基于拧紧知识，今天螺丝君，主要介绍拧紧设备一般过程和相应的规范要求，皆在用于对拧紧设备工艺设计、工艺开发和工艺维护过程的指导，对相关拧紧的前期策划和后期维护起到积极的作用。
本手册使用于发动机关键螺栓的拧紧设备及要求。
01
产品工艺性评估
任何机体均是由多种零件连接（即组装）起来的，而零件的连接有多种，采用螺栓连接就是其中最常用的一种，而欲采用螺栓连接就必须应用拧紧，因而这“拧紧”也就成了装配工作中应用得极为广泛的概念。
零件采用螺栓连接的目的就是要使两被连接体紧密贴合，并承受一定的动载荷，还需要两被连接体间具备足够的压紧力，以确保被连接零件的可靠连接和正常工作。
这样就要求作为连接用的螺栓，在拧紧后要具有足够的轴向预紧力。然而这些里的施加，也是依靠“拧紧”来实现的。因为，我们很有必要了解一些有关拧紧的基本概念。
01拧紧方法分类
01力矩控制法（T）
力矩控制法最开始使用同时也是最简单的控制方法，它是当拧紧力矩达到某一设定的控制值Tc时，立即停止拧紧的控制方法。
它是基于当螺纹连接时，螺栓轴向预紧力F与拧紧时所施加的拧紧力矩T成正比的关系。它们之间的关系可用：
T=KF
K：力矩系数，其值大小主要由接触面之间、螺纹牙之间的摩擦阻力Fμ 来决定：
（K=0.161p 0.585μd2 0.25μ（De Di））
p：螺纹的螺距
μ：综合摩擦系数
d2：螺纹的中经
De：支承面的有效外径
Di ：支承面的内径
一般情况下，K的值大约在0.2-0.4之间，然而，有的甚至可能在0.1-0.5之间。
02力矩-转角控制法（TA）
又称超弹性控制法。
力矩-转角控制法是在力矩控制法上发展起来的，应用这种方法，首先是把螺栓拧到一个不大的力矩后，再从此点开始，拧一个规定的转角的控制方法。
它是基于一定的转角，使螺栓产生一定的轴向伸长及连接件被压缩，其结果是产生一定的螺栓轴向预紧力。
应用这种方法拧紧时设置初始力矩（TS）的目的是把螺栓或螺母拧到紧密接触面上，并克服开始时的一些如表面凹凸不平等不均匀因素。而螺栓轴向预紧力主要是在后面的转角中获得的。
摩擦阻力的不同仅影响转角的起点，并将其影响延续到最后。而在计算转角之后，摩擦阻力对其的影响不复存在，故其对螺栓轴向预紧力影响不大。因此，其精度比单纯的力矩控制法高。
从图1可见：力矩-转角控制法对螺栓轴向预紧力影响最大的是测量转角的起点，及途中Ts所对应的S1（或S2）点。
因此，为了获得较高的拧紧精度，应注意对S点的研究。
力矩-转角控制法与力矩控制法最大的不同在于：力矩控制法通常将最大螺栓轴向预紧力限定在螺栓弹性极限的90%处，即图2中Y点处；而力矩-转角控制法一般以Y-M区为标准，最理想的是控制在屈服点偏后。
力矩-转角控制法螺栓轴向预紧力的精度是非常高的，通过图2即可看出，同样的转角误差在其塑性区的螺栓轴向预紧力误差ΔF2比弹性区域的螺栓轴向预紧力误差ΔF1要小的多。
03屈服点控制法（TG）
屈服点控制法是把螺栓拧紧至屈服点后，停止拧紧的一种方法。
它是利用材料屈服的现象而发展起来的一种高精度的拧紧方法。
这种控制方法，是通过对拧紧的力矩/转角曲线斜率的连续计算和判断来确认屈服点的。
螺栓在拧紧的过程中，其力矩/转角的变化曲线见图3。
真正的拧紧开始时，斜率上升很块，之后经过简单的变缓后而保持恒定。过b点后，其斜率经简短的缓慢下降后，又快速下降。
当斜率下降一定值时（一般定义，当其斜率下降到最大值的二分之一时），说明已达到屈服点（即图3中的Q点），立即发出停止拧紧信号。
屈服点控制的拧紧精度是非常高的，其预紧力的的误差可以控制在±4%以内，但其精度主要是取决于螺栓本身的屈服强度。
02
拧紧工艺设计
01拧紧轴的选择
拧紧轴的选择，遵循以下几点原则：
- 选用轴的最大力矩值应为起拧紧安装的最大力矩值的1.5倍。
- 任何情况下，拧紧轴都应该配备最少50mm的可伸缩量。
- 拧紧必须匹配±3%，±1°的角度公差。
- 拧紧结束时的速度必须在15rpm到35rpm之间，以避免低速摩擦系数改变的现象。
- 能够通过拧紧控制器查询最近至少100个拧紧数据。力矩和角度值可以通过一个协议或其它系统存储在标签里以供使用。
- 通过查看拧紧窗口，我们必须可以看到拧紧曲线。曲线的阅读如下：力矩/时间，角度/时间，力矩-斜率/角度。
- 其他模块要求参考通用技术协议或标准执行。
02拧紧装备选择
拧紧设备的选择，遵循以下几点原则：
