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摘要：汽车紧固件连接作为零件连接的一种紧固方式，其紧固扭矩的大小决定了零件连接是否紧固，这关系到零件连接的强度。目前车身区域的紧固件扭矩控制在流程、工具选择、过程控制等方面存在不足，文章针对车身区域的现行扭矩控制方式进行研究，以提出车身扭矩控制改进的方向。
关键词：车身；扭矩；控制
中图分类号：U468.2 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）15-0019-03
紧固件连接作为汽车零件间的一种连接方式，具备装配简单、拆卸方便、效率高等特点，常用在车身一些无法通过焊接连接的区域及门盖连接，以达到零件间的紧固，而紧固件连接的扭矩控制是非常重要的。目前很多汽车公司的车身紧固件扭矩控制在流程、工具选择、过程控制等方面不完善，导致扭矩控制存在脱节、紧固件预紧力过大、过程操作不合理等现象，因此本文在对现状调查及扭矩理论基础掌握的基础上，对车身紧固件的扭矩控制进行完善。
1紧固件扭矩基础知识
紧固件用于零件间的紧固（如图1所示），在汽车行业广泛应用，但在紧固件的选择需分析零件间的夹紧力、紧固件的性能等级及紧固件的直径。
1.1扭矩的分类
紧固件扭矩分设计和过程两种。
设计扭矩是在产品设计阶段经过相关计算得出的扭矩值，在这里称之为工艺扭矩，是选择紧固件性能等级、直径的依据。工艺扭矩是紧固件在被紧固过程测量得到的最大峰值，其不能在紧固件被紧固完之后测量。
过程扭矩是保证所有连接件和被连接件符合要求的前提下，控制工艺扭矩进行装配，装配完成后测量工艺扭矩，收集工艺扭矩值，样本容量最小为30件，则过程扭矩范围如图2所示。
在这里称过程扭矩为监控扭矩，是紧固件被紧固后，将其在拧紧方向上继续旋转的瞬间所需要的扭矩。
工艺扭矩的施加是通过动力工具实现的，一般有两种方式，一种是使用精度比较好的工具，具备预紧和紧固的功能（如图3、图4所示），另一种是使用普通的动力工具，先预紧再通过扭力扳手进行紧固，以达到所需的工艺扭矩（如图5、图6所示）。
监控扭矩的测量是通过非定扭力扳手测量得到，一般有表盘式指针扳手、数显式扳手、电子数据采集仪，它们的区别主要是测量精度不一样，其中检测精度为电子数据采集仪>数显式扳手>表盘式指针扳手（如图7、图8所示）。
1.2紧固件的选择及扭矩控制
紧固件的选择涉及到夹紧力的分析，通过分析夹紧力选择对应性能等级、直径的紧固件。其中螺栓与螺母配合使用时，二者性能等级应当相同，若二者等级相差较大，施加的扭矩过大时，强度较高的一方会拧坏对方的螺纹。
紧固件的扭矩是否满足零件间的夹紧，除了对紧固件选择外，还应通过路试、台架、批量验证等方式确认紧固件是否夹紧。
在扭矩控制方面，针对确定的工艺扭矩和控制等级，选择对应的预紧工具、紧固工具，以保证工艺扭矩的有效施加，同时选择相应的监测工具以保证监控扭矩的正确测量。
在扭矩施加方面，分为两类，一类是使用具备预紧和紧固功能的工具，这类可直接上紧，另一类是使用预紧工具再用拧紧工具紧固，这类施加方式需要拧紧过程的正确操作且拧紧工具的旋转角度需达到45 ̊以上。在扭矩监测方面，为保证监测精度，使用受人为因素影响较小的检测工具进行测量且紧固件紧固完毕后随着时间的推移，其监控扭矩均会衰减，因此需要在紧固完毕后的5 min内测量。
2车身紧固件扭矩控制现状
2.1控制流程
