新能源汽車中國(guó)已經(jīng)站在高點(diǎn)，有些車型沒(méi)有對(duì)標(biāo)產(chǎn)品，無(wú)論是整車，還是局部的零部件產(chǎn)品，都需要進(jìn)行正向開(kāi)發(fā)，這其中靜態(tài)扭矩就需要一個(gè)很好的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證。新車型研發(fā)、制造將繼續(xù)成為各大車企的主要任務(wù)之一。
螺栓擰緊扭矩管理一直是總裝廠整車制造過(guò)程中的重要管理目標(biāo)，對(duì)于量產(chǎn)車而言總裝廠主要監(jiān)管動(dòng)態(tài)扭矩值，通過(guò)靜態(tài)扭矩抽檢對(duì)擰緊質(zhì)量進(jìn)行進(jìn)一步控制。而對(duì)于新車型總裝廠對(duì)靜態(tài)扭矩值非常關(guān)注，避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)，零部件制造質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致出現(xiàn)很大的扭矩衰減。
靜態(tài)扭矩值，即裝配過(guò)程中螺栓首次擰緊后，在短時(shí)間內(nèi)對(duì)已擰緊的螺栓扭矩進(jìn)行檢測(cè)所得的扭矩值。
螺栓連接的靜態(tài)扭矩與裝配時(shí)的動(dòng)態(tài)扭矩一般都不同，能夠輸出扭矩角度曲線，并能通過(guò)一定的算法滿足VDI 2645標(biāo)準(zhǔn)中多種檢測(cè)靜態(tài)扭矩方法（包含了峰值法、一定旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)的扭矩法、滑動(dòng)后最小值法、交叉線法、斜率法等5中方法）的靜態(tài)扭矩檢測(cè)扳手是總裝廠檢測(cè)新車試裝過(guò)程中的扭矩?cái)Q緊質(zhì)量的主要工具。
01
小批量試生產(chǎn)靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍不準(zhǔn)確
總裝廠對(duì)于新車型的試裝主要分為樣車試生產(chǎn)、小批量試生產(chǎn)、大批量試生產(chǎn)三大階段。
小批量試生產(chǎn)是總裝廠進(jìn)行新車型試裝配的第二大生產(chǎn)階段，經(jīng)過(guò)多次樣車試裝，試驗(yàn)驗(yàn)證，基本上可以確定設(shè)計(jì)沒(méi)有太大的問(wèn)題，所有螺栓連接能夠滿足載荷等功能要求了。
小批量生產(chǎn)階段，總裝廠對(duì)新車型的裝配工作，不管是從裝配人員熟練度、裝配工具，還是裝配方法方面都有極大的提高，整個(gè)裝配過(guò)程和樣車試裝階段都存在極大的不同。所以， 當(dāng)總裝廠進(jìn)入到新車型的小批量生產(chǎn)階段時(shí)，質(zhì)檢人員在檢測(cè)整車靜態(tài)扭矩過(guò)程中，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)小批量生產(chǎn)階段整車關(guān)鍵部位緊固件的扭矩（簡(jiǎn)稱關(guān)鍵扭矩）和重要部位緊固件的扭矩（簡(jiǎn)稱重要扭矩）會(huì)出現(xiàn)一個(gè)比較常見(jiàn)的問(wèn)題：部分靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍設(shè)定不當(dāng)，存在靜態(tài)扭矩值不合格現(xiàn)象。
靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍不當(dāng)?shù)那闆r主要有三種：
測(cè)量值低于下限值
測(cè)量值高于上限值
測(cè)量值相對(duì)偏離上限值或下限值，這也是最常見(jiàn)的情況。
根據(jù)螺紋副連接件對(duì)扭矩的影響，緊固件的連接類型分為三類：硬連接、軟連接、中性連接。
靜態(tài)扭矩多大范圍合適，根據(jù)某一次研討會(huì)上面的介紹，不同企業(yè)有不同的標(biāo)準(zhǔn)要求，下面列舉了大眾汽車，通用汽車，福特汽車常見(jiàn)的靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍要求。這個(gè)靜態(tài)扭矩范圍可以作為參考。不管怎么樣，靜態(tài)扭矩的原則應(yīng)該是保證預(yù)緊力要滿足一定的要求，也就是螺栓裝配后的預(yù)緊力要滿足載荷要求。
下面，螺絲君分別以某公司某車型制動(dòng)硬管連接（軟連接）、發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器連 接（硬連接）、燃油箱固定帶與車身連接（中性連 接）為例進(jìn)行以上三種不同類型的螺栓連接類型的靜態(tài)扭矩分析。
1.1 制動(dòng)硬管螺栓連接
制動(dòng)硬管擰緊螺母設(shè)計(jì)力矩為（18±2）Nm， 制動(dòng)硬管與制動(dòng)硬管連接設(shè)計(jì)確定屬于軟連接，在樣車試制階段，根據(jù)豐田經(jīng)驗(yàn)算法制定的靜態(tài)扭矩范圍是 11～27 Nm，相當(dāng)于最大允許衰減39%，最大允許增加50%。
