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拧紧基础知识拧紧基础知识 霍伟光 英格索兰 2015年 工具形式及选择工具形式及选择 优点：动力与重量比高 快速 无反作用力 不需要技术保养 紧凑 价格便宜 缺点：较少的控制 有嘈音 有震动 冲击扳手冲击扳手 冲击扳手结构冲击扳手结构 优点 输出扭矩大输出扭矩大 快速快速 无反作用力无反作用力 低噪音低噪音 在断气时达到扭矩在断气时达到扭矩 体积小体积小 缺点 需要专业人员维修需要专业人员维修 适合中等连接使用适合中等连接使用 液压脉冲扳手液压脉冲扳手 液压脉冲工具的原理是采用标准叶片式马达驱动液压机构 扭矩的传递是通过压缩液压机构腔中液压油而产生压差 这个压差可以产生扭矩脉冲，并传递到螺栓 当连接件由硬连接到软连接液压脉冲工具的扭矩输出会变化 液压脉冲工具最适合的连接为中性连接或硬连接 对于所有工具输出扭矩可以调整 液压脉冲扳手液压脉冲扳手 液压脉冲扳手液压脉冲扳手 冲击扳手冲击扳手 精度：无要求的场合精度：无要求的场合 金属与金属接触金属与金属接触 振动高振动高 噪音高噪音高 维修成本高维修成本高 较贵的锤片，凸轮和输较贵的锤片，凸轮和输出轴出轴 液压脉冲扳手液压脉冲扳手 精度：精度：+/-20%非金属与金属接触非金属与金属接触 振动低振动低 噪音低噪音低 维修成本低维修成本低 液压油，液压油，O形圈以及油形圈以及油封封 冲击扳手与液压脉冲扳手冲击扳手与液压脉冲扳手 震动比较震动比较-液压脉冲扳手与冲击扳手液压脉冲扳手与冲击扳手0123456UW-6SLKALPHA-61UW-8SHKALPHA-80UW-9SKALPHA-90UW-13SKALPHA-130UW-6SLKALPHA-61UW-8SHKALPHA-80UW-9SKALPHA-90UW-13SKALPHA-130噪音水平比较噪音水平比较-液压脉冲扳手与冲击扳手液压脉冲扳手与冲击扳手020406080100120UW-6SLKALPHA-61UW-8SHKALPHA-80UW-9SKALPHA-90UW-13SKALPHA-130UW-6SLKALPHA-61UW-8SHKALPHA-80UW-9SKALPHA-90UW-13SKALPHA-130振动和噪音水平比较振动和噪音水平比较 缺点：缺点：无扭矩输出 拧紧速度 双手操作 (弯角扳手)优点：优点：很好地重复性 不很贵 不会过扭矩 离合器型气动工具离合器型气动工具 当工件达到预设扭当工件达到预设扭矩时，离合器弹簧矩时，离合器弹簧压缩触发机构切断压缩触发机构切断马达的供气，该离马达的供气，该离合器可以提供非常合器可以提供非常好的重复性。好的重复性。离合器自动断气型扳手离合器自动断气型扳手 优点 准确 低噪音 洁净 带反馈控制 人机工程设计 运行成本低 可以与PLC或网络连接 缺点 高投资 有反作用力 双手操作（弯角扳手）电动拧紧机电动拧紧机 IC1M IC1D 拧紧机控制器拧紧机控制器 操作者的人机工程设计（反作用杆，工具重量，机械臂位置，使用频率）使用频率使用频率 螺栓和驱动形式 螺栓的接近性 连接件的重要性 数据采集 扭矩大小 投资额 使用动力 可维护性 拧紧方法 拧紧工具选择拧紧工具选择 可靠的螺栓连接取决于下面的因素：螺栓的质量和形式 连接材料的一致性 使用的装配工具 装配方法和策略 操作者影响 摩擦系数的分散 连接件的可维修性 在设计产品的初始阶段就应选择工具和装配方式，这样是非常有效的 拧紧工具选择综述拧紧工具选择综述 扭矩测量术语扭矩测量术语 动态扭矩 -使用动力工具拧紧螺栓所达到的扭矩峰值 -装配统计过程控制中的最好的和最准确的测量值 静态扭矩 -在螺栓处于静止状态下的扭矩值 -仅在监视最小扭矩时使用 扭矩测量术语扭矩测量术语 残留扭矩 -拧紧完成以后，在对螺栓沿同一方向拧紧所测量出的扭矩 -由于所采用的测量工具不同，测量误差会比较大 扭矩测量术语扭矩测量术语 扭矩测量技术扭矩测量技术 扭矩测量扭矩测量“标记法 Back-to-the-Mark”准确度 :高 方便性/速度:低 将要返松的螺栓作出标记，再拧紧到原来的位置 