发动机混装线拧紧防错技术应用

陶勇伟

(江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330000)

传统发动机装配工具大多采用气动拧紧工具和未增加防错功能的电动拧紧工具装配发动机螺栓，气动拧紧工具扭矩过程中无传感器装置监控扭矩，容易造成虚假力矩产生，同时无实时的动态力矩输出，螺栓最终的拧紧质量无法保证；气动拧紧工具和未增加防错功能的电动拧紧工具需要依靠人工对螺栓拧紧次数计数实现监控，作业者经常会因错误操作或遗忘而发生失误。为了满足CC及SC关键特性要求工位或对精度要求更高的拧紧工位，应采用精度更高的拧紧工具，同时与现代装配线上其它控制设备通讯充分发挥电动拧紧设备防错功能，防止螺栓漏装、错装，同时识别装配过程中质量缺陷螺栓，防止螺栓错装、多装、漏装及螺栓力矩衰减，确保螺栓装配质量，达到发动机零缺陷装配要求。

1 螺栓拧紧质量控制策略

螺栓拧紧扭矩控制策略主要有：扭矩控制法、扭矩转角控制法、屈服点控制法、伸长量控制法等4种。针对江铃汽油发动机螺栓力矩控制方式主要运用的有扭矩控制法和扭矩转角控制法。

扭矩控制法：直接施加在螺栓的力矩，通过螺纹产生夹紧力把连接件夹紧，旋转螺母或螺丝使螺杆受力伸长，螺杆伸长产生的夹紧力把连接件夹紧。

扭矩角度控制法：先将螺栓拧至产品规定扭矩，再从此扭矩开始，拧一个产品规定的转角。扭矩转角控制法的关键就是确定转角，当转角被确定后就可以获得相当高的精度。

针对CC及SC项螺栓，通常会采用力矩转角法控制，该拧紧方式的优势可以增加螺栓利用率，比如为了产品轻量化或由于产品空间受限等因素，使用小一号螺栓通过拧紧提高利用率以达到大号螺栓的夹紧力要求；应对连接件摩擦系数不稳定及零部件来料一致性不稳定等因素，采用该拧紧方式可以达到螺栓需求的夹紧力要求。在工具选型及配置上通常会考虑拧紧轴及增加工具扭力臂辅助装置的拧紧枪以确保螺栓拧紧质量。

2 拧紧程序防错

2.1 拧紧程序调用方式

根据小蓝汽油机装配工艺原理要求，所有工位发动机螺栓拧紧程序是由工位控制程序调用，当发动机托盘进入装配线工位后，PLC通过识别发动机托盘上RFID信息获取产品型号以判断JMC G501系列和FORD G502系列机型，PLC调用对应机型的拧紧程序并发使能给工位拧紧工具，触发拧紧工具执行拧紧任务；拧紧工具收到PLC命令后工具控制器会显示程序号并结合工位HMI屏显示操作内容，指导操作人员操作拧紧工具，拧紧工具完成每个过程任务按工艺制定顺序逐一反馈给工位PLC，PLC具有螺栓拧紧合格的计数功能，在满足工艺要求的条件下PLC判断合格，发动机才会合格放行至下一个工位，保证工位不漏拧及多拧发动机螺栓。针对离线工位，扫描不同机型二维码PLC调用对应机型拧紧程序，执行完拧紧任务后，拧紧工具自动锁住工具，由员工再次执行扫码动作后，拧紧工具会进行下一台发动机装配任务；当工位出现拧紧不合格时，拧紧枪会被自动锁住，需按HMI上解锁按钮解锁拧紧枪反松出螺栓重新拧紧。普通螺栓拧紧共有3次拧紧机会(带胶螺栓及装配规范要求除外)，当出现3次拧紧不合格时，PLC不再发使能给拧紧工具，PLC直接判定工位不合格，发动机不合格下线。

2.2 拧紧程序防错

拧紧工具自带程序防错功能，使用拧紧工具时通常需要将这些功能激活，这样才可以充分发挥拧紧工具的程序防错功能。常见且实用的功能有：拧紧工具开启并激活螺栓重复拧紧报警(防止合格信号被占用造成其他螺栓漏拧、保护螺栓)、拧紧枪扳机提前松手报警(防止产生虚假扭矩)、程序计数功能(防止螺栓多拧、漏拧)、角度及力矩上下限监控功能(提高拧紧质量及过程监控)等、运用这些防错功能可以帮助操作人员消除操作过程中因不正当操作或错误操作导致的螺栓漏拧、拧紧不到位等拧紧质量问题。

装配针对扭矩控制法拧紧螺栓，发动机产品装配规范手册已明确扭矩上下限作为力矩监控窗口，同时结合收集角度数据利用3Sigma准则确定上下限作为角度的监控窗口；针对扭矩转角法控制的螺栓，按发动机产品装配规范角度上下限作为角度监控窗口，通过收集扭矩数据利用3Sigma准则确定上下限作为扭矩的监控窗口；结合工具自带防错功能，可实现螺栓拧紧过程的检测及监控报警。

拧紧程序通常会考虑多步拧紧方式，手持式拧紧枪一般分2步拧紧，拧紧轴可根据装配规范要求及生产实际情况设置拧紧步骤；分步拧紧可以更清楚了解拧紧每个过程中的细节、提前识别拧紧过程零部件质量问题及消除拧紧过程中的应力防止螺栓力矩出现衰减，确保最终的螺栓拧紧质量。

3 拧紧数据收集及统计

整线工位的拧紧数据及对应曲线由每个工位阿特拉斯拧紧控制器本地数据库发给阿特拉斯服务器，阿特拉斯服务器再将数据及对应力矩时间曲线、角度时间曲线、力矩角度曲线发给QualityWorX服务器，实现拧紧数据及对应曲线的收集、追溯及统计分析。在QualityWorX系统里可以看到发动机序列号、生产时间、拧紧数据(扭矩/角度)、拧紧状态(OK/NOK)、力矩时间曲线、角度时间曲线、力矩角度曲线等。工程师通过对数据及曲线的分析，可以进一步了解各生产时间段工具的运行情况、零部件来料状态等，同时可以进一步优化拧紧程序及增加程序防错功能以达到识别过程中的缺陷问题，提高工位FTT。

4 结语

螺栓在装配中的作用不可或缺，拧紧质量决定产品质量，为保证产品质量和减少员工操作上的出错率，我们首先会把拧紧程序的参数优化及监控功能完善，同时结合线体控制程序的通信及互锁来增加防错的可靠性；通过历史数据及曲线，可以了解当前零部件及操作工作业状态并预判未来的趋势，可以制定预防措施，使制造过程的管理水平不断推向新的高度；通过历史数据及曲线，我们可以持续完善和优化过程参数及防错程序，使程序防错效果进一步提升。