在小批量生產(chǎn)階段，質(zhì)檢人員通過(guò)使用扭矩扳手檢 測(cè)到的靜態(tài)扭矩值如下表 所示，所有檢測(cè)車輛裝 配完成后均進(jìn)行了制動(dòng)系統(tǒng)氣密性檢測(cè)，檢測(cè)結(jié) 果符合整車制造要求，可以確認(rèn)測(cè)量的力矩均符合制動(dòng)系統(tǒng)氣密性要求。靜態(tài)扭矩測(cè)量結(jié)果如下表：
檢測(cè)的數(shù)據(jù)一共 125 個(gè)，所有數(shù)據(jù)都符合靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn) 11～27 Nm，從分布情況看，靜態(tài)扭矩值相對(duì)偏離了靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)的上限值，對(duì)于總裝廠小批量試生產(chǎn)階段而言，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式算出的該靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍存在比實(shí)測(cè)值上限偏高的問(wèn)題。
1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱螺栓連接
發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器連接螺栓設(shè)計(jì)扭矩為（80± 10）Nm，確定該處為硬連接。發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器連接屬于硬連接，在樣車試制階段，根據(jù)豐田靜態(tài)扭矩經(jīng)驗(yàn)確定方法制定的靜態(tài)扭矩范圍是 73～111 Nm。
相當(dāng)于最大允許衰減9%，最大允許增加39%。
小批量生產(chǎn)階段，質(zhì)檢人員檢測(cè)的靜態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù) 見(jiàn)下表。
把 125 個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，從分布情況來(lái) 看，靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍也存在比實(shí)測(cè)值 上限偏高的問(wèn)題。
1.3 燃油箱固定帶與車身連接
燃油箱固定帶與車身連接螺栓設(shè)計(jì)扭矩為 （40±8）Nm，燃油箱固定帶和車身材質(zhì)都是厚度較薄的鈑金件，通過(guò)螺栓擰緊后緊固面會(huì)出現(xiàn)輕微變形，所以，燃油箱固定帶與車身連接屬于中性連接，在樣車試制階段，制定的靜態(tài)扭矩范圍 是 31～57 Nm。
相當(dāng)于最大允許衰減23%，最大允許增加43%。
小批量生產(chǎn)階段，質(zhì)檢人員檢測(cè)的靜態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)下表。
將 125 個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，從分布情況來(lái)看，靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍存在比實(shí)測(cè)值下限和上限偏低的問(wèn)題。
02
原因分析
新車型小批量試生產(chǎn)階段，總裝廠出現(xiàn)部分 靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍不當(dāng)?shù)膯?wèn)題，究其原因主要有兩個(gè)方面：一方面是沿用了樣車試生產(chǎn)階段的經(jīng)驗(yàn)方法確定出的靜 態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)；一方面是生產(chǎn)條件出現(xiàn)較大變化， 如緊固件緊固工藝、緊固件生產(chǎn)工藝變更。
2.1 靜態(tài)扭矩沿用樣車標(biāo)準(zhǔn)
總裝廠樣車試生產(chǎn)階段定義的靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn) 一般是沿用老車型數(shù)據(jù)，或者通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式換算而成，因缺乏數(shù)據(jù)支撐并不精準(zhǔn)，為了確保樣車試生產(chǎn)的順利進(jìn)行，部分靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍甚至進(jìn)行了放大，所以當(dāng)總裝廠對(duì)新車型的試裝進(jìn)入小批量階段后，需要對(duì)原有靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核準(zhǔn)。
