基于機器能力指數的擰緊設備質量控制方法

丁奕

（同濟大學汽車學院，上海 201804）

基于機器能力指數的擰緊設備質量控制方法

丁奕

（同濟大學汽車學院，上海 201804）

機器能力指數是現代工業評定設備能力的一種主要指標。螺栓擰緊設備作為現代化工業生產高質量、高產量裝配技術的代表，其擰緊質量的優劣與產品質量和用戶安全等息息相關。文章介紹了一種基于機器能力指數的擰緊設備質量控制評價方法，簡要敘述了從采購驗收到安裝使用的各個階段中對擰緊設備能力測試的方法和要求。

擰緊設備；質量控制；機器能力指數

螺栓擰緊設備作為現代化工業裝配技術的代表，滿足了高質量、高產量的生產需求。機器能力指數是現代工業評定設備能力的一種主要指標?；跈C器能力指數可對擰緊設備的擰緊質量進行有效控制，進一步降低螺栓裝配過程中出錯率，提高產品質量，保護用戶安全。

1 機器能力指數概念

機器能力指數是指在工序穩定的情況下，制造設備所具有的保證產品質量的能力。機器能力建立在數理統計基礎上，以質量特性值分布的標準偏差s來表征。s可直接由質量特性值的實測數據求得：

式中：

TO——公差上限，即被測量的上級限值

TU——公差下限，即被測量的下極限值

但實測數據的平均值 （即實測數據的分布中心）通常與質量特征值的理論中心不重合，此時需考慮分布中心的偏移量，并對實際機器能力指數進行評價：

2 質量控制評價裝置

螺栓擰緊設備的質量控制評價裝置由標準扭矩角度傳感器與螺栓連接模擬器組成（圖1）。螺栓擰緊設備與標準傳感器串聯連接，對螺栓連接模擬器施加扭矩，通過標準傳感器連同顯示放大器對輸出扭矩及旋轉角度進行監測，同時與螺栓擰緊設備的顯示值進行比對。

圖1 螺栓擰緊設備質量控制評價裝置示意圖

3 質量控制評價方法

3.1 機器能力測試MCT

擰緊設備在采購到位和經過調試維修后需要進行全方位的機器能力測試，以保證該設備在其有效量程范圍內擰緊質量的穩定有效。

機器能力測試在實驗室進行。測試扭矩按照設備的輸出上下限的量程區間選取30%、80%、100%三點。具體規則如例：

一把螺栓擰緊設備的輸出上限為100Nm，下限為40Nm，則設備量程為：100-40=60Nm。

30%量程測量點為：

80%量程測量點為：

100%量程測量點為：

評價測試包括了硬連接（高扭矩率螺紋連接）測試和軟連接（低扭矩率螺紋連接）測試，為保證測試的一致性，要求施加扭矩與旋轉角度的比率保持在一定線性范圍內：硬連接測試時25%至50%的測試扭矩比例段，扭矩與角度的線性比率偏離須小于±10%，50%至100%的測試扭矩比例段，扭矩與角度的線性比率偏離須小于±5%，同時50%至100%的測試扭矩比例段的旋轉角度控制在30°±5°內；軟連接測試時25%至50%的測試扭矩比例段，扭矩與角度的線性比率偏離須小于±20%，50%至100%的測試扭矩比例段，扭矩與角度的線性比率偏離須小于±10%，同時50%至100%的測試扭矩比例段的旋轉角度控制在360°±15°內。測試過程須按照各量程測試點，按硬連接和軟連接情況分別進行50次以上數據的連續測試。

機器能力測試評價的公差主要根據設備驗收要求制定。如德國大眾汽車公司對于不同類型的螺栓擰緊設備機器能力指數的驗收公差要求參見表1。

表1 機器能力測試評價的公差要求（VW）

擰緊設備只有在驗收合格后才能進入倉庫，以備裝配線安裝需求。

3.2 代入能力測試BIC

擰緊設備安裝到裝配線之前需要通過代入能力測試。

代入能力測試仍在實驗室進行。測試扭矩按照裝配工位的實際工藝值。測試的螺紋連接扭矩率調節至實際工藝的軟硬程度。該扭矩率可通過扭矩轉角傳感器在實際工位上擰緊螺栓工件學習獲得，并在螺栓連接模擬器上進行控制復現。測試過程進行20～50次的連續測試。

代入能力測試評價的公差依據裝配工位的實際工藝公差。一般50次代入能力測試評價的合格標準為≥2.0；≥1.67?？梢愿鶕嶋H情況減少測試數量，但需要提高的合格標準，具體要求見表2。

3.3 持續能力測試KIC

擰緊設備在使用過程中還需定期進行持續能力測試。持續能力測試在生產線現場進行。測試扭矩按照裝配工位的實際工藝值。螺紋連接扭矩率調節至實際工藝的軟硬程度。測試過程進行20～50次的連續測試。持續能力測試評價的公差依據裝配工位的實際工藝公差。持續能力測試評價的合格標準和代入能力測試評價一致。當持續能力測試不合格時，需要及時更換備件設備，并對問題設備進行調試維修。

表2 代入能力測試評價的測試數量與合格標準

3.4 擰緊結果復測MNA

除了對擰緊設備的定期測試，對產品中完成裝配擰緊的螺栓本身也要進行定期的抽檢扭矩復測。需要注意的是復測所得扭矩并不等同于擰緊扭矩。扭矩復測通常由螺栓再次向擰緊方向旋轉少數角度（不大于10度）達到峰值扭矩測得。如在擰緊裝配完成后，直接對螺栓進行復測，由于靜摩擦系數大于動摩擦系數，所測扭矩會大于擰緊扭矩。而如果在裝配完成后一段時間，再去進行扭矩復測，由于熱脹冷縮、連接松弛等因素影響，所測扭矩會小于擰緊扭矩。選擇的復測時間點和測量結果有很大關系。對于扭矩復測，各企業需要制定相應準則，在規定時間點（如完成裝配后30分鐘），對螺栓進行扭矩復測，并根據統計數據確定的邊界進行合格確認。影響扭矩復測結果的因素有很多，除了擰緊設備的性能，還有人員、產品材料、螺栓材料、環境等因素。當扭矩復測結果超出合格邊界時，需要對這些因素進行排查分析。

4 結語

對擰緊設備的質量控制是一個持續的過程。對其質量控制可依照控制流程圖進行。本文基于機器能力指數對擰緊設備的質量控制方法進行探討，希望能為相關企業的擰緊設備質量控制提供參考。

[1]丁奕.螺栓擰緊設備機器能力指數的測試評價[J].上海計量測試，2014（6）：20-23.

[2]朱正德.機器能力指數及其應用[J].制造技術與機床，2004（12）：12-14.

[3]朱正德.機器能力指數——評定螺栓擰緊設備的一項重要指標[J].組合機床與自動化加工技術，2002（9）：4-7.

[4]VDI/VDE 2645-2:2014 Capability Test for Fastening Technology- Machine Capability Test[S].

[5]GB/T 26547-2011/ISO 5393:1994 螺紋緊固件用回轉式工具性能試驗方法[S].

O213.1

A

1671-0711（2017）12（上）-0043-02