浅谈柴油机气缸盖螺栓拧紧力矩在实际生产过程中的控制方法Word格式.docx

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173×

M14×

2（四颗）、125×

2（十颗）、111×

2（四颗），每台共计有18颗。

因现行工艺水平及实际生产现状，目前我公司还没能实现18颗螺栓一起拧紧，如何能保证18颗螺栓拧紧力矩能稳定达到工艺要求范围且均匀性较好，一直是我们追求和探索的目标。

现在我们从工艺、实际操作过程、检验手段等方面阐述一下控制气缸盖拧紧力矩的方法和手段。

气缸盖螺栓拧紧力矩主要指气缸盖和缸体连接螺栓的拧紧顺序和拧紧力矩。

拧紧气缸盖各螺栓时，应分数次逐步拧紧到规定的力矩,并按先中间、后两边、对角交叉的原则进行。

目前我公司气缸盖螺栓拧紧工序工艺要求为：

各气缸盖螺栓按规格放入相应的装配位置时，先人工导向预拧1～2牙，然后用四头缸盖螺栓定扭矩拧紧机按下图拧紧顺序分五次拧紧全部共18颗螺栓，其拧紧顺序为：

㈠1、2、4、5㈡3、6、7、10㈢9、8、12、13㈣11、14、15、16㈤17、18。

因装配工艺需要，此次装配拧紧时3、5、11、13处必须同时装配专用的工艺摇臂和气缸盖螺栓Ⅰ各4件，气缸盖螺栓全部拧紧到工艺力矩后，需拆除工艺螺栓和工艺摇臂，然后装配相应的摇臂部件和4件气缸盖螺栓Ⅰ，最后用二头缸盖螺栓定扭矩拧紧机按㈠3、5㈡11㈢13的拧紧顺序分三次拧紧4颗气缸盖螺栓Ⅰ到工艺力矩要求。

缸盖螺栓拧紧顺序如下图所示：

原我公司气缸盖螺栓拧紧时为人工先用气扳机按1～18工艺拧紧顺序预紧，再用指针式扭力扳手按顺序复紧到拧紧力矩160～200N.m。

这种拧紧方式螺栓拧紧力矩全靠操作者人为控制，人为影响因素较大，时常出现漏拧紧、漏复紧、螺栓拧紧力矩不能稳定达到工艺要求、装配质量波动较大等问题，即使操作者能认真严格按工艺要求操作，但因复紧、检验用的扭力扳手均为老式指针式扳手，复紧、检验时全凭操作者、检验员在操作过程中的手眼协调能力和操作技巧，各螺栓拧紧力矩即使能达到工艺要求范围，因其均匀性不稳定，且操作者劳动强度较大，也无法在整个劳动时间内保持拧紧力矩的稳定性。

为进一步提高气缸盖螺栓拧紧力矩质量，并且提高气缸盖螺栓拧紧工序的工作节拍，减轻操作人员的劳动强度，我公司后来在流水线上购置了两台电脑控制的气缸盖螺栓拧紧机，设立了两个工位拧紧气缸盖螺栓，其中一台为四头缸盖螺栓定扭矩拧紧机，另一台为二头缸盖螺栓定扭矩拧紧机，二台拧紧机的拧紧方式均为扭矩控制转角监控，先预紧再终紧到规定力矩。

同时购置了两种新式的定值扭力扳手分别用于人工复紧和检验，电脑控制的定扭矩拧紧机的引入，大大提高了气缸盖螺栓拧紧力矩的稳定性，气缸盖螺栓拧紧质量得到大幅提升，而新的检验用定值扳手的投入使用也提高了检验的有效性，柴油机试车过程及“三包”反馈因气缸盖螺栓拧紧力矩达不到要求或拧紧力矩不均匀造成的故障率大幅下降。

但在实际装配过程中，因拧紧机与扭力扳手的偏差、拧紧机垂直拧紧与倾斜拧紧的拧紧值有明显变化、拧紧机的第四轴的套筒与缸盖有磨擦等现象，以及检验抽检测量方法的选用，这些因素都会造成气缸盖在装配过程中出现拧紧力矩的不均衡，因而产生了相应的装配质量隐患。

经测量，装配中定扭矩拧紧机的显示值与校验拧紧机的标定仪显示值间的误差仅在3%之间，而在实际检验过程中，采用相同的检验工具，使用不用的检测方法，测量人不一样，其测量结果却相差较大。