在汽车紧固件扭矩控制流程均有动态扭矩（工艺扭矩）和静态扭矩（监控扭矩）的分类。动态扭矩为设计上的紧固件紧固扭矩，主要受紧固工具和人为因素的影响，静态扭矩为过程上的测量扭矩，主要受测量工具和人为因素的影响。但目前部分公司紧固件扭矩控制流程是没有的且只有工艺扭矩，流程方面是空白的。
2.2工具选择
对已确定的紧固件工艺扭矩进行对应预紧、紧固工具选择，以保证工艺扭矩的正确施加，而目前部分公司在工具选型方面，做的比较粗糙，没有结合工艺扭矩、控制要求进行工具选型。
例如车门的工艺扭矩为23~29 N·m，控制方式为使用预紧工具预紧再用扭力扳手紧固，那么使用的预紧工具输出扭矩应<工艺扭矩，但工具选型却选择了大型号的，使得预紧扭矩>紧固扭矩（见表1，如图9所示）。
由于工具的预紧扭矩过大，使得扭力扳手没有旋转即发出防错的“喀嚓”声音（要求是扭力扳手旋转超过45 ̊以上），因为工具选型不合，造成扭矩过程控制超差。
2.3过程控制
在工具选择方面已经阐述了因工具选择不合导致的扭矩控制超差，那么在本段描述测量工具的选择及使用、员工操作不合而导致的扭矩过程控制不合。
目前使用的测量工具是表盘式指针扳手（如图10所示），受人为因素的测量比较大而且测量过程为二次施加，得出的数值是紧固件旋转后的扭矩，而不是要求的旋转瞬间值。除此之外，员工在使用扭力扳手操作过程中，旋转不足45 ̊则需退松扳手重新紧固，但员工在实际操作过程往往不按要求实施。
3扭矩数据验证
在现状调查中，阐述了工具选型不合及预紧力过大导致扭矩控制超差，那么在扭矩数据验证中，将进行紧固件扭矩预紧力验证，以确定预紧力的选择及对应工具的选型。
数据验证的环境为某车型白车身、铰链、440型号风枪及电枪、扭力扳手及表盘式指针扳手、实车装门，验证步骤为对离线白车身的后侧门铰链进行预紧力验证，以确定预紧力为多大时可满足紧固过程的旋转角度达到45 ̊以上，具体验证数据见表2。
通过验证数据，可以看出对后侧门铰链螺栓的预紧力只要在12 N·m以下就可满足紧固过程能够旋转45 ̊以上，那么对验证数据中的预紧力12 N·m、10 N·m、7 N·m是否可在实车能紧固后侧门，下面将进行实车验证。
验证过程是用7 N·m、10 N·m的电枪在实车预紧后侧门以确认是否后侧门是否存在下沉的情况，具体如图11、12所示。
从实车验证数据看，7 N.m的预紧力已经可以满足后侧门的预紧需求，同时又能满足紧固过程达到45 ̊的旋转角度。除此之外，还使用了7 N·m的电枪进行了批量的在线一个月验证，验证的结果也是满足要求的。
通过扭矩数据验证，可以得出以下结论：
后侧门的预紧力≤12/26×100%（预紧力/紧固力）=紧固力的46%，即可满足预紧要求，又可满足紧固过程旋转45 ̊以上。
①对需要分两步完成紧固的紧固件（即先预紧后拧紧），可选择预紧力小的工具（能满足预紧即可）。
②对只需一步完成紧固的紧固件，可选择自动断开式的工具（工具精度较高，先高转速预紧后低转速紧固）。
4扭矩控制改进方向
通过对现状控制的调查及数据验证，结合汽车公司的生产实际情况，在综合分析控制流程、工具精度、工具成本、生产节拍、及人员操作等方面，扭矩控制可以分以下几类方式。
4.1控制流程完善
制定企业统一的扭矩控制源头流程文件，对扭矩控制进行各部门职责及过程的充分定义，各区域再建立内部流程文件，以达到流程文件的闭环。
4.2分级控制
对紧固件的扭矩进行分级控制，即分关键控制和一般控制，关键控制点使用精度高的工具，一般控制点进行普通控制。
4.3分区控制
分需调整区和不需调整区，通过分区控制，可以在工具选择、控制方式上加以区分，以提高扭矩的过程控制。
①需调整区，即门盖安装需要先预装再紧固的区域，预紧工具可以选择普通的，能满足预紧即可，在拧紧工具方面加以保证。
