传统电子扭矩扳手的推陈出新及其在汽车生产中的应用
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通过有针对性的技术改进和增加产品科技含量,传统电子扭矩扳手的功能得到了很大的提升与拓展,不但更适合现场装配作业,而且能显著提高螺纹连接的装配质量和工作效率。本文通过对几类新一代产品的介绍与剖析,表明扭矩扳手这一传统手工操作工具经过技术上的推陈出新后,依然能在现代汽车制造业中发挥积极作用。

1 前言

扭矩扳手用于机械装配已有较长历史,它对控制螺纹副的连接质量,尤其是批量生产的装配作业发挥了很大作用。不可否认,近一二十年来,由于各种气动扳手,尤其是高精度电动拧紧枪的不断发展和推广应用,扭矩扳手的使用覆盖面已有所减小(如在轿车动力总成等装配领域)。但是,扭矩扳手鲜明的技术特点,决定了它们在制造业,特别是汽车制造业中的存在价值。以分别位于北京和上海、不久前刚投入批量生产的两个中、高档轿车生产厂为例,在他们才上市就大受消费者青睐的轿车总装线上,扭矩扳手占了装配拧紧工具的很大比例,包括在一些比较重要的连接部位装配中使用。
近年来,随着新技术的不断引入,扭矩扳手(尤其是电子扭矩扳手)的功能得到了很大提升和拓展,对螺纹连接装配质量和工作效率的提高起了很大促进作用。

2 新一代电子定值扭矩扳手

扭矩扳手兼具拧紧工具和检测器具的双重特性,在完成装配工作的同时,还将拧紧扭矩控制在规定范围内。在扭矩扳手的众多品种中,大批量生产行业(如汽车、摩托车、空调等)的装配工位应用最多的是定值式(又名“预置式”)扭矩扳手。这是一种人们已相当熟悉的工具,其结构较简单,扭矩的产生和改变主要通过调整扭矩弹簧实现,预置的扭矩值必须由专人将扳手放入相关仪器才能调出。操作时,手持扳手沿顺时针方向对连接螺栓施加一个平稳的旋转力矩,此时扭矩扳手内部会产生一个逆时针方向的旋转力矩,从而引起包括扭矩弹簧在内的有关部件的位移。当扳手转到某一状态时,会听到“咔哒”的机械响声,表明已达到设定的装配扭矩值。

图1 定值扭距扳手工作原理

图2 新型电子定值扭距扳手

(a)
(b)
图3 无线通讯工作站
此类扳手具有结构紧凑、操作简便直观、经久耐用等优点,扭矩控制精度也较高(可达到±4%),能够满足装配质量要求。但有一个显著缺点,就是对操作者有较高要求,整个拧紧过程必须十分平稳,在即将达到设定扭矩值时,如用力过猛,将产生很大的误差。图1为一典型实例:装配扭矩设定值为17.5Nm,控制范围为±3.5Nm。由于拧紧时用力太猛,最终产生的装配扭矩达到23Nm,已大大超差。当达到设定值(17.5Nm)、扳手发出“咔哒”声时,因机械作用,扳手内的反力矩会有一个跌落,但因施力过猛,扭矩值很快回升,并超过额定上限值21Nm。
新一代电子定值扭矩扳手仍采用传统产品纯机械结构的工作原理,但由于增加了成熟的扭力轴/电阻应变传感器和信号控制环节,可彻底消除原有定值扳手的技术缺陷。图2是一种典型的电子扳手产品。需要指出,这种新产品仍然保留了传统定值扳手的主要特点,即当拧紧扭矩达到额定值时会发出“咔哒”声,因此国外仍将该产品称为“clicking torque wrench”。但是,电子扳手已无需利用仪器进行预置值的设定和相应调整。
从图2下面的控制显示器放大图可见,在扳手杆部的黑色底版上嵌有3个醒目的LED(发光二极管),其开始闪烁的时间与扳手达到的扭矩值相对应,也能预先设置。具体规定如下(以图1为例):
  1. 操作者手持扳手进行拧紧操作时,当产生的装配扭矩达到设定值下限的50%时(相当于图1中的7Nm),中间的黄色LCD开始闪烁,提示工人要更平缓地施加力矩,不可用力过猛。
  2. 当装配扭矩达到设定值的下限(图1中的14Nm)时,黄灯停止闪烁,右边的绿灯点亮,此后操作者只需稍加施力,即可听到扳手发出“喀哒”声,表示拧紧力矩达到设定值。
  3. 如工人因精力不够集中等原因或用力过猛,拧紧力矩超过了设定值的上限(图1中的21Nm),或尚未达到下限值14Nm就停止拧紧,都会引起左侧红灯点亮,表明此处装配扭矩不合格,需返工处理。
利用无线通讯技术,新型电子定值扭矩扳手还能将实际拧紧扭矩值发送到一个工作站。如图3a所示,中间的模块用于显示和编程;左侧模块是一适配器,可将存储数据通过RS232接口输出;右侧的三色灯柱自上而下分别为红色、黄色和绿色,与扭矩扳手上3个LCD灯泡相对应。图3b是工作站居中模块的顶视图,其显示状态对应于图1实例(设定扭矩值为17.5Nm,而实际拧紧值达到23Nm);显示屏周围的按钮用于编程和设置。藉此,这种定值扳手已无需预先用高精度仪器设定额定值。该工作站一次可存储2000组数据(可根据用户需要进行扩展),并在输出、刷新后继续下一轮工作。
由此可见,电子定值扭矩扳手增加了无线通讯功能后,不仅能快速、准确、方便地执行螺纹副连接装配作业,而且可由定性质量控制升级为定量控制,乃至可对记录数据做进一步分析。图3a所示工作站的作用距离可达15m,每个工作站能同时监控5把
本文作者:大众动力总成(上海)有限公司 朱正德
原载:《工具展望》2008年1月号
上载于:2009-7-28 8:02:42

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