螺栓自動擰緊機擰緊控制方法

　　螺栓擰緊在機械制造業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，機械制造中零部件的連接與裝配，機械整體的裝配等等，可以說幾乎是都離不開螺栓擰緊。

　　螺栓的擰緊應(yīng)用于機械行業(yè)的裝配是一個普遍現(xiàn)象，以前人們只是考慮在裝配時，把螺栓(或螺母)擰到最緊的程度。后來人們才發(fā)現(xiàn)，這個"最緊"不過是一個非常模糊的概念，它是因人而異的。一臺機器有幾十，以至成百上千個零件采用螺栓緊固裝配，在大生產(chǎn)中又是由多數(shù)人在不同的時間里完成的。如何有效的控制"擰緊"，并使其達到"最佳"，也就成為了機械行業(yè)十分關(guān)注的課題。這樣，不僅對于擰緊的控制方法探討及其采用成為了熱門話題，而且對于自動擰緊機的應(yīng)用也日益廣泛了。

　　先進的擰緊方法需要自動控制的擰緊工具。這種擰緊工具首先是在國外產(chǎn)生，并被廣發(fā)應(yīng)用于各汽車制造企業(yè)中。較著名的國外擰緊機生產(chǎn)商有ATLASC-OPCO公司(瑞典)、BOSCH公司(德國)、COOPER(美國)、INGERSOLL-RAND公司(美國)和OBER公司(意大利)等。

　　我國對擰緊技術(shù)的研究主要是在日本標準的基礎(chǔ)上進行引進、消化和吸收的，提出了等效日本1990年標準的國標，本系列國標也包括了下列三個國家標準：GB/T16823.1-1997《螺紋緊件應(yīng)力截面積和承載面積》;GB/T16823.2-1997《螺紋緊固件緊固通則》;GB/T16823.3-1997《螺紋緊固件擰緊試驗方法》。如同標準的借鑒和采用，我國汽車行業(yè)的擰緊技術(shù)研究處于起步和模仿階段。在生產(chǎn)上，部分有實力的汽車制造商通過購買昂貴的進口電動擰緊設(shè)備，實現(xiàn)了扭矩擰緊，部分廠商實現(xiàn)了扭矩-轉(zhuǎn)角工藝，個別生產(chǎn)商開始應(yīng)用屈服點擰緊工藝，但還處于摸索階段。我國生產(chǎn)廠商還不能獨立自主開發(fā)研制適應(yīng)于轉(zhuǎn)角、屈服點等先進擰緊工藝的電動擰緊設(shè)備和工具。

　　縱觀國內(nèi)外擰緊技術(shù)的發(fā)展水平，隨著螺栓制造水平的不斷提高，歐美日等發(fā)達國家大力深入研究和推廣屈服點擰緊工藝。國內(nèi)全面推廣扭矩-轉(zhuǎn)角法，研究屈服點法，縮小與發(fā)達國家差距。

　　螺栓聯(lián)接的實質(zhì)是通過將螺栓的軸向預(yù)緊力控制到適當范圍，從而將兩個工件可靠地聯(lián)接在一起。為了確保螺紋聯(lián)接的剛性、密封性、防松能力和受拉螺栓的疲勞強度，聯(lián)接螺栓對預(yù)緊力的精度要求是相當高的。由于震動與交變的載荷，以及溫度的影響，使螺紋聯(lián)接常發(fā)生自動松脫的現(xiàn)象�？赏ㄟ^改善螺栓的擰緊方法就可避免。要實現(xiàn)這個預(yù)緊力的擰緊控制方法有很多，如很簡單的扳手擰緊的手工法、扭矩控制法、超彈性控制法、屈服點擰緊法等等。

　　螺栓擰緊方法主要有兩類，分別是彈性擰緊和塑性擰緊。彈性擰緊一般指扭矩擰緊法，塑性擰緊主要包括轉(zhuǎn)角擰緊法、屈服點擰緊法等。

　　下面就常見的幾種螺栓擰緊控制方法作簡單介紹：

　　1、扭矩控制法(T)

　　扭矩控制法是最簡單的控制法，通過螺栓扭矩值來控制被聯(lián)接件的預(yù)緊力。預(yù)緊力F0擰緊時與擰緊扭矩T成正比關(guān)系 。

　　扭矩系數(shù)K的變化與螺紋表面及座面的光潔度、潤滑狀況、擰緊速度、所用擰緊工具有關(guān)。同時這個K值和溫度也有關(guān)系，通過實驗證明環(huán)境溫度每增加1℃，扭矩系數(shù)K就下降0.31%。所以，如用扭矩法擰緊螺栓其計算載荷需要1.3倍最大工作載荷。