②不需调整区，即车门的铰链安装和白车身的散件安装，可以分级控制的方式选择先预紧后紧固和自动断开式工具。
对关键控制点，可以使用先预紧后紧固的方式，预紧工具选择普通的工具（能预紧即可），也可以使用精度高的自动断开式或带控制系统的紧固工具。对一般控制点，使用普通工具直接拧紧。
4.4 检测控制
目的为减少或消除人为、工具因素影响到数据的检测精度，可以使用带传感器的电子数据采集仪，避免检测的二次施加，同时确保数据为测量瞬间的值。
4.5操作控制
现状调查提到员工在实际操作时，预紧力已达到或超过紧固力，而因员工的精神状态及节拍等方面的影响，没有退松紧固件重新拧紧。为避免受员工现场操作的影响，在工具选择上，可以使用预紧力较小的工具（满足预紧即可），同时开展扭矩及工具方面的培训，建立相应的审计制度，确保现场执行力。
5结语
本文描述了汽车紧固件在扭矩控制方面的现状及改进方向，总结汽车紧固件扭矩控制在工具方面的发展趋势，为汽车产品的开发提供扭矩方面的参考和借鉴。为保证扭矩得到有效施加和控制，未来在工具方面的发展趋势主要是带数显报警、在线连接及自动停线、自动断开式、扭矩自动上传分析及实现在线互检、抽检等功能。
参考文献：
[1] 朱正德,林湖.基于螺栓装配技术中扭矩法与扭矩/转角法比较与应用研究[J].柴油机设计与制造,2006,(2).
[2] 朱正德.螺栓连接的装配质量控制[J].柴油机设计与制造,2006,(2).
[3] 唐远志,向雄方.汽车车身制造工艺[M].北京:化学工业出版社,2009.
[4] 朱正德.强化现场使用功能的新一代电子扭矩扳手[J].柴油机设计与制造,2007,(4).
[5] 黄健.装配过程常用拧紧控制策略分析[J].电动工具,2008,(2).
[6] 徐根林,蔡瑞华.轿车车轮固定螺栓断裂原因分析及工艺研究[J].工具技术,2002,(7).
[7] 刘昌奎,李运菊.紧固螺栓开裂原因分析[J].机械工程材料,2008,(4).
关键词：车身；扭矩；控制
中图分类号：U468.2 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）15-0019-03
紧固件连接作为汽车零件间的一种连接方式，具备装配简单、拆卸方便、效率高等特点，常用在车身一些无法通过焊接连接的区域及门盖连接，以达到零件间的紧固，而紧固件连接的扭矩控制是非常重要的。目前很多汽车公司的车身紧固件扭矩控制在流程、工具选择、过程控制等方面不完善，导致扭矩控制存在脱节、紧固件预紧力过大、过程操作不合理等现象，因此本文在对现状调查及扭矩理论基础掌握的基础上，对车身紧固件的扭矩控制进行完善。
1紧固件扭矩基础知识
紧固件用于零件间的紧固（如图1所示），在汽车行业广泛应用，但在紧固件的选择需分析零件间的夹紧力、紧固件的性能等级及紧固件的直径。
1.1扭矩的分类
紧固件扭矩分设计和过程两种。
设计扭矩是在产品设计阶段经过相关计算得出的扭矩值，在这里称之为工艺扭矩，是选择紧固件性能等级、直径的依据。工艺扭矩是紧固件在被紧固过程测量得到的最大峰值，其不能在紧固件被紧固完之后测量。
过程扭矩是保证所有连接件和被连接件符合要求的前提下，控制工艺扭矩进行装配，装配完成后测量工艺扭矩，收集工艺扭矩值，样本容量最小为30件，则过程扭矩范围如图2所示。
在这里称过程扭矩为监控扭矩，是紧固件被紧固后，将其在拧紧方向上继续旋转的瞬间所需要的扭矩。
