一种螺纹类紧固件扭矩测试方法与流程

本发明涉及机械工程设备
技术领域：
，尤其涉及一种螺纹类紧固件扭矩测试方法。
背景技术：
螺纹连接以其装配简单快速、可重复使用、成本低廉等特点广泛应用于重卡行业，平均一辆重型卡车拥有约1500处螺纹连接，因此装配质量的可靠性至关重要。目前的技术能力，绝大部分螺纹连接仍然依靠扭矩控制装配质量，因此扭矩设定的正确与否是关键一环。目前，各大主机厂设定扭矩的主要方法是借鉴其他主机厂或前期项目经验，再依靠台架或路试进行验证，通过反复的修正确定最终扭矩。这种方法存在很大的弊端，一方面会耗费大量的时间、人力，另一方面存在验证不充分的可能，后期隐患很大。另有部分主机厂借助国外的先进技术，同时与国内的先进实验室合作，进行正向测试确定装配扭矩，这种方法准确度高，但测试费用昂贵，往往只针对特别重要和关键的部位进行测试，无法针对整车所有的连接部位展开测试，实用性不足。正是基于上述考虑，本发明设计了一种螺纹类紧固件扭矩测试方法，能够在项目前期对所有螺纹连接部位进行测试获取合理的装配扭矩。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种螺纹类紧固件扭矩测试方法。为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：本发明公开了一种螺纹类紧固件扭矩测试方法，包括以下步骤：步骤s101：获取连接件信息和配合类型；步骤s102：确定测试样件数量并备货；步骤s103：确定工装和设备；步骤s104：设定工具最终扭矩、拧紧策略和转速；步骤s105：确定打紧端，按照设定程序拧紧螺纹件至连接失效；步骤s106：收集拧紧过程扭矩-转角曲线；步骤s107：按照失效模式，获取扭矩值；步骤s108：对扭矩值进行数据处理，确定装配扭矩。在所述步骤s101中，所述连接件信息包括连接件材料、表面处理、厚度以及紧固件规格等级；所述配合类型包括螺栓与螺母配合连接结构、螺栓与螺纹孔配合连接结构以及自攻钉与预制孔配合连接。在所述步骤s102中，所述试样件数量不少于十组。在所述步骤s107中，所述失效模式包括螺栓断裂、螺纹滑扣等。在所述步骤s108中，所述数据处理，包括以下步骤：提取扭矩-转角曲线上的相关点；确定扭矩最大值和最小值，计算平均值、标准值；评估离散度；计算推荐最大扭矩值；根据计算出的最大扭矩值与规范值进行对比；验证。所述步骤提取扭矩-转角曲线上的相关点包括驱动扭矩、贴合扭矩、屈服扭矩、极限扭矩。所述提取扭矩-转角曲线上的相关点的方法包括手动取点、切线法、角度偏置法以及斜率偏置方法等。本发明的有益效果在于：1.本发明与传统的扭矩确定方法相比，测试结果准确度高。传统的扭矩确定方法为借鉴主机厂/供应商或前期项目经验，再依靠台架或路试进行验证，通过反复的修正而确定。本发明实现了正向扭矩开发，针对特定的联接，通过测试得出最终失效扭矩，对数据进行科学处理得到合理的装配扭矩，同时测试过程可以实现完全模拟装配现场，工具、环境、工艺条件完全一致，排除干扰因素对测试结果带来的影响；2.本发明易实施成本低，使用本方法可以借助装配现场电动工具及现场工装，可实施性强，完全实现自主测试，免去第三方测试费用及物流运输费用。附图说明图1为本发明提取屈服点的方法-手动取点法；图2为本发明提取屈服点的方法-切线法；图3为本发明提取屈服点的方法-角度偏置法；图4为本发明提取屈服点的方法-斜率偏置方法；图5为本发明失效模式为螺栓断裂的扭矩-转角曲线；图6为本发明失效模式为螺纹脱扣的扭矩-转角曲线；图7为本发明失效模式为其他的扭矩-转角曲线；图8为本发明一个测试方法流程图；图9为实施例一的装配示意图；图10为实施例一的失效螺栓图；图11为实施例一的测试结果扭矩-转角曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：参见图1-图10。