黄杰
飞龙汽车部件股份有限公司 河南 郑州451450
摘要：作为基本连接形式的螺栓连接，现已在诸多领域得到运用，其中便包括汽车行业。文章以汽车零部件装配及相关工作所提出诉求为切入点，以汽车部件连接所用螺栓为研究对象，先对控制螺栓拧紧程度的工艺进行了介绍，随后，结合汽车零部件的装配特点，创造性的提出了可使控制效果得到优化的策略，希望能够给相关人员以启发。
关键词：控制工艺优化；螺栓拧紧；汽车零部件
前言：目前，对汽车零部件和车身进行连接的构件，通常为螺栓，而拧紧螺栓的设备以电动拧紧工具、紧固扳手为主。在拧紧螺栓时，由工作人员借助拧紧工具，确保拧紧扭矩能够得到科学控制，通常可使螺栓和连接件得到有效连接。现有控制工艺较多，例如，伸长量法，对相关工作加以落实时，工作人员应以实际情况为依据，有目的性的选择并优化现有工艺，确保其优势能够得到应有发挥。
1汽车部件螺栓拧紧控制工艺
1.1伸长量法
该法被提出的原因，主要是不同材料的螺栓，通常能够展现出不同特性。研究表明，轴向预紧力对应改变量、螺栓伸长量的比值固定，因此，工作人员借助现有工具及仪表，对螺栓伸长量进行测量，再根据相关公式展开计算，便可获得轴向预紧力的真实数值。事实证明，该法的优势及不足均十分明显，优势是误差小和精度高，不足则是需要投入大量资金，用来对测量仪器进行采购。现有测量仪器的测量原理均为超声传感测量，通过持续采集回声信号的方式，为后续工作的开展提供参考，而回声信号的特点，主要是能够以螺栓伸长量所出现变化为依据进行变化。
1.2屈服点法
该法又被称为斜率法，其控制原理和螺栓屈服特性密切相关。基于该法对螺栓拧紧过程加以控制，前期扭转曲线斜率持续增大，在螺栓到达弹性区后，曲线斜率将变为定值，当螺栓由弹性区进入塑性区，扭矩和转角将不存在任何线性关系，此时，曲线斜率匀速减小。除特殊情况外，斜率降到1/2最大斜率时，螺栓将达到自身屈服点，而工作人员的任务，主要是实时跟进斜率变化情况，在对拧紧工具加以控制的基础上，确保拧紧操作能够及时停止[1]。
1.3扭矩控制
该法通过对螺栓扭矩加以控制的方式，保证所获轴向预紧力满足螺栓需求（如图1）。目前，螺栓弹性区域是对该法进行应用的主阵地，在拧紧螺栓、使其扭矩与目标扭矩相等后，工作人员便可经由相关信号，确保扭矩控制及时结束。在应用该法将螺栓拧紧时，扭矩和轴向预紧力的关系为正相关，这点需要引起重视。由于摩擦因数的存在，因此选择该法拧紧螺栓，通常会有九成的拧紧扭矩，会被螺纹、支撑面存在的摩擦阻力消耗，这也表明仅有一成扭矩力能够转化成轴向预紧力，确保螺栓能够被拧紧。
图 1 螺栓拧紧控制工艺
1.4转角控制
如果工作人员选择转角控制法，用来监控螺栓拧紧过程，如下图旋入角度监控，先要对螺栓进行拧紧，使其达到预定扭矩值，并确保螺栓和连接件完全贴合，再通过继续旋转螺栓的方式，使其达到特定角度，如：在拧紧初期，也可以叫第一步拧紧，螺栓尚未接触到被连接件，此时，预紧力是零，扭矩小，摩擦力小，则决定扭矩被保持在较小数值；当第一步拧紧结束进入第二步拧紧时，即二者快接触时，扭矩和预紧力持续增大；对该法加以应用时，工作人员应当明确螺栓所在区域的性质，弹性区需要提前对起始点扭矩进行确定，随后，对螺栓旋转角度加以调整，以此来达到控制轴向预紧力的目的。研究表明，对该法而言，能够给螺栓旋转角度带来影响的因素较多，除了众所周知的螺栓尺寸、连接件尺寸，还有二者的材质、螺栓拧紧精度和弹性变形等，这部分因素较易被工作人员忽略，从而导致工作效果无法达到预期。