工艺扭矩的施加是通过动力工具实现的，一般有两种方式，一种是使用精度比较好的工具，具备预紧和紧固的功能（如图3、图4所示），另一种是使用普通的动力工具，先预紧再通过扭力扳手进行紧固，以达到所需的工艺扭矩（如图5、图6所示）。
监控扭矩的测量是通过非定扭力扳手测量得到，一般有表盘式指针扳手、数显式扳手、电子数据采集仪，它们的区别主要是测量精度不一样，其中检测精度为电子数据采集仪>数显式扳手>表盘式指针扳手（如图7、图8所示）。
1.2紧固件的选择及扭矩控制
紧固件的选择涉及到夹紧力的分析，通过分析夹紧力选择对应性能等级、直径的紧固件。其中螺栓与螺母配合使用时，二者性能等级应当相同，若二者等级相差较大，施加的扭矩过大时，强度较高的一方会拧坏对方的螺纹。
紧固件的扭矩是否满足零件间的夹紧，除了对紧固件选择外，还应通过路试、台架、批量验证等方式确认紧固件是否夹紧。
在扭矩控制方面，针对确定的工艺扭矩和控制等级，选择对应的预紧工具、紧固工具，以保证工艺扭矩的有效施加，同时选择相应的监测工具以保证监控扭矩的正确测量。
在扭矩施加方面，分为两类，一类是使用具备预紧和紧固功能的工具，这类可直接上紧，另一类是使用预紧工具再用拧紧工具紧固，这类施加方式需要拧紧过程的正确操作且拧紧工具的旋转角度需达到45 ̊以上。在扭矩监测方面，为保证监测精度，使用受人为因素影响较小的检测工具进行测量且紧固件紧固完毕后随着时间的推移，其监控扭矩均会衰减，因此需要在紧固完毕后的5 min内测量。
2车身紧固件扭矩控制现状
2.1控制流程
在汽车紧固件扭矩控制流程均有动态扭矩（工艺扭矩）和静态扭矩（监控扭矩）的分类。动态扭矩为设计上的紧固件紧固扭矩，主要受紧固工具和人为因素的影响，静态扭矩为过程上的测量扭矩，主要受测量工具和人为因素的影响。但目前部分公司紧固件扭矩控制流程是没有的且只有工艺扭矩，流程方面是空白的。
2.2工具选择
对已确定的紧固件工艺扭矩进行对应预紧、紧固工具选择，以保证工艺扭矩的正确施加，而目前部分公司在工具选型方面，做的比较粗糙，没有结合工艺扭矩、控制要求进行工具选型。
例如车门的工艺扭矩为23~29 N·m，控制方式为使用预紧工具预紧再用扭力扳手紧固，那么使用的预紧工具输出扭矩应<工艺扭矩，但工具选型却选择了大型号的，使得预紧扭矩>紧固扭矩（见表1，如图9所示）。
由于工具的预紧扭矩过大，使得扭力扳手没有旋转即发出防错的“喀嚓”声音（要求是扭力扳手旋转超过45 ̊以上），因为工具选型不合，造成扭矩过程控制超差。
2.3过程控制
在工具选择方面已经阐述了因工具选择不合导致的扭矩控制超差，那么在本段描述测量工具的选择及使用、员工操作不合而导致的扭矩过程控制不合。
目前使用的测量工具是表盘式指针扳手（如图10所示），受人为因素的测量比较大而且测量过程为二次施加，得出的数值是紧固件旋转后的扭矩，而不是要求的旋转瞬间值。除此之外，员工在使用扭力扳手操作过程中，旋转不足45 ̊则需退松扳手重新紧固，但员工在实际操作过程往往不按要求实施。
3扭矩数据验证
在现状调查中，阐述了工具选型不合及预紧力过大导致扭矩控制超差，那么在扭矩数据验证中，将进行紧固件扭矩预紧力验证，以确定预紧力的选择及对应工具的选型。
数据验证的环境为某车型白车身、铰链、440型号风枪及电枪、扭力扳手及表盘式指针扳手、实车装门，验证步骤为对离线白车身的后侧门铰链进行预紧力验证，以确定预紧力为多大时可满足紧固过程的旋转角度达到45 ̊以上，具体验证数据见表2。
通过验证数据，可以看出对后侧门铰链螺栓的预紧力只要在12 N·m以下就可满足紧固过程能够旋转45 ̊以上，那么对验证数据中的预紧力12 N·m、10 N·m、7 N·m是否可在实车能紧固后侧门，下面将进行实车验证。
