如何提高中间轴涂胶螺栓扭矩施加合格率

郑玉芳 姜磊 邓智良 林勇

摘 要：文章介绍了总装车间使用Atlas手持电枪施加中间轴上下端螺栓扭矩工艺，分析了中间轴扭矩施加合格率低的问题，通过对故障件及拧紧结果数据收集与分析，提出了更改转向机小齿轮结构尺寸，减短涂胶螺栓涂胶物理长度 、优化电枪程序设置参数等措施来提高中间轴扭矩施加合格率。

关键词：中间轴装配;涂胶螺栓;电枪参数设置;扭矩施加合格率

1 引言

汽车中间轴总成是连接转向管柱和转向机的转动机构，它的作用是将作用在方向盘的受力传递到转向机，并将转向轮受到的力和冲击回传到转向盘使驾驶员能够感知路面情况，对汽车采取正确的操控。中间轴与管柱和转向机的连接通过涂胶螺栓进行连接，其上下端扭矩紧固极其重要，其任何一点扭矩不合格，轻则造成转向松动异响、转向笨重，重则转向失效，危机驾驶员及乘客安全，造成严重安全事故。

目前总装车间采用Atlas手持电枪对中间轴螺栓进行紧固，而在紧固过程中，常常遇到扭矩施加失败的问题，该处涂胶不能二次退松打紧，需更换螺栓返修，造成严重的返修成本浪费以及质量、生产效率的损失。因此有必要对如何提高中间轴扭矩施加合格率进行进一步研究。

2 中间轴装配工艺

2.1 中间轴装配分析

中间轴上端与转向管柱总成连接，下端与转向机连接，上下端装配结构示意，图见图1。

装配结构分析：a、涂胶螺栓先通过转向管柱总成转向节叉光孔穿入，再拧入螺纹孔，光孔同时具有导向作用，螺栓拧入时，拧歪概率极低;b、转向中间轴与转向管柱总成节叉配合，花键处设计有盲齿防错结构，中间轴装入方向唯一，螺栓与中间轴不存在干涉的情况;c、涂胶螺栓从第4牙开始涂胶，共10-11齿左右，涂胶范围120°～180°，物理长度18～21mm，主要起防松作用。d、下端装配结构与上端结构相似，涂胶螺栓使用相同的零件;e、上下端主要区别在于，上端涂胶螺栓穿过后不会与中间轴平面段干涉，而下端螺栓穿过后可能与小齿轮凹槽干涉，下端凹槽开槽较小;f、转向机小齿轮设计有上下限位结构，防止装配后涂胶螺栓与小齿轮干涉，螺栓损坏。

2.2 涂胶螺栓防松原理分析

涂胶螺栓前几牙不涂胶，起导向作用，便于螺栓能正常对正拧入螺纹孔（此处的螺栓从第4牙开始涂胶）。螺栓拧入后，U-COAT防松胶充满螺栓螺紋与螺母孔螺纹之间的缝隙，达到锁紧的目的。防松螺栓可以反复的拆卸，涂胶不会完全脱落（附着在原螺栓表面），其防松性能会逐次降低。

2.3 电枪程序设置

总装建立精确控制系统，实时监控整车扭矩运行状态，拧紧控制点开启角度监控，避免滑牙和焊渣螺栓卡死等情况。中间轴电枪拧紧程序控制策略见表1，当扭矩值与转角不符合如下逻辑关系时，电枪将报警扭矩施加失败。

3 中间轴扭矩施加合格率低

总装车间某车型自投产以来，转向中间轴上下端连接螺栓扭矩施加合格率为88.5%，车间扭矩施加合格率指标为99.0%，严重影响车间装配效率和质量输出。团队成员运用头脑风暴、对扭矩施加失败的原因进行分析、归纳、现场确认、验证等方式、寻找问题症结、攻破该问题。

4 故障件分析

小组团队通过对通过拆解故障件分析，共发现三种失效模式，下面对每种故障模式进行分析，找出问题症结，对策制定，对策实施，效果检查。

4.1 第一种故障模式

故障车转向异响，螺栓法兰面与安装面已贴合，拆下故障件螺栓从第6牙开始到最后螺纹全部损坏，螺牙呈挤压型损伤，对应螺纹孔损坏对应失效拧紧曲线曲线波动明显，见图3。结合故障状态，可分析螺栓拧入过程卡滞，螺栓与转向机存在干涉磨损。