- 设备装配螺栓禁止采用朝下拧紧装配原则，防止螺栓掉落到工件内部。
- 定位采用一面两销式定位，辅助夹紧机构须对工件无损伤，若是易损件，须制定更换周期。
- 工件拧紧时，必须保证工件已被固定。
- 拧紧前，需要保证连接件与被连接件贴合。
03拧紧规范的制定
关键螺栓拧紧常包含以下几种功能步骤：认冒、快速拧紧、目标拧紧、拧紧结束。
根据发动机拧紧参数统计及经验参考。规范各功能步骤常用要求。并建议每种产品拧紧过程包含以上四种要求。
01认冒要求
认冒需为拧紧步骤的开始内容。无论哪种拧紧系统，虽然认冒程序不同，但其认冒形式是通用的。要求如下：
注：
- 根据各自节拍，可适时搭配认冒角度与认冒速度。
- 所有认冒步骤要求优先采用角度控制，其次采用时间控制。
02快速拧紧要求
快速拧紧是利用较快的拧紧速度将螺栓拧紧贴合到某一目标力矩。目的在于缩短拧紧时间，要求如下：
注：对于工艺设计在前面工序已实现快速拧紧（例如提前预拧到位），拧紧程序可不包含此要求。
03拧紧结束动作要求
拧紧结束后，螺栓头部与套筒可能相互受力，导致脱帽困难。
这时，可适当增加一个翻转小角度的脱帽步骤，但必须注意，脱帽监控力矩＜2Nm，防止反转角度过大导致螺栓松动。
注：
- 要求的-3~-5°指作用在螺栓头部的角度。若设备中间有较多或较长的连接杆，程序设置角度或许会高点。
- 对于螺栓为内六角螺栓，脱帽程序应用更为普遍。
04特殊拧紧工艺要求
- 多轴同步拧紧：对于多轴拧紧工艺，要求每步同时拧紧。
- 拧紧保持：一般的，力矩衰减发生在50ms内，所以，可以采用拧紧保持功能，以减少力矩衰减。
03
机器能力指数
机器能力指数是现代制造业用于评定机械设备能力的一种主要指标。
通过剖析用于批量生产的螺栓拧紧设备兼有检测器具和制造设备的双重特性，除必须进行精度测试外，还应该做机器能力评定。
如何评定置放于车间现场、用于批量生产的螺栓拧紧设备（器具），是一个无论对新购拧紧枪进行验收，还是对在用的设备做周期校准时都必然会遇到的问题。
01机器精度检测
动态校准法有时被称为“过程法”，尽管根据具体做法的不同，它们又可分成几种，但基本思路相同，都是将拧紧枪的输出扭矩值/角度与用作测量标准的扭矩/角度传感器的读数值加以比对。
若MA表示所设置扭矩值，即额定值，而以MWi表示拧紧设备的输出值，可从其显示器上读出，以Msi表示用作测量标准的扭矩传感器上的显示值。则应有如下关系：
02机器能力检测
01机器能力指数值
设备进行验收、确认时，若对它们只进行单纯的精度评定是很不够的。还需要机器能力指数Cm及Cmk来进行评价。
对于新设备，测量数据 n≤50 组时，设备能力应按照下表要求进行。
对于旧设备改造等情况，设备能力应按照下表要求进行（n＞50）。
02机器能力指数计算公式
当中心值与公差带中心重合时，按Cm值调查：
当中心值与公差带中心不重合时，按Cmk调查：
式中：OT－最大极限尺寸
UT－最小极限尺寸
S－标准偏差，
式中：Xi－第i件被测零件的测量值
X－平均测量值
n－抽检零件数
X1、X2…Xn为每个被测零件的实际测量值。
03实例
通过以下实例，我们将会对螺栓拧紧设备的校准，尤其是对其机器能力的评定有一个更全面、更形象的了解。
例3：装配工艺规定，连接扭矩为55Nm±5Nm，设备的扭矩控制精度为±3%。
借助专用的支架，将高精度扭矩传感器直接连在动力头与螺纹付之间，操作时可同时读出拧紧枪的输出扭矩值MW和用作测量标准的扭矩传感器的读数值MS。
作为新设备验收的重要内容之一，必须进行精度和机器能力测试。
在该螺栓拧紧设备处于稳定状态后，连续模拟装配50次，从而获得二组实测扭矩值：Mwi和Msi，如表1所示。
表1中的第四列是这二个扭矩值之差，其数值大小反映了被检设备的精度。
按给出的定义和该设备所规定的精度指标±3%，可求出受控扭矩的上下极值：
±3%*55=±1.65(Nm)
与表1中第三列（Mw-Ms）的数值进行对比，均在±1.65的范围之内，故可以确认，这台固定式螺栓拧紧设备的精度是合格的。
然后，再根据表1 中的二组连续测出的实测数据，进行该设备的机器能力评定，结果如表2所示。
在新设备验收时，必须满足Cm≥1.67和Cmk≥1.67，故对被检螺栓拧紧设备的测评表明，其机器能力不仅达到要求，而且绰绰有余。
表1
表2
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