就如同一个人，采用同一把指针式扭矩扳手进行检验时发现，若采用一般的“拧紧检测法”，则气缸盖螺栓拧紧力矩测量值与拧紧机电脑显示值误差一般在20～30N.m，若采用“转角检测法”，则气缸盖螺栓拧紧力矩测量值与拧紧机电脑显示值误差一般在10～15N.m。

检验过程中我们还发现用电脑控制的气缸盖螺栓拧紧机第一次拧紧的一组螺栓中（四颗），除第一道气缸盖螺栓（第一次拧紧时仅作为工艺螺栓）外，其余三颗螺栓均出现不同程度的回松现象，特别是第四轴因拧紧套筒与缸盖间有摩擦，螺栓拧紧力矩回松现象更明显。

产生这一现象主要原因是在实际工作中因气缸盖螺栓不是全部螺栓一次拧紧，而是多次拧紧，由于气缸盖与缸体间的气缸盖垫片在外力作用下的弹性变形，造成先拧紧的螺栓有回松现象。

为保证柴油机整机装配质量，在发现这一问题时，车间及时提出处理办法，即在用电脑控制的气缸盖螺栓拧紧机将气缸盖螺栓全部拧紧完毕后，再用定值扭力扳手人工复紧最先拧紧一组气缸盖螺栓中出现回松的其余三颗螺栓，此措施经公司技术部门认可，列入工艺要求。

随着公司整机质量的提升要求，技术部门又先后对气缸盖垫片的各气道、水道、缸孔的材质等进行了改进设计，特别是随着硅胶密封圈气缸盖垫片及增压机、中冷机专用不锈钢缸孔气缸盖垫片的相继批量投入使用，气缸盖螺栓拧紧力矩的稳定性也随之出现了波动，特别是2007年上半年，在公司内部整机装配质量抽查过程中发现在拧紧机正常工作状态下，出现了部分螺栓拧紧力矩低于工艺要求值，最低甚至出现145N.m，公司责成车间对此情况进行质量追溯产生的返工，造成大量人力、物力浪费，而这一时期“三包”反馈因缸盖螺栓拧紧力矩不均衡造成的冲气缸床、漏水、漏气、漏油等故障也逐渐增多。

公司对此问题非常重视，组织设备、质检、技术、车间等多方人员从装机零件、设备、拧紧方法、测量方法等方面展开工作，分别进行工艺摸底试验，逐个排查，以便找出问题所在，寻求最佳解决办法，以下为工艺试验相关数据及试验结果：

2007年5月19日与6月30日各部门联合工艺试验结果：

1、分别测试数据检测结果显示，拧紧机的显示值与标定仪的标定值的偏差在-0.2--+5N.m之间，两者的波动均在工艺规定的范围之内，所以根据此结果认为拧紧机的显示值是稳定、正确的（具体数值及曲线见附1“装配车间拧紧机稳定性试验表”）。

2．为了验证拧紧机与扭力扳手的偏差，安排了扭力扳手与拧紧机的对比性试验，根据本次试验结果并结合附1、附3中的试验值表明，扭力扳手的拧紧值普遍大于拧紧机显示值且数显扭力扳手要比指针扭力扳手工作更稳定（具体数值见附1及附2“装配车间扭力扳手对比试验表”）。

3．针对现场操作者反映垂直拧紧与倾斜拧紧的拧紧值有明显变化的问题，专门在缸盖四轴拧紧机上进行了拧紧机的垂直拧紧与倾斜拧紧试验（倾斜拧紧方式比正常工作时更加倾斜）。

结果表明，在现场进行拧紧工作时，操作者拧紧姿势的轻微不同对拧紧结果基本无影响（具体数值见附3“装配车间拧紧机垂直性拧紧值试验表”）。

4．对主轴承盖两轴拧紧机的试验表明，其单轴校验值与两轴拧紧值均在工艺范围之内且正负偏差较小，扭力扳手值普遍大于拧紧机显示值（具体数值见附4“主轴承盖两轴拧紧机稳定性试验表”及“装配车间主轴承盖两轴拧紧机均匀性试验表”）。

