汽車裝配過程緊固工具和設(shè)備的探究

李琨　董瑋　宋偉佳　魯鵬　劉吉

摘 要：本文對汽車裝配過程中常用的緊固工具和緊固設(shè)備進行了探究，主要涉及扭矩扳手、沖擊扳手和自動擰緊機等。本文介紹了扭矩扳手、沖擊扳手和自動擰緊機的基本原理和使用方法，分析了它們在不同裝配場景下的適用性和優(yōu)缺點。通過深入探討這些工具和設(shè)備的工作原理、特點和優(yōu)缺點，本文旨在為汽車制造業(yè)提供有益的參考和指導。最后總結(jié)了汽車裝配過程中緊固工具和設(shè)備的發(fā)展趨勢和未來研究方向，提出了加強技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)的必要性，為汽車制造業(yè)提供有益的參考和指導。

關(guān)鍵詞：汽車裝配 緊固工具 緊固設(shè)備

1 引言

在汽車裝配過程中，緊固工具和設(shè)備的應(yīng)用是不可或缺的一環(huán)。隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展，對于緊固工具和設(shè)備的需求也在不斷增長。為了確保汽車的質(zhì)量和安全性，對于緊固工具和設(shè)備的要求也越來越高，這些工具和設(shè)備在裝配過程中起著至關(guān)重要的作用，它們能夠快速、準確地完成緊固工作，提高生產(chǎn)效率，降低成本，確保產(chǎn)品質(zhì)量。汽車裝配過程中緊固工具和設(shè)備的探究具有重要的意義。通過深入了解其工作原理、特點以及優(yōu)缺點，我們可以更好地應(yīng)對市場需求和技術(shù)變革，推動汽車制造業(yè)的發(fā)展。

2 擰緊工具和設(shè)備

汽車裝配過程中，緊固工具和設(shè)備主要涉及扭矩扳手、沖擊扳手和自動擰緊機等。這些工具和設(shè)備在裝配過程中起著至關(guān)重要的作用，它們能夠快速、準確地完成緊固工作，提高生產(chǎn)效率，降低成本，確保產(chǎn)品質(zhì)量[1]。

2.1 扭矩扳手

扭矩扳手是最常用的緊固汽車緊固件的工具，如圖1所示。這些工具允許用戶對緊固件施加特定的扭矩，確保其按照制造的規(guī)格要求進行緊固[2-3]。扭矩扳手有三種主要類型：機械式、液壓式和電子式。

（1）機械式扭矩扳手是最常見的類型，其工作原理是利用彈簧或砝碼等彈力裝置來設(shè)定所需的力矩值。當施加的力量達到設(shè)定值時，定值力矩扳手會發(fā)出咔嚓聲或提供其他形式的反饋，告知用戶已經(jīng)達到所需的力矩值。機械式定值力矩扳手具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、易于攜帶等優(yōu)點，但精度和穩(wěn)定性相對較低。

（2）液壓式扭矩扳手利用液壓原理來傳遞力量，具有較高的精度和穩(wěn)定性。液壓式定值力矩扳手通常由液壓泵、油缸和操作手柄等部分組成。通過調(diào)節(jié)液壓泵的壓力和流量，可以精確控制施加的力矩值。液壓式扭矩扳手適用于高強度、高精度的螺栓連接，如橋梁、建筑等大型結(jié)構(gòu)的裝配。但液壓式定值力矩扳手結(jié)構(gòu)復雜、價格較高，且需要專業(yè)的維護和保養(yǎng)。

（3）電子式扭矩扳手是一種現(xiàn)代化的工具，它采用電子傳感器和微處理器技術(shù)來測量和控制系統(tǒng)。電子式扭矩扳手具有高精度、高可靠性、智能化等特點，能夠?qū)崟r顯示施加的力矩值，并自動校準和補償各種外部因素對測量結(jié)果的影響。電子式扭矩扳手適用于精密裝配和高強度螺栓連接等重要場合，能夠大大提高工作效率和擰緊質(zhì)量。但電子式扭矩扳手價格較高，需要專業(yè)培訓才能熟練使用。

2.1.1 扭矩扳手優(yōu)點

扭矩扳手提供準確和一致的緊固力矩，確保其按照正確的規(guī)格要求進行緊固。它們易于使用，有各種尺寸和樣式可適用于不同的應(yīng)用。數(shù)字扭矩扳手提供了精確和即時的扭矩測量的額外好處。

2.1.2 扭矩扳手缺點

扭矩扳手相較于普通扳手成本較高，并需要定期進行校準和保養(yǎng)，以確保其準確性和可靠性。不同規(guī)格的螺栓和螺母可能需要不同規(guī)格的扭矩扳手，具有一定的局限性。

2.2 沖擊扳手

沖擊扳手是另一種常用于緊固汽車緊固件的工具，如圖2所示。它們使用旋轉(zhuǎn)力和沖擊力相結(jié)合來快速緊固或拆卸緊固件[4]，沖擊扳手主要有電動與氣動扳手兩類。