真实检测动态拧紧扭矩 适合带有螺纹的场合 费时 扭矩测量扭矩测量“返松法Off-torque”准确度 :低 方便性/速度:中 测量返松的扭矩峰值 所测量的返松扭矩与拧紧扭矩的偏差较大 带响声手动扭矩扳手 准确度 :低 方便性/速度:高 在拧紧过程中，当工具达到预设扭矩时发出响声 不是真正的检测方法只是扭矩再复合的方法 只能保证所要检查的螺栓已经拧紧 扭矩测量扭矩测量 扭矩测量扭矩测量 扭矩手动扳手 准确度:低 方便性/速度:中 用工具测量直到操作者感觉到螺栓转动 在工具上指示的是峰值扭矩 操作者的经验和连接件的条件对结果有影响 扭矩测量扭矩测量 扭矩/角度扳手带外部记录仪器 准确度 :较高 方便性/速度:低 可以测量动态扭矩 设备笨重使用不方便 扭矩测量扭矩测量 扭矩/角度 力矩扳手带有 动态扭矩监测算法 准确度 :高 方便性/速度:高 真正测量动态扭矩，将螺栓旋转很小的角度2-4 动态扭矩动态扭矩 静态扭矩 峰值 角度角度,q q 动态测量时 的残留扭矩 扭矩扭矩,T 门槛 扭矩 转动角度 2-4 工件连接基础知识工件连接基础知识 硬连接硬连接 -30 或更少或更少 -较高扭矩斜率较高扭矩斜率 软连接软连接 -720 或更大或更大 -较低扭矩斜率较低扭矩斜率 工件连接基础知识工件连接基础知识 硬连接 从门槛扭矩到最终扭矩所转的角度为30或更小 (如：最终扭矩的10%到100%的角度为27)软连接 从门槛扭矩到最终扭矩所转的角度为720 (如：最终扭矩的10%到100%的角度为650)根据根据ISO 5393的标准来定义连接斜率的标准来定义连接斜率 对于同样的要求扭矩，连接斜率对于最终夹紧力的影响很大对于同样的要求扭矩，连接斜率对于最终夹紧力的影响很大 Clamp Load(torque)Angle(Time)Clamp Load Angle 连接形式连接形式 扭矩扭矩 TL TH TC 门槛扭矩门槛扭矩 27 As 30 A1 TL TH TC 门槛扭矩门槛扭矩 720 A0 As 连接形式连接形式 角度角度 连接形式连接形式 主导扭矩 在达到最终扭矩前的一种较大扭矩在达到最终扭矩前的一种较大扭矩 有可能是硬连接或软连接有可能是硬连接或软连接 举例举例 -自攻螺纹自攻螺纹 -螺纹切割螺纹切割 -自锁螺栓自锁螺栓 -损坏螺纹损坏螺纹 -主导扭矩主导扭矩 门槛扭矩门槛扭矩 THTC TL 拧紧基础知识拧紧基础知识 扭矩和转角扭矩和转角 长度长度（米，英尺）力力（牛顿，磅）扭矩扭矩=力力 x 长度长度 角度角度 90 135 拧紧基础拧紧基础 拧紧螺栓的过程 实际上是能量的 传递过程 在扭矩-角度曲线 下的面积与拧紧 螺栓所需要的能量 成比例 T=K d F T=扭矩 d=直径 F=力 K=摩擦系数 角度,q 扭矩,T 面积 能量 螺纹摩擦力 夹紧力 螺帽摩擦力 扭矩 螺帽摩擦力螺帽摩擦力 -55%罗纹摩擦力罗纹摩擦力 -35%夹紧力夹紧力 -10%扭矩消耗到哪里去了扭矩消耗到哪里去了?拧紧曲线拧紧曲线 扭矩上限 扭矩下限 合格窗口 角度下限 角度上限 门槛扭矩 主导扭矩 dTdTorqueGradientJointRateq扭矩扭矩(夹紧力夹紧力)角度角度,q q 目标扭矩 螺栓屈服点 塑性变形区 弹性变形区 自由拧紧自由拧紧 自由拧紧：自由拧紧：在螺栓头在螺栓头/螺母与接螺母与接触面没有接触之前。触面没有接触之前。塑性变形塑性变形/屈屈服点服点 塑性变形塑性变形/屈服点：屈服点：螺栓永久螺栓永久变形或螺纹、连接和垫片达变形或螺纹、连接和垫片达到屈服点。到屈服点。弹性夹紧弹性夹紧 弹性夹紧弹性夹紧:扭矩扭矩/角度斜率均角度斜率均匀，工具将能量传递给装配匀，工具将能量传递给装配件件。门槛扭矩门槛扭矩 门槛扭矩门槛扭矩:螺栓和与连接面对螺栓和与连接面对正后正后 拧紧曲线拧紧曲线 kdPT 扭矩控制拧紧过程扭矩控制拧紧过程 拧紧方法拧紧方法 扭矩上限 扭矩下限 门槛扭矩 扭矩扭矩(夹紧力夹紧力)角度角度,q q 目标扭矩 扭扭扭扭矩矩矩矩分分分分散散散散 (%)摩摩摩摩擦擦擦擦力力力力分分分分散散散散(%)夹夹夹夹紧紧紧紧力力力力分分分分散散散散 (%)0 0 1 15 5 1 12 2.8 8 1 10 0 1 15 5 1 16 6.2 2 2 25 5 1 15 5 2 28 8.0 0 5 50 0 1 15 5 5 51 1.6 6 夹紧力的变化是由于摩擦力的变化而引起的。