验证过程是用7 N·m、10 N·m的电枪在实车预紧后侧门以确认是否后侧门是否存在下沉的情况，具体如图11、12所示。
从实车验证数据看，7 N.m的预紧力已经可以满足后侧门的预紧需求，同时又能满足紧固过程达到45 ̊的旋转角度。除此之外，还使用了7 N·m的电枪进行了批量的在线一个月验证，验证的结果也是满足要求的。
通过扭矩数据验证，可以得出以下结论：
后侧门的预紧力≤12/26×100%（预紧力/紧固力）=紧固力的46%，即可满足预紧要求，又可满足紧固过程旋转45 ̊以上。
①对需要分两步完成紧固的紧固件（即先预紧后拧紧），可选择预紧力小的工具（能满足预紧即可）。
②对只需一步完成紧固的紧固件，可选择自动断开式的工具（工具精度较高，先高转速预紧后低转速紧固）。
4扭矩控制改进方向
通过对现状控制的调查及数据验证，结合汽车公司的生产实际情况，在综合分析控制流程、工具精度、工具成本、生产节拍、及人员操作等方面，扭矩控制可以分以下几类方式。
4.1控制流程完善
制定企业统一的扭矩控制源头流程文件，对扭矩控制进行各部门职责及过程的充分定义，各区域再建立内部流程文件，以达到流程文件的闭环。
4.2分级控制
对紧固件的扭矩进行分级控制，即分关键控制和一般控制，关键控制点使用精度高的工具，一般控制点进行普通控制。
4.3分区控制
分需调整区和不需调整区，通过分区控制，可以在工具选择、控制方式上加以区分，以提高扭矩的过程控制。
①需调整区，即门盖安装需要先预装再紧固的区域，预紧工具可以选择普通的，能满足预紧即可，在拧紧工具方面加以保证。
②不需调整区，即车门的铰链安装和白车身的散件安装，可以分级控制的方式选择先预紧后紧固和自动断开式工具。
对关键控制点，可以使用先预紧后紧固的方式，预紧工具选择普通的工具（能预紧即可），也可以使用精度高的自动断开式或带控制系统的紧固工具。对一般控制点，使用普通工具直接拧紧。
4.4 检测控制
目的为减少或消除人为、工具因素影响到数据的检测精度，可以使用带传感器的电子数据采集仪，避免检测的二次施加，同时确保数据为测量瞬间的值。
4.5操作控制
现状调查提到员工在实际操作时，预紧力已达到或超过紧固力，而因员工的精神状态及节拍等方面的影响，没有退松紧固件重新拧紧。为避免受员工现场操作的影响，在工具选择上，可以使用预紧力较小的工具（满足预紧即可），同时开展扭矩及工具方面的培训，建立相应的审计制度，确保现场执行力。
5结语
本文描述了汽车紧固件在扭矩控制方面的现状及改进方向，总结汽车紧固件扭矩控制在工具方面的发展趋势，为汽车产品的开发提供扭矩方面的参考和借鉴。为保证扭矩得到有效施加和控制，未来在工具方面的发展趋势主要是带数显报警、在线连接及自动停线、自动断开式、扭矩自动上传分析及实现在线互检、抽检等功能。
参考文献：
[1] 朱正德,林湖.基于螺栓装配技术中扭矩法与扭矩/转角法比较与应用研究[J].柴油机设计与制造,2006,(2).
[2] 朱正德.螺栓连接的装配质量控制[J].柴油机设计与制造,2006,(2).
[3] 唐远志,向雄方.汽车车身制造工艺[M].北京:化学工业出版社,2009.
[4] 朱正德.强化现场使用功能的新一代电子扭矩扳手[J].柴油机设计与制造,2007,(4).
[5] 黄健.装配过程常用拧紧控制策略分析[J].电动工具,2008,(2).
[6] 徐根林,蔡瑞华.轿车车轮固定螺栓断裂原因分析及工艺研究[J].工具技术,2002,(7).
[7] 刘昌奎,李运菊.紧固螺栓开裂原因分析[J].机械工程材料,2008,(4).