（1）電動沖擊扳手以電力為動力，通過電機驅(qū)動，能夠快速、高效地完成螺栓和螺母的緊固或拆卸工作。相比傳統(tǒng)的手動扳手，電動沖擊扳手大大提高了工作效率，減少了工作強度，特別適合于大規(guī)模、高效率的裝配工作。

電動沖擊扳手通常具有較高的旋轉(zhuǎn)和沖擊精度，能夠滿足各種高精度螺栓和螺母的緊固需求。由于其精確的控制系統(tǒng)，電動沖擊扳手可以精確地控制旋轉(zhuǎn)角度、扭矩和沖擊力，避免了手動操作時可能出現(xiàn)的誤差和損壞。

許多電動沖擊扳手具有可調(diào)扭矩功能，允許用戶根據(jù)不同的螺栓和螺母規(guī)格調(diào)整所需的扭矩，以防止過度擰緊或擰不足的問題。這一特點使得電動沖擊扳手能夠適應(yīng)不同的緊固需求，提高了工作的靈活性和可靠性。

現(xiàn)代電動沖擊扳手通常具備智能化控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測工作狀態(tài)、顯示工作數(shù)據(jù)、記錄工作歷史等。這些功能有助于提高工作效率、保證工作質(zhì)量，并為后續(xù)的維護和保養(yǎng)提供數(shù)據(jù)支持。

（2）氣動沖擊扳手需要壓縮空氣作為動力源，適用于具有氣源的工業(yè)環(huán)境和工作場所。相比電動沖擊扳手，氣動沖擊扳手不需要電源或電池，結(jié)構(gòu)相對簡單，故障率較低，適合在各種惡劣環(huán)境下使用。由于其機械結(jié)構(gòu)相對簡單，氣動沖擊扳手的維護和保養(yǎng)也相對簡單方便。

氣動沖擊扳手通常具有較大的手柄和易于操作的開關(guān)，使得操作更加簡單方便。在使用過程中，用戶可以通過簡單的操作來控制旋轉(zhuǎn)角度、扭矩和沖擊力，提高了工作效率和操作的便捷性。

氣動沖擊扳手的馬達和氣缸等部件通常采用金屬材料制成，具有較好的耐久性和耐磨性。在連續(xù)使用或高強度使用的情況下，氣動沖擊扳手能夠保持較長的使用壽命。價格通常比電動沖擊扳手低，特別是對于一些小型或中型的工況，氣動沖擊扳手的性價比更高。

2.2.1 沖擊扳手優(yōu)點

沖擊扳手快速而強大，可以快速緊固或拆卸頑固的緊固件。它們可在狹窄的區(qū)域中使用，無需使用長臂扳手。沖擊扳手具有較高的效率，可以在更短的時間內(nèi)完成更多的工作。

2.2.2 沖擊扳手缺點

沖擊扳手可能會造成過度緊固的問題，這可能導致緊固件的損壞或斷裂。它們可能產(chǎn)生很大的噪音和振動，需要使用防護設(shè)備來保護使用者。沖擊扳手的使用需要一定的技能和經(jīng)驗，否則可能會產(chǎn)生安全隱患。

2.3 自動擰緊機

自動擰緊機在汽車行業(yè)中的使用越來越普遍，如圖3所示。這些機器旨在提供一種快速高效的方法來擰緊螺栓和螺母，同時確保準確性和一致性。自動擰緊機通常包括以下組成部分：擰緊工具：這是用于擰緊螺栓或螺母的工具。它可以是氣動扳手、電動扳手、液壓扳手或適用于該應(yīng)用的任何其他類型的扳手?？刂茊卧哼@是機器的大腦，控制擰緊工具的操作。它可以是可編程邏輯控制器（PLC）、計算機或任何其他類型的電子控制器。傳感器：這是在擰緊過程中測量扭矩和旋轉(zhuǎn)角度的裝置。它可以是扭矩傳感器、角度傳感器或兩者的組合。電源：這是機器的電力、液壓或氣動來源[5-6]。

2.3.1 自動擰緊機的工作原理

自動擰緊機通過將螺栓或螺母擰緊到指定的扭矩和旋轉(zhuǎn)角度來工作。操作員將所需的扭矩和角度值輸入控制單元，然后機器就會處理剩下的部分。機器使用傳感器在擰緊過程中測量扭矩和旋轉(zhuǎn)角度，并相應(yīng)地調(diào)整擰緊工具以確保達到指定值[7-8]。

自動擰緊機的一個關(guān)鍵優(yōu)點是它能夠提供一致和準確的結(jié)果。這是因為機器不受操作員疲勞等因素的影響，這些因素可能導致扭矩值不一致。此外，機器可以編程將螺栓和螺母擰緊到特定的扭矩和旋轉(zhuǎn)角度值，這可以降低過度或不足擰緊的風險。

2.3.2 自動擰緊機優(yōu)點

（1）提高效率：自動擰緊機可以比手動方法更快地執(zhí)行擰緊過程，采用高精度的控制系統(tǒng)和傳感器，能夠精確地控制擰緊力和旋轉(zhuǎn)角度，確保螺栓和螺母的緊固質(zhì)量。同時，自動擰緊機通常配備多工位同時工作的特點，可以在短時間內(nèi)完成大量螺栓和螺母的緊固工作，提高了工作效率。

