丝君，稍后我们也会有专门的拧紧工具选型和工艺开发课程哟。

今天的话题，就分享到这里；更多详情，请关注微信公众号：GAF螺丝君（GAF-luosijun）

来源：GAF螺丝君