即使使用非常准确的扳手也不能帮助夹紧力的分散。但是使用不准确的扳手，又对夹紧力的分散有影响。扭矩控制拧紧扭矩控制拧紧 拧紧方法拧紧方法 扭矩控制拧紧 应用扭矩可以直接或间接控制 目标扭矩通常在螺栓屈服点的50%到85%在螺栓的塑性变形区应用 90%的应用扭矩用于克服摩擦力上 也可称之为：扭矩，直接扭矩 夹紧力精度夹紧力精度 25%拧紧方法拧紧方法 第一步：对连接的工件施加扭矩，使之初步连接达到门槛扭矩 第二步：旋转预定的角度 最初设想应用于超出屈服点的拧紧应用，现在也应用于塑性变形区的拧紧 需要应用试验确定门槛扭矩值和旋转的角度值 上述拧紧过程为：旋转螺栓，扭矩+角度 夹紧力精度夹紧力精度 15%角度控制角度控制 拧紧方法拧紧方法 角度控制角度控制 kdPT 360pFpq角度下限 角度上限 门槛扭矩 扭矩扭矩（夹紧力）夹紧力）角度角度,q q 角度控制值 角度控制角度控制 夹紧力的分散主要是由于摩擦力的分散引起的，该拧紧过程中门槛扭矩中的摩擦力的分散为主要影响因素 在角度控制过程中，摩擦力分散的影响对夹紧力不会影响，只是控制角度的分散对其有影响 kdTFp360pFpq角度说明:门槛扭矩的误差会产生初始夹紧力分散误差 门槛扭矩尽可能小 当使用较大的门槛扭矩时，夹紧力与角度的关系受到影响 较小的门槛扭矩会在计角度之前，减少扭矩的分散 在拧紧塑性变形区内的螺栓时，它的屈服点强度也是一个影响因素 角度控制角度控制 屈服点控制屈服点控制 在拧紧过程中监视扭矩和角度 已经存储扭矩斜率的变化曲线，当扭矩斜率变化曲线下降到最大摩擦力时，可以判断已经到屈服点 充分发挥螺栓的最大负荷能力 摩擦力的影响很小 每次拧紧后可以进行扭矩角度检查 螺栓可以重复使用 可以认为是：扭矩到屈服点 夹紧力精度夹紧力精度8%拧紧方法拧紧方法 屈服点控制屈服点控制 扭矩斜率最大值的扭矩斜率最大值的50%扭矩斜率 变化曲线 螺栓屈服点螺栓屈服点 扭矩 扭矩扭矩（夹紧力）夹紧力）角度角度,q q 屈服点控制屈服点控制 拧紧完成后，夹紧力的波动减少拧紧完成后，夹紧力的波动减少 夹紧力的分散由于螺栓强度的分散而不是摩擦力的分夹紧力的分散由于螺栓强度的分散而不是摩擦力的分散引起的散引起的 螺栓的强度控制要比摩擦力的控制要容易螺栓的强度控制要比摩擦力的控制要容易 螺螺螺螺栓栓栓栓强强强强度度度度分分分分散散散散 (%)摩摩摩摩擦擦擦擦力力力力分分分分散散散散 (%)夹夹夹夹紧紧紧紧力力力力分分分分散散散散 (%)4 4 2 20 0 7 7.3 3 8 8 2 20 0 1 10 0.1 1 4 4 1 10 0 5 5.1 1 8 8 1 10 0 8 8.6 6 PRELOAD,N EXPECTED TORQUE,Nm Thread Grade Size Range 8.8 10.9 12.9 8.8 10.9 12.9 M4 x 0.7 Minimum 4,400 6,200 7,300 3.1 4.4 5.3 Maximum 5,600 7,600 8,800 4.3 6 7.2 M5 x 0.8 Minimum 7,200 10,000 12,200 6.4 9 11 Maximum 9,200 12,400 14,600 8.7 12 15 M6 x 1.0 Minimum 10,200 14,200 16,100 11 14 18 Maximum 13,000 17,600 20,500 15 20 24 M8 x 1.25 Minimum 18,600 26,200 31,400 25 37 44 Maximum 23,800 32,200 37,800 36 51 60 M10 x 1.5 Minimum 29,800 41,600 50,000 52 73 88 Maximum 38,000 51,200 60,000 71 99 119 M12 x 