本发明公开了一种螺纹类紧固件扭矩测试方法，包括以下步骤：步骤s101：获取连接件信息和配合类型，所述连接件信息包括连接件材料、表面处理、厚度以及紧固件规格等级；所述配合类型包括螺栓与螺母配合连接结构、螺栓与螺纹孔配合连接结构以及自攻钉与预制孔配合连接；步骤s102：确定测试样件数量并备货，为根据连接件信息和配合类型，准备至少10组可以进行全新测试的样件，一般需要准备12-15组，若存在无法提供实际零件进行测试的，可以寻找替代件，但需要保证替代件与实际零件具有相同的材料，厚度，孔径，表面粗糙度和表面处理等等；步骤s103：确定工装和设备，包括确定能够限制连接结构所有自由度的工装，若不具备需要进行定制；包括确定有足够扭矩能力的dc驱动工具(推荐使用stanley或者atlascopco控制器和工具)，工具和传感器尺寸根据紧固件的大小而定，工具需要具备拧断紧固件的能力，传感器需要具备足够的精度记录扭矩，转角和转速。一般情况下，预期的最大扭矩应该在所选择的传感器量程的50％到75％；步骤s104：设定工具最终扭矩、拧紧策略和转速；根据连接紧固件的规格等级初步判断螺栓屈服所需的扭矩、一般设定将拧紧设备设定为一步拧紧、根据最终扭矩设定工具转速，参照表1如下：表1不同紧固件尺寸对应的测试转速紧固件尺寸测试转速/rpmm4/st4.2400m5-m8200m10150m12100≥m1450步骤s105：确定打紧端，按照设定程序拧紧螺纹件至连接失效，所述确定打紧端，按照设定程序拧紧螺纹件至连接失效，为保证测试时所打紧的一端与实际装车保持一致，将螺栓拧至屈服为拧紧到工具扭矩不再上升或套筒不再发生转动为止；步骤s106：收集拧紧过程扭矩-转角曲线，为连接控制箱与pc客户端，下载拧紧过程扭矩-转角曲线；根据采集到的扭矩-转角曲线采集驱动扭矩、贴合扭矩、屈服扭矩、极限扭矩；步骤s107：按照失效模式，获取扭矩值，为结合拧紧过程扭矩-转角曲线以及失效情况，判断首先失效形式为螺栓断裂、螺纹滑扣、其他(零部件屈服、驱动器损坏等)；步骤s108：对扭矩值进行数据处理，确定装配扭矩，所述数据处理步骤根据不同失效模式：1)螺栓断裂模式数据分析：·提取曲线上(如图5所示)的相关点：驱动扭矩，贴合扭矩，屈服扭矩，极限扭矩；·确定最大和最小值，计算平均值，标准差，平均值-3标准差，平均值+3标准差；·评估离散度：标准差/平均值，标准差超过平均值的10％意味着数据不够或者偏差太大；·计算推荐最大扭矩值：最大值≤0.85x[屈服扭矩-3标准差]·根据计算出的最大值，从工艺卡中找到规范值。略大于最大值2％或者3％是可以接受的；·验证扭矩的最小值>较大者(驱动扭矩+3标准差，贴合扭矩+3标准差)对于cc部位，若工程师认为有必要提高扭矩至屈服扭矩-3标准差，可以与项目紧固件工程师讨论，紧固件工程师要求进一步的扭矩测试或者扭矩-夹紧力测试。2)螺栓滑扣数据分析·提取曲线上(如图6所示)的相关点：驱动扭矩，贴合扭矩，屈服扭矩，极限扭矩；·确定最大和最小值，计算平均值，标准差，平均值-4标准差，平均值+4标准差；·评估标准偏差：标准差/平均值，标准差超过平均值的10％意味着数据不够或者偏差太大；·计算推荐最大扭矩值：最大值≤[屈服扭矩-4标准差]·根据计算出的最大值，从工艺卡中找到规范值；·验证扭矩的最小值>较大者(驱动扭矩+4标准差，贴合扭矩+4标准差)3)其他模式数据评估·提取曲线上(如图7所示)的相关点：驱动扭矩，贴合扭矩，极限扭矩；·确定最大和最小值，计算平均值，标准差，平均值-4标准差，平均值+4标准差；·评估离散度：标准差/平均值，标准差超过平均值的10％意味着数据不够或者偏差太大；·计算推荐最大扭矩值：最大值≤[极限扭矩-4标准差]·根据计算出的最大值，从工卡中中找到最符合要求的规范值；·验证扭矩的最小值>较大者(驱动扭矩+4标准差，贴合扭矩+4标准差)若极限模式是驱动器损坏，那么推荐的最大扭矩不应超过断裂时扭矩的50％。