2、汽车零部件螺栓拧紧工艺优化分析
2.1螺栓紧固原理
螺栓紧固属于常见紧固方式之一，强调对螺纹进行相对运动，确保螺杆出现轴向变形。一般来说，螺栓连接所承受不同方向的力，见下图，在紧固过程中带来的拉伸变形，均有轴向拉力相对应，保证零件能够得到有效挤压，这里提到的轴向拉力，又被称为预紧力、夹紧力。从理论上来说，在预紧力足够的情况下，即便处于低温、高温或持续震动的环境中，被夹零件仍然能够做到长期、安全运行。这也表明对螺栓拧紧过程加以控制很有必要，只有这样才能避免预紧力控制不当，导致汽车出现不必要问题，甚至使乘客安全受到威胁。
2.2摩擦系数影响
在拧紧螺栓的过程中，工作人员无法直接对预紧力进行测量，因此，在汽车行业通用的方法为先检测扭矩值，再根据扭矩值计算预紧力。现有研究普遍指出，对螺栓进行拧紧时，通常有四成到七成扭矩会被紧固件的头部摩擦所消耗，四成到六成扭矩会被螺纹摩擦所消耗，仅有大概一成扭矩能够成功转化成预紧力，由此可见，根据扭矩检测结果，对预紧力进行计算，极易被摩擦系数所影响，而螺栓摩擦系数又与润滑条件和表面处理等因素密切相关。汽车企业出于提升装配一致性及稳定性的考虑，纷纷以实际情况为依据，对摩擦系数内涵进行了明确和调整，不同工况下螺栓的摩擦系数是不一样的，通过验证得出，表面处理不同，摩擦系数变化非常大，尤其是氧化后摩擦系数增大较多。
2.3增加螺栓摩擦力
目前，实证有效的摩擦力增加方法，主要有自锁螺母拧紧、双螺母拧紧和弹簧垫圈拧紧。自锁螺母拧紧又分为非金属嵌件、全金属螺母两种，这两种自锁螺母，均可经由自身形变的方式，达到锁紧的目的，以底盘为代表的汽车关键部位，通常会对其加以应用。双螺母强调增加能够挤压原有螺母的新螺母，通过相互挤压的方式，达到紧固的目的。而弹簧圈拧紧是凭借压平垫圈所形成弹性反力，确保螺纹得到压紧，工作人员需要明确一点，如果外界有较强冲击载荷存在，该结构往往无法取得理想紧固效果，因此，该结构在非关键部位较为常见[2]。
2.4其他优化方法
其一，机械防松结构由圆螺母、开口销和止动垫片组成。该结构能够承受激烈的振动与冲击。其二，利用密封材料对螺纹进行处理，例如，厌氧胶，当螺母被拧紧后，厌氧胶的存在，可减少螺纹相对运动的次数并减小力度。其三，通过点焊、端铆或是冲点的方式，确保螺母和螺栓间有刚性连接形成，这样做能够达到永久紧固的目的。其四，通过消除或减小弹性衰减，避免螺栓在拧紧后扭矩衰减造成的夹紧力减小，从而达到螺栓拧紧后的稳定性。
结论：通过上文的分析能够看出，要想使连接汽车零部件及车身的螺栓发挥出应有作用，关键是以螺栓紧固原理为依据，对拧紧过程加以控制，只有这样才能为汽车安全提供有力保证。由于螺栓拧紧控制涉及到诸多原理和工艺，因此，在未来一段时间内，该课题还将是业内人员研究的重点，笔者相信随着研究的深入，还将有更加高效的控制工艺出现，为汽车企业乃至整个行业的发展助力。
参考文献：
[1]王安琪,吕品德,徐文煜,等.车桥轮毂螺栓拧紧设备的机构设计[J].电子技术,2020,49(06):102-103.
[2]程翰.基于MATLAB的汽车变速箱壳体螺栓拧紧机构优化设计[J].内燃机与配件,2019(20):12-13.