徐盛
汇川技术（苏州）有限公司 江苏 苏州 215100
摘要：随着新能源的不断发展与创新，新能源汽车零部件的装配至关重要，其中拧紧装配是核心工艺之一。本文基于拧紧工艺的基础原理（关键要素、控制方法、拧紧过程等等）、了解不同螺栓的性能指标与选择要求、在不断发展创新的自动电批及其控制器软件的工控条件下，结合生产线的制造设备与制程控制等现场管理，最终做到不断改善汽车零部件组装生产中的拧紧质量和生产力，不断满足甚至超越客户的需求，从而让企业在新能源行业坚持生存并保持竞争力。
关键词：拧紧、工艺、螺栓、电批、控制器
绪论
不同的行业对拧紧工艺过程的要求也不一样，在汽车电子行业，汽车零部件的组装过程绝大多数都应用了拧紧锁固装配过程，因汽车行业，安全永远排第一位，从而，在汽车零部件装配过程，拧紧工艺的要求非常严格，无论是技术研发、还是生产过程，只有充分掌握了这些知识和经验，才能在不断发展的未来始终保持竞争力，特别是新能源行业的崛起之际，拧紧工艺贯穿于零部件的精密装配和整机的正规组装。
一、拧紧基础原理
1.影响夹紧力的因素
1）摩擦力，例如粗糙表面、低质量螺纹、材料不合适。
2）不可靠的装配技术，低精度或不合适的工具、低质量的螺纹、工件精度不够。
3）材料与装配，设计缺陷、不合适的材料组合、不合适的装配方法
4）温度，不同的膨胀系数、不正确的螺栓尺寸联接
5）错误的拧紧系统，夹紧力过高或过低
2.摩擦力对夹紧力的影响
扭矩法拧紧时大约90%用于克服摩擦力，其中螺帽与连接件表面摩擦力占大约40%，螺纹摩擦力占大约50%，所以最终连接件之间的夹紧力在10%左右。
3.常用拧紧方法
1)扭矩控制 – 辅助角度监控，优点是容易测量、可发现连续缺陷、螺栓可重复使用，缺点是受原材料影响较大，容易出现浮钉（无或较低夹紧力）。通常应用于轮子螺栓装配、机油盘螺栓装配。
2)屈服点控制 – 辅助扭矩/角度监控，优点是摩擦影响低、夹紧力变化小，缺点是螺栓无法重复使用、控制要求高。通常应用于ABS-装配、轮毂螺栓装配、飞轮盘装配。
3)角度控制-辅助扭矩监控，优点是摩擦影响低、夹紧力变化小，缺点是螺栓不能重复使用、手动拧紧偏差大。通常应用于缸盖螺栓装配、卡钳螺栓装配。
4.拧紧步骤
通常使用的都是多步拧紧方法，
1)认帽或者寻孔，正转或反转、转速慢、角度短、扭矩低，一般应用于手动拧紧或者螺栓抓取（或吸取）垂直度容易偏差的自动拧紧工艺，使之进入正常高速攻丝（旋入）阶段之前，准确对准孔内。
2)攻丝或者旋入，正转、转速快、角度长、扭矩低，此阶段可以终止于设置的角度值或扭矩值，过程以扭矩监控。
3)（可选）减速，（可选）拧松或回旋，（可选）接触面或找斜率。
二、螺栓的选择
1.螺纹的五个要素与种类
牙型、直径、线数、螺距和导程、旋向
2.螺栓标识
供应商名+数字（比如8.8）+M（代表公制），8.8中第一个8代表最小抗拉强度，100*8=800 N/mm2，第二个8代表屈服强度与最小抗拉强度之间的关系，所以屈服强度为800*0.8=640 N/mm2。
3.螺帽的种类
1)根据应用不同的扳手一般分为，内六角、外六角、梅花（六花）、一字、十字；
2)根据尺寸从小到大分为，M1、M2……M24……；
3)根据头部形状有平头与沉头之分，平头螺丝可在沉孔内部，也可在外部，也可添加垫片，沉头螺丝只会在沉孔内部。
汽车零部件装配一般选择平头螺丝。
综上所述，汽车零部件装配基于对连接件的夹紧力的要求，评估所需扭矩大小和产品外观尺寸，装配工艺和拧紧工艺的成熟度，从而决定选择对应抗拉、屈服性能的螺栓。
三、电批及控制器
1.普通电批与伺服电批
1)普通电批，成本低 、重量轻，满足于一般的工业拧紧需求。缺点是精度低、不可控、不稳定。
2)伺服电批，伺服电机出力大、响应快、速度高、惯量小、转动平滑、力矩稳定、精度高，使用寿命长。缺点是成本高。
2.控制器
专用于拧紧电批的精简版工控系统，可以存入拧紧程序、自带或外接电脑软件进行拧紧程序编制和修改，拧紧数据存储，通讯数据传输接口，显示屏（显示扭矩、角度数值或运行状态），指示灯等等。
不同电批厂商的电批性能和控制器功能（软件功能）都不一样，汽车零部件装配工艺所需电批与控制器，一般考虑需满足多步拧紧程序、扭矩/角度控制、精度高、力矩稳定、效率高、软件操作简易、通讯稳定、数据传输方便、成本适中等因素，当然，还需要考虑是否与PLC或上位机进行通讯进行中央或者远程监控。
四、半自动与自动拧紧工艺、设备
1.半自动拧紧，选择合适的电批与控制器，将电批安装在力
臂上，手动握住电批，通过力臂移动电批并监控X/Y坐标位置。优点是成本低、灵活度高、设备故障率低，缺点是生产效率不稳定、拧紧过程受人为操作影响大（螺栓拧斜或多圈空转）
2.自动拧紧，一般为非标设备，结合PLC、轴（伺服控制或
线性控制、机械手）、固定工装、定位工装（或影像定位）成为一套自动化拧紧系统。优点是节省劳动力、生产节拍稳定、拧紧工艺制程比较稳定，缺点是设备故障率高、技术人员能力要求高、原材料（螺栓、连接件）一致性要求高。
五、拧紧异常分析与改善
如下图，拧紧停止点落在OK区域为正常，落在其它区域说明拧紧过程中出现了问题。可能的原因如下所示，但不局限于此。
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图6：拧紧结果分析
对于不同的异常情况，采取不同的改善方法，比如，设备备件的更换、维护保养，拧紧程序的优化，原材料尺寸、硬度、表面处理的改善等等。
参考文献：
【1】李维荣，标准紧固件实用手册(精装)【S】，中国标准出版社，2001.8
【2】熊艳丽，螺纹紧固件拧紧力矩控制与试验研究【R】，中国运载火箭技术研究院研究发展中心，2018.2
【3】孙宝章，螺栓拧紧方法分析与应用【C】，中国科技论文在线，2009.01.15
徐盛 1987-10-24，男，常州大学，本科，电子信息工程