汽车螺纹紧固件的拧紧扭矩如何操作？

作者

陈平、黄波、刘艳兵、何叶伟、乐慧杰、赵东海（广州汽车集团有限公司汽车工程研究院，吉利汽车集团）

来源

www.chinafastener.biz/gb/news/21768.htm

摘要

保证螺纹紧固件装配质量的最常用方法是通过控制紧固件的扭矩来实现预紧力的控制。为了提高拧紧力矩的设定正确性及拧紧质量，通过制定拧紧力矩分析标准流程，采用Schatz多功能螺栓拧紧工艺分析系统，根据紧固件-扭矩/预紧力试验结果得出影响拧紧质量的各种参数值，给出拧紧扭矩的设计值以及拧紧策略的参考方案，为完善螺纹紧固件的拧紧扭矩开发提供参考。

螺纹紧固件在汽车装配过程中大量使用，新车型开发过程中无一例外地需要对整车螺纹紧固件的拧紧扭矩进行设定和分析，输出整车扭矩清单指导制造。目前，自主品牌主机厂对于新车型开发过程中的大部分螺纹紧固件的拧紧扭矩设定都是通过零部件供应商依据经验提供，或通过对标竞品车型逆向检测其静态扭矩得出，然后通过大量道路试验和耐久试验来分析其合格性和可靠性。

螺纹装配拧紧的实质是通过螺栓的预紧力将两个工件联接在一起，在螺纹联接中装配拧紧的质量保障是将螺栓的轴向预紧力控制在适当的范围内。因此，对预紧力的准确控制是保证装配质量的基础。

1.1 螺纹副之间联接状态
a.软联接。指联接件本身比较软或者联接件中间存在橡胶件等弹性元件，存在较大扭矩衰减；软联接螺纹副到达贴合点后，旋转720°以上才能达到目标扭矩。
b.硬联接。指联接件硬度比较大或刚性联接，一般扭矩衰减很少，可能还存在扭矩反冲；硬联接螺纹副到达贴合点后，一般旋转30°以内就可以达到目标扭矩。
c.联合联接。指介于软连接和硬联接之间的联接，也称为中性连接。

1.2 拧紧扭矩等级
依据对汽车的安全性、法规性、功能重要性的影响程度，参考（德）DIN2862汽车工业中拧紧设备的应用标准要求将汽车总装的装配扭矩分为三个等级（表1）。

表1 拧紧扭矩等级

表2 拧紧扭矩精度等级

分析拧紧精度过程中，拧紧精度须与拧紧等级匹配。拧紧扭矩等级A 级与拧紧扭矩精度Ⅰ级、Ⅱ级匹配；拧紧扭矩等级B级与拧紧扭矩精度Ⅱ级、Ⅲ级匹配；拧紧扭矩等级C级与拧紧扭矩精度Ⅲ级匹配；指导制造部门根据拧紧精度要求合理选择拧紧工具。

a.拧紧扭矩精度为Ⅰ级时，扭矩精度标准偏差值设定为名义扭矩的±5%，偏差区间控制在0～±7.5%区间。

b.拧紧扭矩精度为Ⅱ级时，扭矩精度标准偏差值设定为名义扭矩的±10% ，偏差区间控制在±7.5%～±15%区间。

c.拧紧扭矩精度为Ⅲ级时，扭矩精度标准偏差值设定为名义扭矩的±20% ，偏差区间控制在±15%～±30%区间。

螺纹紧固件的扭矩开发流程如图1所示。

图1 扭矩开发流程

a.预紧力计算。根据产品紧固场合、设计要求、工作载荷及联接要求等综合因素（或CAE仿真分析）计算出理论预紧力值。

b.标准件选型。合理选择标准件规格，尽量选择国标件，减少非标件的使用。

c.拧紧空间校核。校核联接场合是否满足标准件的装配性。

d.拧紧扭矩计算。根据预紧力、紧固件规格、螺纹副联接状态等参数计算拧紧扭矩。分析摩擦系数、强度、拧紧精度、拧紧等级、连接刚度等相关因素与扭矩的匹配性。

e.试验验证。一方面通过实验室试验项目，通过各相关参数的试验数据验证拧紧扭矩的设定合理性。另一方面通过室外的道路试验、耐久试验验证扭矩的合格性及可靠性。

f.拧紧策略选择。根据联接场合、产量及成本、拧紧扭矩、拧紧等级、拧紧精度选择对应的拧紧方法、拧紧工具、拧紧方式。

针对各设计部门提供的扭矩清单中的紧固件进行分析，分析结果合格后汇编成整车扭矩清单,与各设计部门及制造部门会签审核通过后，再发布给制造部门作为总装重要工艺指标文件指导生产。制造部门根据整车扭矩清单里的拧紧等级、拧紧精度、扭矩值等参数合理选择拧紧工具、拧紧方法、装配工艺及扭矩质量检测方法。