1.75 Minimum 43,400 60,700 72,900 92 128 156 Maximum 54,400 74,900 87,700 127 173 207 M14 x 2.0 Minimum 59,400 83,300 100,000 144 205 244 Maximum 75,600 102,000 120,000 200 280 335 M16 x 2.0 Minimum 82,500 115,000 138,000 228 322 383 Maximum 105,000 141,000 166,000 310 450 520 M18 x 2.5 Minimum 99,200 139,000 167,000 305 430 510 Maximum 127,000 171,000 201,000 420 595 710 Grade M6 x 1.0 Minimum 10,200 14,200 16,100 11 14 18 Maximum 13,000 17,600 20,500 15 20 24 夹紧力和理想扭矩夹紧力和理想扭矩 夹紧力分散 精密力矩扳手精密力矩扳手 M10 气动冲击扳手气动冲击扳手 M14 气动定扭气动定扭矩扳手矩扳手 M12 最小夹紧力最小夹紧力 电动扳手电动扳手 屈服点控制屈服点控制 M8 8%15%25%30-40%工具和螺栓选择工具和螺栓选择 屈服点控制屈服点控制 连接的要求不是关键，不值得使用 不能应用如下场合：螺栓屈服点强度 连接件的压紧强度 螺栓屈服点而不是螺纹达到屈服点 螺栓头部剪切 螺母磨损 一些装配件需要频繁拆装的 连接件的硬度指标变化 如果屈服点控制很准确，如果屈服点控制很准确，为什末不都应用？为什末不都应用？拧紧错误拧紧错误 头部形式头部形式 Hexagon Pan Flanged Countersink Fillister External Torx 带有螺纹的螺栓带有螺纹的螺栓 功能设计功能设计 螺纹螺纹 垫片垫片 弯曲变形 剪切 拉伸 加工螺纹 自攻 成型螺纹 密螺纹 SEMS 平垫 弹垫 配合螺纹配合螺纹 驱动部分驱动部分 已攻螺纹 螺母 平板 插入型 12 角 六角 内六角 一字 Torx 强度强度 材料材料 特殊合金 有色金属 黑色金属 等级 加工/锻造 热处理 抛光及表面抛光及表面处理处理 主导扭矩主导扭矩 胶囊状材料 使螺纹变型 尼龙块 电镀 转化 涂胶 润滑 头部下螺纹密集 表面情况 摩擦力摩擦力 Machined Ground Cast 螺栓的质量螺栓的质量 拧紧错误拧紧错误 在螺栓拧紧过程中在螺栓拧紧过程中4种主要的错误种主要的错误:1.人的错误 2.拧紧方法错误 3.不当工具的错误 4.连接间错误 忘记拧紧 使用不当的工具 错误的要求 错误的拧紧过程 错误地选择工具 不准确 机械故障 超出工件偏差 不良的材料 不充分的润滑 拧紧错误拧紧错误 螺栓松动的原因和分类螺栓松动的原因和分类 原因原因最初松动拧紧过程中表面突变平滑从动松动轴承表面的塑性变形小摩擦力而松动由于工件的表面摩擦密封材料变形而松动垫片的安装过扭矩而松动螺栓塑性变形遇热而松动由于不同材料的表面张力不同，遇热的膨胀系数不一由于轴线方向的外力而松动轴线方向松动由于水平方向的外力引起分类分类螺栓转动而松动螺栓转动而松动轴承表面和螺栓部分的位置变化沿垂直方向松动由于震动螺纹压紧力和轴承表面减少、降低螺栓没有转动而松动螺栓没有转动而松动拧紧错误拧紧错误 不良的连接分类不良的连接分类 Failure to project required tightening force Insufficient strength of joint Insufficient allowable variation width of tightening force Instruction failure of tightening operation Insufficient countermeasure for loosening No available tightening tools No available tightening