通过对转向机正常件与故障件对比，见图4。发现其凹槽开槽位置尺寸不一致，故障件使用内窥镜观察螺纹孔内状态，发现转向机小齿轮凹槽边缘凸起，凹槽未与螺栓安装孔同轴，螺栓旋入过程与该凸起发生干涉，且装上中间轴后故障可以重现，因此确定该故障模式原因为：限位凸台与凹槽相对位置尺寸不合格。

将该处差异输入至供应商整改，齿轮轴R槽装配尺寸优化，将该处R尺寸7.1±0.1mm改为 5.6±0.1mm。改进后跟踪验证1000件，扭矩施加合格率提高至92.5%，且再无出现该故障模式。

4.2 第二种故障模式

故障车螺栓未打平，螺栓端面穿出螺栓孔3牙左右，拆下故障件螺栓第5～8牙某一牙损伤，对应螺纹孔轻微损坏。对应这种失效模式拧紧曲线，螺栓拧入过程扭力被卡到15N.m（正常螺栓此时应该已经完全拧入，但故障螺栓只拧入到中间某个位置），卡过后扭矩缓慢上升，超过设定的转角值，扭矩施加失败，电枪亮红灯。故障件及扭矩施加曲线图件图5。图纸标明涂胶U-COAT，按GMW16722-2013执行，对涂胶段的拧入力矩做了相应要求，要求 涂胶段拧入力矩满足Fmax≤14N·m。为验证该要求：团队对涂胶螺栓进行拧入力矩对比测试，发现涂胶量多的情况集中在18N·m左右，涂胶少的在11N左右;得出部分螺栓涂胶段拧入力矩不满足Fmax≤14 N·m的规定;同时从故障件我们看到较多的涂胶被刮下。所以有理由推断螺栓在拧入螺母孔过程中，涂胶堆积使螺纹偏磨，导致螺牙损坏。

通过以上分析所以可以得出结论涂胶螺栓涂胶量过多是要因。经过验证，将涂胶螺栓涂胶长度物理胶长度由18～21mm变更为10～13mm，装车验证1000台车，扭矩施加合格率提高至97.5%，且路试未报有转向异响的问题。

4.3 第三种故障模式

故障车螺栓打到底部，拆下故障件螺栓无明显损伤，对应螺纹孔完好。对应曲线扭矩施加曲线，扭矩施加过程正常，最终扭矩达到时，最终角度过大，电枪报警扭矩施加失败。通过重新计算角度，发现之前程序设定的最终的260度小于我们计算得到的340度，所以分析得出：角度设置不合理为要因。

通过如下步骤，重新收集角度数据，修改电枪参数设置，见表2。

收集更改角度后的数据，绘制控制图（见图6），根据控制图的8项判异原则，极差图和均值图内所有点均处于受控状态，判断是稳定状态。

计算过程CPK，见图7，CPK为1.77>1.33，满足过程能力要求。

角度重新释放后，跟踪1000台车，中间轴扭矩施加合格率维持稳定在99.1%左右。

综上所述，我们可以得出转向机小齿轮凹槽与限位凸台相对位置尺寸不合格，涂胶螺栓涂胶量过多;电枪程序设置不合理是导致扭矩施加合格率偏低的因素。为提高中间轴扭矩施加合格率，可以优化转向机小齿轮尺寸、减短涂胶螺栓长度、优化电枪参数设置。

5 结语

通过分析在使用Atlas手持电枪施加中间轴螺栓扭矩过程中，出现扭矩施加失败情况进行分析，从零件产品尺寸控制和产品设计、以及电枪程序设计的合理性方面提出相应的改进提升措施。借助问题解决经验，为其他问题解决起到了一定借鉴价值和问题解决参考依据对。对于其他使用电枪施加扭矩也具有指导作用，扭矩施加合格率，减少企业制造生产过程中的返修浪费和质量成本损失。减少返修浪费，降低问题逃逸风险。提高产品质量，减少售后客户的抱怨，提升客户产品的满意度。

参考文献：

[1]李同科，浅谈汽车产品装配工艺特性的识别与控制[J]，轻型汽车技术，2014（2）： 245-246.

[2] 聂微.SPC实施指南[M].广州：广东经济出版社，2006.

[3]叶蓓华，王晓东均值-极差图在汽车总装质量控制中的应用[J].汽车技术，2018（11）： 34-36.

[4]王桂英，汽车发动机装配线的SPC质量控制系统设计[J].中国农机化学报，2018（2）：174-179.

[5]谭洪华.五大质量工具详解及运用案例[M].北京：中华工商联合出版社，2006.