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      螺栓自動擰緊機擰緊控制方法

        螺栓自動擰緊機擰緊控制方法

        螺栓擰緊在機械制造業中的應用非常廣泛,機械制造中零部件的連接與裝配,機械整體的裝配等等,可以說幾乎是都離不開螺栓擰緊。

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        螺栓的擰緊應用于機械行業的裝配是一個普遍現象,以前人們只是考慮在裝配時,把螺栓(或螺母)擰到最緊的程度。后來人們才發現,這個"最緊"不過是一個非常模糊的概念,它是因人而異的。一臺機器有幾十,以至成百上千個零件采用螺栓緊固裝配,在大生產中又是由多數人在不同的時間里完成的。如何有效的控制"擰緊",并使其達到"最佳",也就成為了機械行業十分關注的課題。這樣,不僅對于擰緊的控制方法探討及其采用成為了熱門話題,而且對于自動擰緊機的應用也日益廣泛了。

        先進的擰緊方法需要自動控制的擰緊工具。這種擰緊工具首先是在國外產生,并被廣發應用于各汽車制造企業中。較著名的國外擰緊機生產商有ATLASC-OPCO公司(瑞典)、BOSCH公司(德國)、COOPER(美國)、INGERSOLL-RAND公司(美國)和OBER公司(意大利)等。

        我國對擰緊技術的研究主要是在日本標準的基礎上進行引進、消化和吸收的,提出了等效日本1990年標準的國標,本系列國標也包括了下列三個國家標準:GB/T16823.1-1997《螺紋緊件應力截面積和承載面積》;GB/T16823.2-1997《螺紋緊固件緊固通則》;GB/T16823.3-1997《螺紋緊固件擰緊試驗方法》。如同標準的借鑒和采用,我國汽車行業的擰緊技術研究處于起步和模仿階段。在生產上,部分有實力的汽車制造商通過購買昂貴的進口電動擰緊設備,實現了扭矩擰緊,部分廠商實現了扭矩-轉角工藝,個別生產商開始應用屈服點擰緊工藝,但還處于摸索階段。我國生產廠商還不能獨立自主開發研制適應于轉角、屈服點等先進擰緊工藝的電動擰緊設備和工具。

        縱觀國內外擰緊技術的發展水平,隨著螺栓制造水平的不斷提高,歐美日等發達國家大力深入研究和推廣屈服點擰緊工藝。國內全面推廣扭矩-轉角法,研究屈服點法,縮小與發達國家差距。

        螺栓聯接的實質是通過將螺栓的軸向預緊力控制到適當范圍,從而將兩個工件可靠地聯接在一起。為了確保螺紋聯接的剛性、密封性、防松能力和受拉螺栓的疲勞強度,聯接螺栓對預緊力的精度要求是相當高的。由于震動與交變的載荷,以及溫度的影響,使螺紋聯接常發生自動松脫的現象?赏ㄟ^改善螺栓的擰緊方法就可避免。要實現這個預緊力的擰緊控制方法有很多,如很簡單的扳手擰緊的手工法、扭矩控制法、超彈性控制法、屈服點擰緊法等等。

        螺栓擰緊方法主要有兩類,分別是彈性擰緊和塑性擰緊。彈性擰緊一般指扭矩擰緊法,塑性擰緊主要包括轉角擰緊法、屈服點擰緊法等。

        下面就常見的幾種螺栓擰緊控制方法作簡單介紹:

        1、扭矩控制法(T)

        扭矩控制法是最簡單的控制法,通過螺栓扭矩值來控制被聯接件的預緊力。預緊力F0擰緊時與擰緊扭矩T成正比關系 。

        扭矩系數K的變化與螺紋表面及座面的光潔度、潤滑狀況、擰緊速度、所用擰緊工具有關。同時這個K值和溫度也有關系,通過實驗證明環境溫度每增加1℃,扭矩系數K就下降0.31%。所以,如用扭矩法擰緊螺栓其計算載荷需要1.3倍最大工作載荷。

        總之,扭矩控制法的優點是:成本低,可以使用簡易的擰緊工具扭矩扳手來檢查擰緊質量。其缺點就是:擰緊精度不夠,不能充分發揮材料潛力,環境影響大(溫度,螺栓螺紋,雜質、磕碰等)。

        2、扭矩-轉角控制法(TA)又稱超彈性控制法

        鑒于扭矩擰緊法存在的不足,美國在20世紀40年代末開始研究螺栓伸長和軸向力的關系。扭矩-轉角控制法是先將螺栓擰到一個不大的扭矩,一般會是擰緊力矩值的25%左右,再從此點開始,擰一個規定的轉角的控制方法。

        扭矩擰緊法是基于一定的轉角,是螺栓產生一定的軸向伸長及連接件被壓縮了。這樣做的目的是將螺栓擰到緊密接觸面上,并克服了一些表面凹凸不平等不均勻因素,而后面所需求的軸向夾緊力由轉角產生。在計算轉角之后,摩擦阻力對軸向夾緊力的影響不復存在,所以其精度比單純的扭矩控制法要高,扭矩控制法的要點就是測量轉角的起點,一旦這個轉角確定下來我們就可以獲得相當高擰緊精度。

        扭矩-轉角控制法(TA)優點:擰緊精度高,擰緊質量穩定,螺紋件摩擦系數對擰緊質量的影響小;能充分利用螺栓的承載能力;螺栓可擰至塑性變形區而不致擰斷,設計預緊力可取螺栓屈服強度的80%?梢垣@得較大的軸向夾緊力。缺點:其控制系統比較復雜,需要測量預緊扭矩及轉角2個數據,質量部門不易找出適當的方法對擰緊結果進行檢查跟進。

        3、屈服點法

        顧名思義屈服點控制法就是利用螺紋材料的屈服點來控制螺紋副的裝配。這種方法目前只有少說生產高端品牌的汽車發動機廠家在使用,因為所需要設備成本太大。這種方法是在扭矩轉角控制法中發展而來的,是通過對扭矩-轉角曲線斜率的連續計算和判斷來計算屈服點的。屈服點擰緊法的理論目標是將螺栓擰緊到剛過屈服極限點。采用屈服點擰緊時,首先將螺栓擰緊到某一個規定的起始力矩,從這點開始,設備監控擰緊曲線的斜率值的變化,如果斜率下降到超過了設定值,那么就認為把螺栓拉伸到了屈服點,工具停止運行。

        屈服點擰緊法最大的優點是不受扭矩控制法的摩擦系數和轉角控制法的轉角起始點的影響,將摩擦系數不同的螺栓都擰緊到其屈服點,最大限度的發揮了螺紋件強度的潛力,從而克服了扭矩控制法和轉角控制法的致命缺點,提高了裝配精度;但是它對干擾因素比較敏感,同時對螺栓的性能及結構設計要求極高,控制難度較大。因此擰緊工具的價格十分昂貴。

        4、伸長量法

        就是說在擰緊的過程中需測量螺栓自然長度,在擰緊的過程中螺栓受到監控,需要知道螺栓擰緊時拉伸的長度,這個需要超聲螺栓預緊力測量儀在螺栓緊固的過程中,實時測量螺栓的伸長量并且實時計算螺栓軸力;當螺栓軸力達到時,負反饋給螺栓緊固工具,停止緊固。 其優點為可以在螺栓緊固時,精確控制螺栓軸力(+-1%)。


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