所述提取扭矩-转角曲线上的相关点的方法包括手动取点、切线法、角度偏置法以及斜率偏置方法等。如图1，手动取点：手动取点依赖于所生成的直线，直线发生变化的点就是屈服点。手动生成一条最贴近扭矩-转角曲线线性区间的直线，直线发生变化的点就是屈服点，这种方法的精度取决于数据采集频率和放大率。如图2，切线法:切线法依赖于弹性区间直线的斜率(gradient，单位nm/degree)。直线斜率改变，切线的切点就是屈服点。一般情况下，斜率改变量取50％-25％。如图3，角度偏置法：依赖于生成的直线，直线与角度轴的交点。保持斜率不变，将直线偏移一定的距离，会与角度轴有另外一个交点。夹紧长度2倍公称直径-10倍公称直径，偏移30度，夹紧长度小于2倍公称直径的，偏移5-10度。如图4，斜率偏置法：所绘制的线由极限点到较低的一点连接而成。然后找到扭矩曲线与这条直线距离最大的点，这个点就是屈服点。实施例一：本实施例为某车辆车架纵梁与加强板连接，使用普通六角法兰头螺栓与施必牢防松螺母连接，测定安装扭矩，具体的测试方法包括如下步骤：本实施例在步骤s101中，测试部位两个零件为单一厚度板材，纵梁厚度10mm，加强板厚度7mm，材料510l，表面做喷黑漆处理，螺栓规格m14x40，10.9级，螺母为施必牢防松螺母，螺栓螺母表面处理为环保达克罗。在步骤s102中，本实施例连接部位，实车装配为固定螺栓头，打紧螺母，影响测试结果的为与螺母进行摩擦的加强板，与螺栓接触的纵梁端在打紧过程中不发生摩擦，每个加强板上有13个装配孔位，因此，进行本次测试共需要加强板1件，纵梁1件，螺栓螺母各13件，另外需要辅助安装螺栓螺母各4件(如图9所示)。在步骤s103中，本实施例所连接零件形状结构简单，工装可以利用装配线固定车架的夹具，限制车架所有自由度，利用连接板上的辅助孔位将加强板固定到车架上。设备采用atlascopcodc拧紧工具，其具有转速可调且恒定，数据可存储可下载的功能，拧紧范围0-500n·m。在步骤s104中，本实施例设定工具最终扭矩为400n·m，转速50rmp，一步拧紧。在步骤s105中，本实施例按照设定好的程序，要求操作人员遵照装配规范执行拧紧操作，扭矩升高到一定数值后，不再上升螺栓发生断裂，程序自动终止并保存数据。在步骤s106中，本实施例待测试结束后，控制柜显示整个装配过程中扭矩最大值，并自动保存扭矩-转角，扭矩-时间，扭矩-转速等多种曲线，采用usb连接线连接控制柜与pc客户端连接，下载拧紧过程扭矩-转角曲线。在步骤s107中，本实施例螺栓有明显的颈缩屈服特征(如图10所示)，判断失效形式为螺栓屈服或断裂，根据手动获取屈服点的方法，手动生成一条最贴合扭矩-转角曲线线性区间的直线，直线发生变化的点就是屈服点(如图11所示)。本发明实施例中，读取到的扭矩值如下表2所示：表1采集到的扭矩值(n·m)在步骤s108中，本实施例对采集到的屈服扭矩进行数据处理，结果如下表3所示。表2扭矩值数据处理结果(单位n·m)·评估离散度：标准差/平均值，结果如下表4所示，均小于10％，数据一致性满足要求；表3离散度计算结果(单位n·m)·计算推荐最大扭矩值：最大值≤0.85x278＝236.3n·m·根据计算出的最大值，从工艺卡中找到规范值，推荐的装配扭矩为：200±30(n·m)·验证扭矩的最小值＝170(n·m)驱动扭矩+3*标准差＝45(n·m)贴合扭矩+3标准差＝107(n·m)170>较大者(45，107)满足要求。以上，结合具体实施例对本发明的技术方法进行了详细介绍，所描述的具体实施例有助于帮助理解本发明。在实际应用中任何类型的螺纹连接，其装配扭矩均可按照本方法测试得到。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页12