　　總之，扭矩控制法的優(yōu)點是：成本低，可以使用簡易的擰緊工具扭矩扳手來檢查擰緊質(zhì)量。其缺點就是：擰緊精度不夠，不能充分發(fā)揮材料潛力，環(huán)境影響大(溫度，螺栓螺紋，雜質(zhì)、磕碰等)。

　　2、扭矩-轉(zhuǎn)角控制法(TA)又稱超彈性控制法

　　鑒于扭矩擰緊法存在的不足，美國在20世紀40年代末開始研究螺栓伸長和軸向力的關(guān)系。扭矩-轉(zhuǎn)角控制法是先將螺栓擰到一個不大的扭矩，一般會是擰緊力矩值的25%左右，再從此點開始，擰一個規(guī)定的轉(zhuǎn)角的控制方法。

　　扭矩擰緊法是基于一定的轉(zhuǎn)角，是螺栓產(chǎn)生一定的軸向伸長及連接件被壓縮了。這樣做的目的是將螺栓擰到緊密接觸面上，并克服了一些表面凹凸不平等不均勻因素，而后面所需求的軸向夾緊力由轉(zhuǎn)角產(chǎn)生。在計算轉(zhuǎn)角之后，摩擦阻力對軸向夾緊力的影響不復(fù)存在，所以其精度比單純的扭矩控制法要高，扭矩控制法的要點就是測量轉(zhuǎn)角的起點，一旦這個轉(zhuǎn)角確定下來我們就可以獲得相當高擰緊精度。

　　扭矩-轉(zhuǎn)角控制法(TA)優(yōu)點：擰緊精度高，擰緊質(zhì)量穩(wěn)定，螺紋件摩擦系數(shù)對擰緊質(zhì)量的影響小;能充分利用螺栓的承載能力;螺栓可擰至塑性變形區(qū)而不致擰斷，設(shè)計預(yù)緊力可取螺栓屈服強度的80%�？梢垣@得較大的軸向夾緊力。缺點：其控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要測量預(yù)緊扭矩及轉(zhuǎn)角2個數(shù)據(jù)，質(zhì)量部門不易找出適當?shù)姆椒▽�擰緊結(jié)果進行檢查跟進。

　　3、屈服點法

　　顧名思義屈服點控制法就是利用螺紋材料的屈服點來控制螺紋副的裝配。這種方法目前只有少說生產(chǎn)高端品牌的汽車發(fā)動機廠家在使用，因為所需要設(shè)備成本太大。這種方法是在扭矩轉(zhuǎn)角控制法中發(fā)展而來的，是通過對扭矩-轉(zhuǎn)角曲線斜率的連續(xù)計算和判斷來計算屈服點的。屈服點擰緊法的理論目標是將螺栓擰緊到剛過屈服極限點。采用屈服點擰緊時，首先將螺栓擰緊到某一個規(guī)定的起始力矩，從這點開始，設(shè)備監(jiān)控擰緊曲線的斜率值的變化，如果斜率下降到超過了設(shè)定值，那么就認為把螺栓拉伸到了屈服點，工具停止運行。

　　屈服點擰緊法最大的優(yōu)點是不受扭矩控制法的摩擦系數(shù)和轉(zhuǎn)角控制法的轉(zhuǎn)角起始點的影響，將摩擦系數(shù)不同的螺栓都擰緊到其屈服點，最大限度的發(fā)揮了螺紋件強度的潛力，從而克服了扭矩控制法和轉(zhuǎn)角控制法的致命缺點，提高了裝配精度;但是它對干擾因素比較敏感，同時對螺栓的性能及結(jié)構(gòu)設(shè)計要求極高，控制難度較大。因此擰緊工具的價格十分昂貴。

　　4、伸長量法

　　就是說在擰緊的過程中需測量螺栓自然長度，在擰緊的過程中螺栓受到監(jiān)控，需要知道螺栓擰緊時拉伸的長度，這個需要超聲螺栓預(yù)緊力測量儀在螺栓緊固的過程中，實時測量螺栓的伸長量并且實時計算螺栓軸力;當螺栓軸力達到時，負反饋給螺栓緊固工具，停止緊固。 其優(yōu)點為可以在螺栓緊固時，精確控制螺栓軸力(+-1%)。