（2）自動擰緊機通常配備可編程控制器或工業(yè)計算機，用戶可以根據(jù)不同的螺栓和螺母規(guī)格、不同的緊固需求，編寫個性化的工作程序。同時，自動擰緊機還具備高度定制化的特點，可以根據(jù)用戶的特殊需求進行定制，滿足不同行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)需求。。

（3）自動擰緊機可以減少需要的操作員數(shù)量，并降低相關(guān)培訓和人工成本。

（4）使用自動擰緊機可以減少人為因素對擰緊質(zhì)量的影響，不受操作員疲勞或其他可能影響結(jié)果一致性的因素的影響，可以提供準確和一致的擰緊結(jié)果，提高擰緊質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量。

（5）自動擰緊機通常配備數(shù)據(jù)追溯和監(jiān)控功能，能夠?qū)γ總€螺栓和螺母的緊固過程進行實時監(jiān)測和記錄。這些數(shù)據(jù)可以用于質(zhì)量追溯、工藝優(yōu)化等方面，幫助企業(yè)提高生產(chǎn)管理水平和產(chǎn)品質(zhì)量控制能力。

2.3.3 自動擰緊機缺點

雖然自動擰緊機在汽車行業(yè)中具有很多優(yōu)點，但也存在一些缺點。這些包括：

（1）初始成本高：購買自動擰緊機需要較高的初始投資成本。

（2）維護成本高：維護自動擰緊機需要專業(yè)知識和技能，并需要定期維護和保養(yǎng)。

（3）可能存在故障：自動擰緊機可能存在故障，可能需要額外的時間和費用進行修理。

3 緊固工具的未來發(fā)展趨勢

隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，緊固方法也在不斷改進和創(chuàng)新。未來，我們可能會看到更多的自動化和數(shù)字化工具用于汽車緊固件的緊固，例如使用機器人和傳感器進行扭矩和角度緊固。另外，還可能會開發(fā)出更高效的緊固方法，以滿足快速生產(chǎn)和裝配的需求。

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，自動擰緊機也在不斷改進和發(fā)展。未來，預計自動擰緊機將實現(xiàn)更高的智能化和自動化水平。例如，自動擰緊機可能會配備更高級的傳感器，以提高擰緊的準確性和一致性。自動擰緊機在汽車行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。它們可以提高生產(chǎn)效率、保證擰緊質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量，并降低人工成本。隨著技術(shù)的不斷進步和發(fā)展，預計自動擰緊機將實現(xiàn)更高的智能化和自動化水平，成為汽車工業(yè)不可或缺的一部分。然而，無論未來的發(fā)展趨勢如何，準確、穩(wěn)定和可靠的緊固仍將是汽車制造的重要環(huán)節(jié)，需要引起重視。

4 結(jié)論與未來研究方向

有效緊固汽車組件是一個必要的過程，應(yīng)正確執(zhí)行，以確保汽車的安全和壽命。本研究表明，實現(xiàn)正確扭矩的方法和設(shè)備各不相同，了解影響緊固的因素可以做出明智的決定。本文還強調(diào)了使用正確的工具和設(shè)備以實現(xiàn)正確扭矩的重要性。最后，本文提出了建議，包括確保操作人員接受培訓以正確使用工具和設(shè)備，遵守制造商的規(guī)范以及定期檢查緊固件以確保其保持正確的扭矩。未來的研究可以探討更多類型的扭矩扳手和其他用于緊固的工具，并比較它們的效率和精度。此外，可以探討使用機器人緊固技術(shù)的可能性，以提高生產(chǎn)效率和減少人工錯誤的風險。最后，可以研究更加先進的技術(shù)，以改進汽車緊固件的緊固方法。

參考文獻：

[1]徐海東.汽車螺紋緊固件連接質(zhì)量及擰緊工藝的分析應(yīng)用[D].合肥工業(yè)大學，2020.

[2]高潤東，李向民，陳玲珠等.數(shù)顯扭矩扳手用于螺栓群松動檢測的試驗研究[J].施工技術(shù)（中英文），2023，52（03）：1-3.

[3]于航.智能扳手的設(shè)計與研究[D].江蘇科技大學，2021.

[4]馬亮.定扭矩電動沖擊扳手控制系統(tǒng)研究[D].安徽大學，2021.

[5]沈陽，欒會玲.基于螺栓自動擰緊機的純電動車電動機裝配工藝研究[J].汽車工藝與材料，2021（07）：66-70.

[6]徐健，李強，侯美蓉.AMT自動擰緊機在發(fā)動機裝配線中的應(yīng)用[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2018（18）：143-144.

[7]李國鈞.自動擰緊機原理分析及改進[J].汽車實用技術(shù)，2010（03）：94-96.

[8]吳拓.汽車總裝車間六-五軸混合自動變位螺母擰緊機方案設(shè)計及應(yīng)用[J].汽車實用技術(shù)，2017（11）：56-57+60.