新車型相對(duì)于老車型而言一般都做了大量的設(shè)計(jì)變更，如改變了緊固件或被緊固件的材料、 表面摩擦系數(shù)，有些緊固部位可能增加了防松設(shè) 計(jì)，如彈簧墊圈、自鎖螺母、螺紋鎖固膠等，不同的設(shè)計(jì)變更對(duì)靜態(tài)扭矩的影響程度不一，而這些影響因素并不能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式換算得出，所以，小批量試生產(chǎn)階段繼續(xù)沿用樣車階段的靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)必會(huì)對(duì)質(zhì)檢工作造成不良影響。總裝廠經(jīng)過(guò)多輪樣車的試裝工作會(huì)積累大量的靜態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)量情況應(yīng)該對(duì)靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)范圍明顯存在問(wèn)題的地方進(jìn)行確認(rèn)、修改。
2.2 緊固件擰緊工藝變更
總裝廠新車型試裝工作進(jìn)入小批量階段后，原有樣車試裝的純手工裝配模式將無(wú)法滿足小批量生產(chǎn)節(jié)奏，同時(shí)，進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段后，總裝廠大部分?jǐn)Q緊設(shè)備都應(yīng)該安裝到位，通過(guò)小批量試裝驗(yàn)證擰緊設(shè)備的安裝調(diào)試情況，以便工藝人員確認(rèn)新的擰緊設(shè)備是否滿足總裝新車型批量生產(chǎn)的質(zhì)量要求和節(jié)拍要求。
因此，相對(duì)于樣車生產(chǎn)階段而言，此時(shí)緊固件的擰緊工藝出現(xiàn)了較 大的變化，使用擰緊設(shè)備代替原有人工使用動(dòng)力工具加扭力扳手的裝配方式，能有效提高扭矩的控制精度和扭矩的穩(wěn)定性。
對(duì)于靜態(tài)扭矩值而言， 其數(shù)據(jù)的波動(dòng)性也會(huì)極大的降低，繼續(xù)采用原來(lái)的靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)，就顯得標(biāo)準(zhǔn)的范圍過(guò)大，并不能有效監(jiān)控?cái)Q緊設(shè)備的工況，也不利于過(guò)程質(zhì)量的監(jiān)管。
另外手動(dòng)工具擰緊速度比較慢，樣件生產(chǎn)階段可以邊擰緊邊補(bǔ)償扭矩的衰減，小批量生產(chǎn)階段采用電動(dòng)擰緊槍擰緊，轉(zhuǎn)速比較高，扭矩衰減會(huì)相應(yīng)的更大。
2.3 緊固件生產(chǎn)工藝變更
總裝廠新車型小批量裝配使用的緊固件產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)比樣車試制階段裝配的緊固件產(chǎn)品質(zhì)量好很多，主要是因?yàn)榫o固件的生產(chǎn)工藝出現(xiàn)較大變化。樣車試裝階段使用的緊固件量小、緊固件圖紙未凍結(jié)，此時(shí)供應(yīng)商主要依靠人工和非專用設(shè)備生產(chǎn)就能滿足總裝廠樣車試裝需求。當(dāng)總裝廠進(jìn)入小批量裝配階段后，整車零部件圖紙基本凍結(jié)，緊固件需求數(shù)量大，緊固件供應(yīng)商的生產(chǎn)工 藝也逐步從人工向自動(dòng)化轉(zhuǎn)變，緊固件表面粗糙度、平面度等參數(shù)的穩(wěn)定性都會(huì)得到極大的改善。
同一批次的產(chǎn)品質(zhì)量差異性會(huì)很小，總裝在進(jìn)行試裝作業(yè)時(shí)扭矩的控制精度會(huì)的到有效保證，降低了扭矩波動(dòng)的可能性，所以總裝在新車型小批量試裝階段對(duì)整車關(guān)鍵緊固部位和重要緊固部位的靜態(tài)扭矩值能做到更小范圍的控制。
03
對(duì)策
新車型的設(shè)計(jì)變更、工藝變更導(dǎo)致了總裝廠原有樣車試制階段制定的靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)不能適用小批量試裝階段的生產(chǎn)要求，因此必須及時(shí)對(duì)原 有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。
總裝廠新車型小批量試裝階段 靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整需要結(jié)合新車型具體的擰緊部位分析，整車螺紋緊固件裝配過(guò)程的結(jié)果（擰 緊角度/扭矩）可看成一個(gè)鐘形正態(tài)分布的隨機(jī)變量，基于 6Sigma 理論可知，裝配結(jié)果數(shù)據(jù)落在 u± 3δ 的概率應(yīng)為 99.73%，即意味著每擰緊 10000 個(gè)擰緊點(diǎn)才可能有 27 個(gè)擰緊點(diǎn)不在[u-3δ，u+3δ] 范圍內(nèi)，此事件為小概率事件。
