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【通用連接技術基礎】擰緊技術簡介(下)

來源:本站   發布時間: 2022-01-17 09:31:14   瀏覽:23次  字號: [大] [中] [小] [收藏]
Hi,大家好,上周我們介紹了擰緊技術的一些基本原理,由于篇幅較長,本周我們繼續進行介紹
螺紋聯接的擰緊過程與控制方法
 
1.扭矩控制式
扭矩控制、角度監控
特點:測量容易,使用標準螺絲,螺絲可以重復使用,緊固錯誤檢查容易
這是一種較常見的控制方法,產生的最終夾緊力變化誤差較大,可以達到±30%,在扭矩法控制的螺紋聯接中往往采用較高的設計余量,以此彌補扭矩控制帶來的偏差,目前大多數非關鍵部位的螺紋聯接仍使用扭矩法
 
2.屈服點控制式
屈服點控制、扭矩/角度監控
特點:摩擦影響最小,夾緊力變化最小,螺絲可重復使用,對緊固件和被緊固件要求較高
控制結束要求較高,產生的最終夾緊力變化誤差最小,在±7% - 10%左右,屈服點控制法要求對零件表面進行嚴格的處理,任何打滑和阻滯現象都會使扭矩/轉交曲線偏離正常的范圍,從而使控制系統發出錯誤警告,由于控制風險高,一般不使用
 
3.角度控制式
角度控制、扭矩監控
特點:摩擦影響較小,夾緊力變化較小,螺絲不可重復使用
常用于關鍵性的螺紋聯接中,產生的最終夾緊力變化誤差較小,約在±15%左右,但需要做大量的實驗和分析工作,而且幾乎無法復驗,如果用扭力扳手來復驗的話,預緊力可能會超過原先的設定值

螺紋聯接的擰緊過程監測
1.最終扭矩監測:只對擰緊的最終扭矩做出判斷,確認是否在給定的公差范圍內。這種方法除了對螺紋擰緊的質量進行監測外,還能檢驗擰緊系統的輸出功能和輸出的重復精度
2.最終扭矩/轉角監測:該監測方法不僅要求在擰緊過程結束時扭矩值在一定的偏差范圍內,而且要求轉角值也要處于一定的偏差范圍內才算合格
3.扭矩速率監測:在螺栓擰緊的過程中,每當螺栓旋轉一定的角度后(或增加一定的扭矩后),系統檢測其扭矩增加值(或轉角增加值),以確保擰緊曲線的斜率不偏離正常的范圍
4.偏差監測:系統在整個擰緊過程中不斷地檢測螺栓轉過的每一度時扭矩的增加值,以確保扭矩/角度擰緊曲線的線形在正常的偏差范圍內
其中,由于最終扭矩監控和最終扭矩/轉角監控方式有著監測簡便易行,能夠檢驗重復精度的特點,使用的比較多一些,而最終扭矩/轉角監控因為結合了角度的監控,監控精度更高,是最常用的監控方式
 
螺紋聯接擰緊質量評價
常用數顯或表盤式力矩扳手測量裝配后的螺栓的力矩,來評價螺栓擰緊的質量。這種方法由于采用人工操作,所以一般采用抽檢的方式,也稱為Torque Audit。在汽車制造領域,大多數企業通常采用裝配后立即抽檢或連續行駛,承受過負載后再進行檢查的方式進行評價。手動復扳的時候可能會出現幾個問題:
A.只能檢查扭矩是否太低
B.不能檢查角度控制的扭矩值
C.同時受靜態摩擦力的影響
D.操作者使用不便(生產效率低、人機工程問題)
E.必須頂起校準
F.測力扳手的誤差大
由于手動復扳的時候的這些問題,通過擰緊設備中集成力矩和轉角傳感器,對螺栓裝配的參數進行監控的方式可以很方便的實現對螺栓的裝配過程進行100%檢驗,是目前在生產中使用的比較廣泛的一種方法,其中,最終力矩統計法進行SPC分析,是最主要在用的方式,但這種方法的前提是過程必須要穩定
 
