在以批量生产为特征的制造业中,为了确保产品的装配质量,应该对螺栓连接实施可靠控制。
螺栓连接及其装配质量控制焊接、胶接、铆接和螺栓连接是现代机械制造业应用四种装配工艺,相比之下,螺栓连接在汽车行业采用更多。螺栓连接的装配质量直接关系到产品的安全性和可靠性。近年来,具有良好拧紧控制功能的以扭矩、转角作为质量特性值的自动、半自动电动拧紧枪已渐渐成为现代汽车制造业装配工序的主要手段,逐步取代了风行多年的手持式定值扳手,从而大大提高了装配作业的效率和质量。
为了确保产品的制造质量,又该如何对螺栓连接实施可靠的控制呢?长期以来,企业所采取的方法是对已经拧紧的螺纹副、即产品上的螺栓连接利用读数式扭矩扳手进行事后检验。当企业的装配工序是以手持式定值扳手作为拧紧手段时。采用上述静态方式来评价螺栓连接的质量还是可行的。但随着自动、半自动电动拧紧枪的广泛应用,装配工序成为动态过程,此时仅仅以扭矩扳手事后的静态检验来判断螺栓连接的质量显然是有问题的。为此,研读了一系列相关标准,如“螺纹紧固件拧紧工具——性能测试方法”(IS05393 1994E)、“螺纹连接设计、安装及过程保证”(VW01 1 102001)和“过程能力的统计特性”(ISC\FDIS 21747 2004E)等,并结合企业的实际,隋况,制订了科学、规范的螺栓连接装配质量的控制方法。实践证明,所制订的方法不但可靠地保证了产品的装配质量,而且具有可操作性,一定程度上对行业也有指导意义。
首先。应该对作为装配作业主要手段的自动、半自动电动拧紧枪予以验证,确认其准确性和可靠性满足要求。对准确性的评定是利用扭矩传感器(或扭矩一转角传感器),通过采取模拟工况的动态校准法进行的。将拧紧枪的输出值与用作测量标准的传感器的读数值加以比对,其结果往往以相对误差形式表示,根据不同情况定为士5%,也有±3%的。但应该指出。无论是简单的手持式扭矩扳手,抑或复杂的半自动、自动拧紧设备,都既不属于检测器具范畴,也不属于制造设备范畴,而是兼有前者的计量检测特性和后者的装配作业功能。但就其本质而言,它们应该归于后者。乃是一种对联接特性参数具有控制作用的装配器具。因此,若只按以上所述做单纯的准确度评定显然是不够的,还需进行具有批量生产特性情况下的设备能力验证,即确定其机器能力指数Cm和Cmk ,机器能力指数Cm和Cmk 是指在工序稳定情况下,机器设备所具有的保证产品质量的能力,其求取过程可遵循规范、成熟的方法。再根据获得的结果。参照相应的评定原则作出评价。
在拧紧设备通过验证的前题下,之后应该采取的控制措施需包括:
·确认拧紧工序的过程能力。
·为电动拧紧枪设置合理的监控窗口。
·采取正确的事后检验方法对螺栓连接部位进行扭矩测试。
拧紧工序的过程能力分析
“螺纹连接设计、安装及过程保证”(VW01110 2001)和“过程能力的统计特性”(ISO\FDIS21747 2004E)等标准,清晰地表明了这样的概念,即工序质量反映了制造过程中某道工序在稳定状态下所具有的保证产品质量的能力,它取决于设备、材料、操作者、工艺、测量手段和环境等诸多方面,即5M1E。乃是上述六项相互因素综合影响的结果。过程能力,也称工序能力,是指过程的作业水平满足技术标准的能力。过程能力的表述建立在对质量特性值离散程度的研究的基础上。采用能力指数Cp、Cpk作为评定指标来定量地反映对产品技术标准(如工件的公差)要求的满足程度。当质量特性值为双向公差时。其计算公式为:
Cp=T0-Tu/6s 和Cpk=min{(T0-x)/3s,(x-Tu)/3s)}
式中,To、Tu分别为质量特性值的上下公差,s为抽检样本总体的标准偏差。虽然对于自动化程度很高的批量生产过程中的制造设备。如执行装配生产线拧紧工序的自动、半自动电动拧紧枪,机器能力的验证有着特别的重要性,但Cm和Cmk毕竞只反映了有限时间内的质量保证能力,现代企业还应该确保足够的过程能力。在德国汽车行业对装配拧紧工序就明确规定:Cpk≥1.33。
鉴于电动拧紧枪在实施拧紧作业时,事实上同时在进行100%的检测,并能把对应的测得值予以储存,任何一个超出(扭矩或转角)控制范围的螺纹副连接都将被显示、剔出。而利用已臻成熟的SPC方法进行过程能力分析则是建立在抽检分析的基础上。无疑前者监控力度更大,因此,即使在一些较大规模的企业中,只要所配置的电动拧紧枪处于正常工作状态,就并不再刻意去求取Cp、Cpk当然,从技术上。只要提取存储在电动拧紧枪控制部分中的扭矩(或转角)实测值,无论是按规定的间隔分组抽样还是利用全部的测得数据。都能很方便地依据过程能力的评定方法,求出能力指数Cp、Cpk,然后判断是否达到≥1.33的既定目标。