因此，在樣車試裝數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以均值的正負(fù)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差為公差進(jìn)行修訂，修訂后的靜態(tài)扭矩標(biāo)準(zhǔn)，基本覆蓋了所有的正常數(shù)據(jù)，能有效檢測(cè)和預(yù)防異常情況的發(fā)生。
以螺絲君上述檢測(cè)的制動(dòng)硬管靜態(tài)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器緊固扭矩、 燃油箱固定帶與車身緊固扭矩為例，根據(jù)樣車階段測(cè)量情況，通過(guò)計(jì)算公式可以得出制動(dòng)硬管、 發(fā)動(dòng)機(jī)與變速緊固件的靜態(tài)扭矩均值、標(biāo)準(zhǔn)差：
均值
標(biāo)準(zhǔn)差
式中，X1, X2, X3, ..., XN 為測(cè)量數(shù)據(jù)，其平均值為 μ， 標(biāo)準(zhǔn)差為 δ。
3.1 制動(dòng)硬管連接
經(jīng)計(jì)算可得制動(dòng)硬管靜態(tài)扭矩，均值 15.958 4 Nm，標(biāo)準(zhǔn)差 1.509 8 Nm，靜態(tài)扭矩上限20.487 8 Nm， 靜態(tài)扭矩下限11.429 Nm。
結(jié)合制動(dòng)硬管檢測(cè)的 125 個(gè)靜態(tài)扭矩值分布情況來(lái)看，最終確定調(diào)整為11～21 Nm。
3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱連接
經(jīng)計(jì)算可得發(fā)動(dòng)機(jī)與變速緊固件靜態(tài)扭矩， 均值 90.3 432 Nm，標(biāo)準(zhǔn)差5.692 997 Nm，靜態(tài)扭矩上限為107.422 Nm，靜態(tài)扭矩下限為 73.264 Nm。
結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器緊固件靜態(tài)扭矩值及其分布情況來(lái)看，最終確定調(diào)整為 73～108 Nm。
3.3 燃油箱固定帶與車身連接
經(jīng)計(jì)算可得燃油箱固定帶與車身緊固件靜態(tài)扭矩：均值 47.891 2 Nm，標(biāo)準(zhǔn)差4.977 595 Nm，靜態(tài)扭矩上限為62.824 Nm，靜態(tài)扭矩下限為32.958 Nm。
結(jié)合燃油箱固定帶與車身緊固件靜態(tài)扭矩值及其 分布情況來(lái)看，最終靜態(tài)扭矩調(diào)整為 33～63 Nm。
綜上可知，硬連接、軟連接、中性連接三種緊固件連接類型的靜態(tài)扭矩值，均能在擰緊工藝穩(wěn)定后通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析確定合適的靜態(tài)扭矩范圍。
注意以上統(tǒng)計(jì)分析確定靜態(tài)扭矩范圍的前提條件是：
1
制定擰緊工藝的時(shí)候就已經(jīng)確定擰緊后衰減在經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)，例如滿足大眾標(biāo)準(zhǔn)20%的衰減范圍內(nèi)，如果超出該范圍需要進(jìn)行調(diào)整擰緊工藝，增加停頓，降速等過(guò)程來(lái)盡可能降低扭矩衰減；如果仍然衰減較大，就需要設(shè)計(jì)一起確認(rèn)衰減這么大是否仍然能夠滿足要求，最終發(fā)布擰緊工藝。
2
測(cè)量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。
3
擰緊扭矩工序能力指數(shù)滿足1.33以上要求。
只有在這些條件滿足的前提下，才可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析的方法確定靜態(tài)扭矩范圍。否則，僅僅通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析的方法確定范圍就有可能導(dǎo)致本身扭矩衰減太大，也直接通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定靜態(tài)扭矩的范圍了。
螺絲君經(jīng)驗(yàn)與總結(jié)
L.S.ENGINEER Experience and Summary
以樣車試裝階段檢測(cè)的靜態(tài)扭矩?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先通過(guò)經(jīng)驗(yàn)算法進(jìn)行靜態(tài)扭矩范圍的確定。
通過(guò)實(shí)測(cè)靜態(tài)扭矩值，以均值的 6 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差作為公差，統(tǒng)計(jì)計(jì)算出靜態(tài)扭矩的上下限，作為最終調(diào)整后的靜態(tài)扭矩范圍。
通過(guò)這種方法既能有效檢測(cè)異常扭矩，也能最大限度的避免誤報(bào)警，同時(shí)也為總裝后續(xù)大批量生產(chǎn)提供技術(shù)儲(chǔ)備。