5．在6月30日试验过程中发现拧紧机的第四轴的套筒与缸盖有磨擦现象后，扭力扳手复检值明显下移（见附1、附4），针对这一现象，于7月8日安排了磨擦性试验，但现场缸盖只有一个孔（第二颗）有明显擦痕，结果表明磨擦对拧紧结果有影响（具体数值见附5“装配车间缸盖四轴拧紧机磨擦性试验表”及附1“装配车间拧紧机稳定性试验表”）。

6．针对现场反映的缸盖四轴拧紧机在四轴联动工作时其拧紧值不稳定的情况，对缸盖四轴拧紧机进行了四轴联动的重复性试验，试验结果表明：

（1）在不加气缸垫片的情况下，拧紧机的两次重复拧紧无明显变化，用扭力扳手复紧值大多高于拧紧机显示值。

（2）加气缸垫片后［见附6.2拧紧机重复性试验表（加气缸垫片）］，可得如下结论：

a）第一次全部螺栓拧紧后，复检普遍有回松现象（第二轴除外，因第二轴是工艺摇臂，用扭力扳手复检误差波动较大）。

规律是先紧的回松得多，如第三轴第一次复检，要求195N.m，复检值161.3N.m，相差33.7N.m，结合结论2分析，其实际值己低于160N.m。

b）不换气缸床第二次拧紧后，回松情况大为缓解，其回松差值最大为14.2N.m。

根据以上情况，分析认为在实际工作中因不是全部螺栓一次拧紧，由于气缸床弹性变形的影响，在拧紧机依次把全部螺栓拧紧后，先拧紧的螺栓有回松现象且回松值可达30N.m左右。

7．根据附2、附6.1、附6.2分析，不论是否加气缸垫片，两次复检的偏差有同趋势的趋势向，怀疑与缸体缸盖的结构有关。

根据以上工艺试验结果，现技术部门重新修订工艺，要求气缸盖螺栓在用二头和四头缸盖螺栓定扭矩拧紧机拧紧完毕后需用定扭力扳手对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ道缸盖螺栓按拧紧顺序要求手工复紧一遍，复紧力矩190N.m。

复检时，检验人员使用扭力扳手用力要均匀、划线要细，当发现复检值偏大时，要再次复检。

因扭力扳手的值有波动，通常要比拧紧机的显示值高约10N.m，在检验时应考虑重新校验，以确定扭力扳手检定值。

拧紧机第四轴在运行时与缸盖干涉现象已按工艺所确定方案得到解决。

在气缸盖垫片的材质选用上，也采取新的工艺方案、采用新型的高分子弹性材料（有极好的耐高温（250-300℃）和耐低温（-40-60℃）性能,有良好的生理稳定性,而且能够经受反复多次苛刻和消毒条件,具有极佳的回弹性和永久变形小的硅橡胶密封圈气缸盖垫片及专用不锈钢缸孔气缸盖垫片）及在缸盖螺栓前端正确涂螺纹紧固胶（乐泰277），同时加强操作者正确使用拧紧机的培训，以改善回松状况。

此措施一经实行，原缸盖螺栓会回松现象得到明显扼制。

因上述措施的采取，缸盖螺栓拧紧力矩不均衡造成的装试故障及“三包”反馈故障逐月下降，但因需人工全数复紧，气缸盖螺栓拧紧工序操作人员劳动强度有所加大，生产节拍有所下降，这就促使我们不断探索，以期能找到一个最佳的、有效的控制手段，使我公司产品质量稳步提高。

结束语：

通过工艺试验，重新修订工艺，选用气缸盖垫片新材料，制定新的有效的控制手段和方法，目前已能合理、有效控制柴油机气缸盖螺栓拧紧力矩稳定达到工艺要求，使我车间的气缸盖拧紧装配质量有了很大的提高，原因气缸盖螺栓拧紧力矩不均衡所造成的装试故障及“三包”反馈故障基本杜绝。

在《浅谈柴油机气缸盖螺栓拧紧力矩在实际生产过程中的控制方法》一文的撰写过程中得到了同事的极大帮助，由于本人水平有限，文中难免有误漏欠妥之处，恳请各位指导老师和专家多提宝贵意见及指正，以便于在今后的工作水平上有所提高，丰富自己的专业知识。

