發(fā)動機螺栓擰緊技術

李偉超 蔣明明

【摘 要】發(fā)動機裝配工藝主要涉及螺栓擰緊、各零部件密封和摩擦副潤滑，其中影響螺栓擰緊扭矩的因素較多：操作者、擰緊工具、擰緊方法和擰緊材料（螺栓或螺母）。為進一步提高發(fā)動機的質量，螺栓的扭矩精度控制越來越高。本文以國內某發(fā)動機廠提升螺栓擰緊扭力控制精度為例，敘述了發(fā)動機螺栓扭矩動態(tài)擰緊和靜態(tài)檢測的主要內容和注意事項，為有類似需求的企業(yè)和技術人員提供思考的空間。

【關鍵詞】發(fā)動機 螺栓擰緊 動態(tài)扭矩 靜態(tài)檢測

作為我國汽車零部件行業(yè)中的重要的一環(huán)，發(fā)動機零部件制造工藝技術如機加工、焊接、沖壓、噴漆已經(jīng)達到了世界一流水平，但發(fā)動機的螺栓擰緊技術與世界先進水平仍存在一定的差距。盡管近年來，發(fā)動機的質量水平在逐步升高，但螺栓擰緊技術與國外相關技術的研究有一定的差異，螺栓擰緊的差異會嚴重影響發(fā)動機的質量。

發(fā)動機的螺栓擰緊是一個比較復雜的過程，主要影響因素有擰緊工具、擰緊方法、擰緊順序和禁固件的表面粗糙度等，螺栓擰緊扭矩分為動態(tài)扭矩和靜態(tài)扭矩，動態(tài)扭矩是指緊固件在被緊固過程中測量得到的峰值，在擰緊過程中測量的；靜態(tài)扭矩是指緊固件被緊固之后，將其在擰緊方向上繼續(xù)擰緊方向繼續(xù)旋轉瞬間所需要的扭矩，又稱檢測扭矩。

因此，螺栓擰緊需要根據(jù)不同擰緊工具、擰緊方法、擰緊順序和禁固件的表面粗糙度制定其檢測扭矩。

1 螺栓緊固原理

螺栓連接的目的是使兩被連接件緊密貼合，并為承受一定運動載荷，還需要兩被連接件間具備足夠的夾緊力，以確保被連接件的可靠連接和正常工作。而夾緊力需要通過對螺栓施加扭矩進行轉換，施加的扭矩50%克服螺栓頭下摩擦力，40%克服螺紋副的摩擦力，剩余10%轉換成夾緊力（如圖1）。

圖1

2 螺栓擰緊方法

緊固件的夾緊力依靠

2.1 扭矩控制法（T）

扭矩控制法是最開始同時也是最簡單的控制方法，它是當擰緊扭矩達到某一設定的控制值，立即停止擰緊的控制方法。

2.2 扭矩-轉角控制法（TA）

扭矩-轉角控制法首先將螺栓擰緊到一個不大的扭矩后，再從此點開始，擰緊一個規(guī)定的角度的控制方法。其優(yōu)點是螺栓軸向預緊力精度高，可以獲得較大的螺栓軸向預緊力，其數(shù)值可集中在平均值附近。

2.3 屈服點控制法（TG）

屈服點控制法是利用材料屈服的現(xiàn)象發(fā)展起來的一種高精度控制方法。是通過對擰緊的扭矩/轉角的斜率的連續(xù)計算和判斷來確定屈服點的。其擰緊精度非常高，誤差能控制在±4%之內，但其精度主要取決于螺栓本身的屈服強度。

2.4 落座點-轉角控制法（SPA）

落座點-轉角控制法是在扭矩-轉角控制法的基礎上發(fā)展起來的，采用扭矩曲線的線性段與轉角的A的坐標交點。其優(yōu)點是摩擦系數(shù)對螺栓軸線預緊力的影響幾乎可以完全消除。