inspection Excessive variation width of torque coefficient Change of conditions on threaded friction part Machining failure of bolts Insufficient strength of bolts Dimension error of bolts Squareness failure of bearing surface Wrong procedure of tightening operation Wrong tool handling by operator Forgetting tightening by operator Instruction failure to operator Change of working conditions of tightening tools Operating error of tightening tools Accuracy change of tightening tools Selection failure of tightening tools 设计质量问题设计质量问题 螺栓问题螺栓问题 没有充分的没有充分的拧紧拧紧 系统问题系统问题 服务服务问题问题 连接问题连接问题 Insufficient standardization of bolt tightening Insufficient communication about bolt tightening specifications Insufficient monitoring system about improper tightening System failure of bolt tightening Insufficient education about bolt tightening Insufficient training of operators Inspection failure of bolt loosening No proper tightening tools Insufficient instruction of tightening specifications Broken joint Bolt loosening Not enough fixing of joint Heat and current transmission failure Oil lead,gas leak,etc.拧紧错误可由连接件，工具或操作者引起 这些错误典型表现为与正常拧紧的角度有很大的偏差 检测拧紧错误地最好方法是发现与正常角度的偏差 新一代直流无刷马达控制器，具备监视或控制角度对出现的错误报警 在装配过程中的错误在装配过程中的错误 拧紧错误拧紧错误 拧紧错误 由下列方法判断由下列方法判断:错误种类错误种类 扭矩控制扭矩控制 扭矩控制带扭矩控制带 角度监视角度监视 屈服点控制带屈服点控制带 扭矩和角度监视扭矩和角度监视 螺栓太软螺栓太软（摩擦力低或高的情况）（摩擦力低或高的情况）否否 是是 是是 螺栓太软螺栓太软（摩擦力一般情况（摩擦力一般情况)否否 通常否通常否 螺栓太硬螺栓太硬 否否 否否 螺纹错误螺纹错误(摩擦力高摩擦力高)否否 涂层涂层/润滑错误润滑错误 摩擦力太低摩擦力太低 否否 是是 是是 是是 是是 是是 是是 拧紧错误 Angle,q q Torque,T 盲孔，螺纹太浅 Effect on Torque/Angle End of Cycle Data:Torque Angle Tightening Cycles Torque High Limit Torque Low Limit Angle High Limit Angle Low Limit 拧紧错误拧紧错误 Angle,q q Torque,T 没有完成的操作（工具停止太早）Effect on Torque/Angle End of Cycle Data:Torque Angle Tightening