二次角度判定法在乘用車扭矩控制中的應用

郭維夏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545000）

二次角度判定法在乘用車扭矩控制中的應用

郭維夏

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州545000）

扭矩是總裝車間的重要控制過程。關鍵扭矩過程的失效，極容易導致顧客強烈的抱怨，部分高風險控制點涉及車輛行駛安全。通過對扭矩擰緊過程的研究，將單純的目標扭矩控制法進行改進，從擰緊的兩個過程分階段進行角度控制，從而避免擰緊過程中的其他變異影響。

總裝；扭矩；角度監控

整車關鍵扭矩控制是總裝過程控制工作中的重點，相比商用車，乘用車整車關鍵扭矩數量多，且控制精度要求更高，才能滿足乘用車裝配質量精細化及高可靠性的要求，總裝車間在裝配過程中，大部分關鍵扭矩過程依然采用單純的目標扭矩控制法。但單純使用最終扭矩來確定擰緊過程是否結束及合格，在部分特殊特性的關鍵點依然存在擰緊結果失效的風險，如牙壞、螺栓變異、穿入方向、焊渣等異常情況，在這些情況下，如果單純依靠最終扭矩控制法，就會發送諸如螺栓未貼合（但扭矩已到）、螺栓方向穿反、螺栓過屈服等情況。

在我公司某新乘用車車型上轉向立柱與方向機的連接螺栓，就曾發生螺栓穿反導致在檢測時花鍵螺栓松動導致異響的問題，通過對該擰緊過程進行分析，可以發現同時使用一定的角度監控方法加以判定，可以避免上述過程失效模式，其中，二次角度判定法是較為可靠的監控方法，在很高程度上提高了擰緊過程能力。

1　基礎分析

1.1某新乘用車的轉向立柱與方向機緊固結構

該車型是公司新生產的乘用車，從該轉向立柱與方向機連接方式看，螺栓只可從一邊穿入，這樣可以連接到轉向立柱上的螺紋，如果從另一端誤穿入，就會導致只有螺栓前端螺紋進入方向機的螺孔內，而后端與轉向立柱無任何連接，從而導致車輛在轉向時螺栓易松脫，極端情況下導致轉向失效。如圖1所示。

圖1　新乘用車轉向立柱與方向機連接螺栓

1.2裝配工具分析

目前總裝車間使用電動擰緊工具使用目標扭矩法對該點實施緊固，電槍型號及主要參數如表1所示。

表1　轉向立柱與轉向機緊固螺栓工具及參數

1.3擰緊過程分析

使用ATLAS電槍，采用目標扭矩控制法進行控制，擰緊曲線如下圖2所示，無論擰緊過程呈現過程1的情況還是過程2的情況，只要最終扭矩達到設定的范圍內，就判定擰緊過程及結果OK，此時，電槍指示綠燈，表示合格。

圖2　最終扭矩目標控制法

2　扭矩二次角度判定法的理論分析

從電槍角度及扭矩傳感器中讀取的擰緊曲線如圖3所示，從圖中可以看出，擰緊過程可以分為兩個階段，一個稱之為Rundown階段，即從螺栓對牙擰入到與零件貼合的階段，然后是Final階段，即從與零件貼合到目標扭矩的階段。將兩個階段的扭矩及角度分開看，從而得出“Rundown Angle”和“Final Angle”兩個過程角度，通過一批該控制點的角度數據收集，如圖4所示，兩個角度均在一定范圍內波動。

圖3　轉向立柱與方向機連接螺栓擰緊曲線

圖4　擰緊角度數據收集

通過圖4中收集的200組Rundown和Final過程的擰緊角度數據，通過查閱通用汽車擰緊參數文件，在單純的角度判定法的應用上，目前針對“Final Angle”的σ值有σ小于40的要求，這樣可以利用這個判定條件排除零件等其他變異，保證數據收集的準確性。通過以下收集數據，得出σ=20，滿足小于40的條件，收集數據有效。

確認數據有效性后，分別計算出“Rundown Angle”和“Final Angle”的σ值，然后采用4σ的寬度計算“Rundown Angle”和“Final Angle”的MIN值和MAX值。從而得出：

Final Angle Min=10°

Final Angle Max=210°

Rundown Angle Min=30°

Rundown Angle Max=170°

3　扭矩二次角度判定法的實施

目前總裝車間使用的是行業內應用較為廣泛的ATLAS電槍系統，通過設置，可在系統中直接二次角度判定。如圖5所示，通過ATLAS Power Focus通訊軟件，連接電槍控制器，并在“Control”選項中，選擇“Torque/Ang mon”（扭矩/角度監控），并設置擰緊步驟為“Two stage”（兩部擰緊），并將第一步“Rundown Angle”的計算起點設置為“From cycle start”（從擰緊循環開始）。

圖5　CONTOL選項設置

在“Angle”選項中，將前面的計算數據分別輸入“Rundown Angle”和“Final Angle”的MAX值及MIN值。“start final angle”及“cycle start”采用默認值，即按目標扭矩的50%設置“start final angle”，按2.5 Nm設置“Cycle start”，如圖6所示。

圖6　Angle/Torque設置頁面

通過以上設置，該控制點的擰緊過程監控及合格判定條件改變為圖7所示的規則，三個條件均OK.

圖7　二次角度法判定條件

4　有效性驗證

通過以上設置，完成了二次扭矩判定程序的設定，為了驗證判定規則的有效性，總裝設置了表2所列的幾種故障模式，并進行了驗證。

表2　失效模式驗證結果

5　結束語

擰緊過程是一個復雜的過程，二次角度判定法是一個大幅提高擰緊過程控制能力和檢測能力的辦法，但任何辦法都不能保證100%的探測度，具體失效模式的報警確認需要后續繼續開展驗證工作，后續還需此方法推廣應用到其他高風險的擰緊控制點，提高總裝車間的高風險擰緊過程的防錯能力。

Study on Contact Strength of the Joint in a Certain Type of Ejection Device

GUO Wei-xia
（SAIC GM Wuling Automobile Limited by Share Ltd.，Liuzhou Guangxi 545000，China）

Torque is an important control process in the assembly workshop.The key process of torque failure，very easily lead to customer strong complaints，some high risk control point relates to the running safety of the vehicle.In this paper，the research on torque tightening process，the simple target torque control method was modified，tighten the two processes from the phase angle control，so as to avoid the other variation influences the tightening process.

assembly；torque；angle monitoring

U466

A

1672-545X（2016）10-0177-03

2016-07-10

郭維夏（1986-），男，云南瑞麗人，工程師，工學學士學位，主要研究方向：SPC在總裝中的應用、擰緊過程防錯設計以及總裝精益生產。