2.5 螺栓伸長法（QA）

螺栓伸長法是通過測量螺栓的伸長量來確定是否達到屈服點的一種控制方法。雖然每個螺栓的屈服強度不一致，會給螺栓的擰緊帶來誤差，但其誤差一般非常小。

3 擰緊工具

根據(jù)螺栓擰緊工具可以將分為三大類，電動擰緊工具、風動擰緊工具和手持定扭扳手，風動擰緊工具分為油壓脈沖扳手和沖擊扳手。電動擰緊工具的控制精度為3%-5%，油壓脈沖扳手的控制精度為10%-15%，手持定扭扳手的控制精度5%-10%。

4 扭矩測量與質量控制

4.1擰緊結果的檢測方法

螺栓使用擰緊工具擰緊后，需要對擰緊效果進行檢測。檢測扭矩受緊固件之間的連接形式影響較大，硬連接時靜態(tài)檢測扭矩大于動態(tài)扭矩值，軟連接時靜態(tài)檢測扭矩值大于動態(tài)扭矩值。

靜態(tài)扭矩的檢測方法有三種：

松開法：將擰緊的螺栓使用扭矩扳手松開，讀出松開的瞬時扭矩。由于螺紋升角的關系，松開的扭矩比擰緊扭矩要小，一般差30%左右。

緊固法：對已擰緊的螺栓用擰緊扳手，沿螺栓的擰緊的方向再施加一個逐漸增大的扭矩，直至螺栓再一次產生擰緊運動，讀出此時的瞬時值。此方法扭矩檢測偏差為實際扭矩的-5%-﹢25%。其偏差產生的原因：在旋轉螺栓的瞬時所產生的摩擦阻力不同于擰緊過程中的摩擦力，兩者的摩擦系數(shù)不相同（前者是靜摩擦，后者是動摩擦）；同時操作人員掌握程度、用力大小、感覺偏差的影響，均會造成不同程度的偏差。

標記法：對已擰緊螺栓的位置做一個標記，將螺栓擰松之后，讀出再擰緊到原來位置時的扭矩值。此方法的扭矩檢測偏差為實際扭矩的-12%-+5%。

4.2螺栓擰緊與檢測

螺栓的擰緊和檢測要綜合考慮緊固件的材料、擰緊方法、擰緊工具等。下面將以國內某知名發(fā)動機及企業(yè)（簡稱A公司）的螺栓擰緊和檢測進行論述說明。

A公司以建設新發(fā)動機生產線為切契機，提高發(fā)動機的裝配質量，借鑒同行業(yè)先進的擰緊技術進行生產線的設計。關鍵部位的零部件使用電動扳手擰緊，中等特性的零部件使用定扭扳手進行擰緊，特性要求低的零部件使用油壓脈沖扳手進行擰緊。

螺栓的一部分擰緊工藝是由產品開發(fā)時制定的；螺栓的一部分擰緊工藝是由工藝部門在生產過程中進行開發(fā)或改進，擰緊工藝的改進需要依據(jù)檢測的結果。A公司為了提高螺栓的擰緊精度，使用緊固法測量螺栓擰緊后扭矩，建立各零部件的檢測標準。

A公司的工藝部門對螺栓擰緊檢測積累大量的數(shù)據(jù)并制定了檢測標準，下列主要列舉兩種零部件的擰緊檢測，一種是硬連接，一種是軟連接。

軟連接：擰緊時使用電動扳手擰緊，螺栓的擰緊均值值是115.15Nm，標準偏差（Sigma）0.10，3Sigma是0.30，扭矩值如表1。

故將此螺栓的擰緊檢測標準制定為131Nm-149Nm。

螺栓的檢測標準制定的注意事項：

（1）需要依據(jù)檢測零部件的連接特性、測量的擰緊結果；

（2）對檢測人員進行培訓，并進行MSA統(tǒng)計分析，提高檢測精度；

（3）根據(jù)零部件連接的差異，建立適應本公司產品的檢測標準。