常見的螺紋擰緊系統
 
·扭矩扳手
常見的扭矩扳手有機械音響報警式、數顯式、指針式、打滑式,結構和使用簡單,但是精度控制交叉,存在過力現象,受人為因素和零位標定的影響,不適合大規模生產使用
·氣動擰緊工具
使用壓縮空氣作為動力源,帶動扭矩扳手中的啟動馬達驅動齒輪對螺栓進行擰緊,其工作原理是沖擊旋轉,借助沖擊力幫助擰緊或擰松螺栓或螺母,一般其精度范圍通常是±7% - 12%
·電動擰緊工具
一般具有扭矩反饋單元,可以在擰緊過程中實時進行扭矩監測和控制,其結果屬于動態扭矩

常見的電動擰緊工具一般屬于半閉環的控制系統,容易受到末端狀態的影響導致最終結果出現偏差,對擰緊系統的定期扭矩校核和系統標定,以實現系統偏差的補償是十分必要的
 
常用的擰緊工位的結構設計

這種結構適合用在扭矩要求小于35Nm以下的擰緊工位,擰緊槍可以是懸掛的,或者是放置在工位的支架上,可以根據操作工的需要移動擰緊槍到相應的位置進行擰緊。35Nm的這個數值是根據人機工程計算出來的結果,可以作為一個參考值來使用

這個設計方案比前一種方案多了一個反力臂裝置,一般在35Nm以上的應用需要考慮反力臂裝置,同樣的,反力臂裝置也有多種不同的應用形式,比如下面兩種設計方案

由于單軸擰緊在碰到同一個零件上有多個螺栓需要擰緊的情況下,通常會有螺栓扭矩下降的問題和節拍問題,這種情況下更多的用戶會選擇多軸同時擰緊,如下圖,其優勢在于中間的連接桿可以拆下來之后安裝標定用的傳感器,方便對擰緊槍的扭矩和轉角進行標定

或者可以設計成下面這種形式,其優點是能夠承受的擰緊扭矩更大,變形風險比較小

另外還有一種特殊的設計方案是將擰緊槍裝在機器人手臂上,有些還額外配有變位設計方案,如下圖,系統的柔性比較好,可以適應多種不同的產品進行自動擰緊,節拍也適中,不過缺點是不能夠進行全軸擰緊,可能會產生扭矩衰減的問題

最后總結一下擰緊策略,常規單軸擰緊程序根據預緊狀態不同,程序分為兩種:
有氣動槍預緊,擰緊程序使用先翻轉認帽再正轉擰緊,氣動槍預緊力比較小,因此在反轉認帽的時候需要設置扭矩門檻,避免反松已經擰緊合格的螺栓
無氣動槍預緊,使用直接正轉認帽并最終擰緊程序
 
常規單軸槍控制策略有如下要求:
1.有對合格擰緊次數進行計數的功能
2.一經反轉,所有已判定合格的計數全部清零
3.在未收到擰緊失敗信號前,不允許啟動反轉功能
 
常規多軸擰緊程序要求:
1.自動多軸擰緊設備可以先反轉認帽再正轉擰緊
2.對于一個平面上多螺栓擰緊,程序里面需要設置同步性,即所有螺栓都同時達到一定扭矩后再擰緊至最終扭矩
3.多軸擰緊的如果是同一個零件上的螺栓,如果某一個螺栓的最終扭矩不合格,需要將所有的螺栓都反松,同時設備需要能夠給出不合格螺栓的具體位置,便于維修
4.如果多軸擰緊的是不同面上的螺栓,當出現某一個螺栓不合格時,只需要反松該螺栓所在零件上的所有螺栓即可
 
擰緊工藝是一個系統工程,從設計上來說,零件材質、螺栓材質、尺寸、最終扭矩轉角要求都是重要因素,從工程上來說,選擇合適的工具和工藝以及正確的質量控制方式是確保產品達到高質量的重要方式。隨著技術的發展,越來越多的擰緊工具能夠滿足我們的擰緊節拍、質量控制、數據采集的功能需求
 
關于擰緊技術的基礎知識就介紹到這兒,下一篇我們將介紹另外一種連接技術,敬請期待

 

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