N.m：

在单位长度（1米）的力臂处作用的力在圆心处受到的扭矩即为N.m。

（附1）

装配车间拧紧机稳定性试验表

一、缸盖四轴拧紧机

轴号（第一轴）

第一次拧紧值（N.m）

第二次拧紧值（N.m）

第三次拧紧值（N.m）

第四次拧紧值（N.m）

第五次拧紧值（N.m）

上次

本次

拧紧机显示值

190.3

190.6

190.2

标定仪显示值

190

191.0

192.6

190.4

192.2

190.1

扭力扳手值

197

205.3

182

197.8

198.6

170

202.2

177

199.1

注：

1.表中的上次指5月19日进行的测试，表中上次拧紧机显示值未填是因为在做试验时拧紧机显示值与标定仪显示值的偏差未超过3%

2.表中的扭力扳手值两次均用的是数显扭力扳手。

3.表中上次第一、二、三次拧紧不装缸套和气缸床，第四、五次装缸套、硅胶、锦州气缸床。

本次试验五次拧紧均装锦州气缸床，但未装硅胶。

4.本次试验同一轴每次拧紧同轴不同孔，拧紧后不再回松

5.本次拧紧机显示值与5月19日标定仪显示值曲线重合，因两者数值较接近。

轴号（第二轴）

190.8

190.5

191.3

189.4

191.5

191.6

191

189.8

191.2

204

197.4

194

220

203.2

175

217.3

196.8

4．本次试验同一轴每次拧紧同轴不同孔，拧紧后不再回松

轴号（第三轴）

193.2

195.5

191.8

195

195.9

200

204.1

208.6

185

197.2

4．本次试验同一轴每次拧紧同轴不同孔，拧紧后不再回松

轴号（第四轴）

191.4

190.9

194.7

191.1

192.1

193.8

192.4

196.1

193

175.9

188.6

（附2）装配车间扭力扳手对比试验表（无气缸床）

试验时间：

2007年7月8日

试验目的：

校验拧紧机与高精度扭力扳手和车间使用的扭力扳手之间的偏差，得出偏差值。

试验方法：

1、在不加气缸床的情况下，按正常工艺顺序用拧紧机把18颗螺栓全部拧紧，记录下拧紧值。

2、用两种扭力扳手按工艺顺序分别逐一对每颗螺栓进行校验划线法。

拧紧机一轴平均拧紧值191.58N.m、最大偏差5.2N.m

195.7

190.7

195.8

数显扭力扳手一轴平均拧紧值207.97N.m、最大偏差20.8N.m

205.90

202.7

207.7

214.8

220.3

208.7

207.3

206.2

218.4

213.8

203.7

208.3

指针扭力扳手一轴平均拧紧值209.6N.m、最大偏差26N.m

208

207

203

222

213

221

218

210

196

211

205

拧紧机二轴平均拧紧值190.54N.m、最大偏差0.8N.m

数显扭力扳手二轴平均拧紧值211.77N.m、最大偏差37.2N.m

209.5

200.2

212.4

223.1

228.5

224.9

213.4

225

指针扭力扳手二轴平均拧紧值216.83N.m、最大偏差32N.m

206

237

215

232

230

拧紧机三轴平均拧紧值195.8N.m、最大偏差1.3N.m

195.6

195.1

196.4

195.3

196.2

数显扭力扳手三轴平均拧紧值203.35N.m、最大偏差22.1N.m

206.4

210.7

216.8

199.5

199.4

213.6

203.4

201.6

指针扭力扳手三轴平均拧紧值205.03N.m、最大偏差30N.m

217.5

198

202

199

拧紧机四轴平均拧紧值198.73N.m、最大偏差1.4N.m

199.3

198.1

198.4

数显扭力扳手四轴平均拧紧值200.67N.m、最大偏差30.7N.m

198.8

186.8

196.3

192.9

212.6

205.9

205.1

指针扭力扳手四轴平均拧紧值206.67N.m、最大偏差39N.m

186

214

第二轴拧紧值为工艺摇臂，故复检值偏差较大。

（附3）

装配车间拧紧机垂直性拧紧值试验表

验证操作者不当操作方式对拧紧值的影响

用缸盖四轴拧紧机的第一轴进行校验。

由操作工在拧紧头与缸盖面垂直的情况下拧出一个拧紧值，记录该值并进行校验后松开该螺钉，由操作工在拧紧头与缸盖面的垂直线有一个不小于10度的夹角的情况下再次拧紧该螺钉，记录该值并进行校验。

把前后两组