Cycles Torque High Limit Torque Low Limit Angle High Limit Angle Low Limit 拧紧错误拧紧错误 角度角度,q q 扭矩扭矩,T 工件没有对齐 拧紧完成后，扭矩拧紧完成后，扭矩/角度的记录：角度的记录：扭矩扭矩 角度角度 Tightening Cycles 扭矩上限扭矩上限 扭矩下限扭矩下限 角度上限角度上限 角度下限角度下限 拧紧错误拧紧错误 Angle,q q Torque,T 螺纹损坏 Effect on Torque/Angle End of Cycle Data:Torque Angle Tightening Cycles Torque High Limit Torque Low Limit Angle High Limit Angle Low Limit Angle,q q Torque,T 连接件问题 拧紧错误拧紧错误 Effect on Torque/Angle End of Cycle Data:Torque Angle Tightening Cycles Torque High Limit Torque Low Limit Angle High Limit Angle Low Limit Angle,q q Torque,T 螺纹滑牙 拧紧错误拧紧错误 Effect on Torque/Angle End of Cycle Data:Torque Angle Tightening Cycles Torque High Limit Torque Low Limit Angle High Limit Angle Low Limit Angle,q q Torque,T 拧紧错误拧紧错误 Effect on Torque/Angle End of Cycle Data:Torque Angle Tightening Cycles Torque High Limit Angle High Limit Angle Low Limit Torque Low Limit All final cycle data is good 工件变形 案例分析案例分析 客户客户 :某发动机制造公司某发动机制造公司 问题问题 :缸盖漏气缸盖漏气 分析分析:拧紧方式拧紧方式:使用冲击扳手预拧紧使用冲击扳手预拧紧,使用手动力矩扳手拧紧到使用手动力矩扳手拧紧到14 Kg.m.检测方法：使用电动拧紧机将螺栓拧紧到屈服点，然后使用检测方法：使用电动拧紧机将螺栓拧紧到屈服点，然后使用ETW-A手动扳手转动手动扳手转动4度后测出实际的最终扭矩，分别测出度后测出实际的最终扭矩，分别测出 二种发动机的螺栓扭矩二种发动机的螺栓扭矩 发现：螺栓的屈服点在扭矩值为发现：螺栓的屈服点在扭矩值为13.5 Kg.m 其它影响：考虑摩擦力的影响因素，达到屈服点的扭矩约为其它影响：考虑摩擦力的影响因素，达到屈服点的扭矩约为11 Kg.m.(安全系数为安全系数为 0.81)使用使用IR ETW-A力矩扳手实例力矩扳手实例 结论结论 结果发现使用的螺栓等级问题，该发动机公司确认几年前已经将等级要结果发现使用的螺栓等级问题，该发动机公司确认几年前已经将等级要求从求从8.8级要求改到级要求改到10.9级，但实际没有改变。而装配要求是按照高等级，但实际没有改变。而装配要求是按照高等级螺栓来的。这样导致问题出现级螺栓来的。这样导致问题出现 行动行动:螺栓改变等级螺栓改变等级，解决该问题，解决该问题 使用使用IR ETW-A力矩扳手实例力矩扳手实例 解决方案提供着解决方案提供着 气动工具气动工具 工具附件工具附件 扭矩测试仪器扭矩测试仪器 Fastener Tightening Systems&Assembly Automation Ergonomic Handling Systems Line Application Survey Turnkey Solutions Software&Integration After Sales Services Tool Crib Management Calibration 英格索兰英格索兰 谢谢！问题？