漏裝

0 引言

發動機機體油道、水道等隱密位置往往採用塗膠螺塞或螺塞配合金屬密封墊的結構進行密封。由於發動機佈置緊湊，螺塞的位置隱秘，一旦擰緊過程存在問題，其故障排查和事後維修都很困難。其中密封墊的錯裝漏裝質量問題靠人為細心操作是很難徹底杜絕的，由此增加了大量的管理成本和質量風險。

燃油道螺塞DIN 908-M14 × 1，5-ST-ZNPHRF 配合銅墊安裝完成後，缸體後端面塗膠並安裝齒輪室罩蓋，螺塞不可見。其維修和故障排查極為困難。螺紋緊固連接結構中含有彈性密封墊，其材質帶有彈性或具有一定的塑性變形。由於擰緊過程中彈性密封墊被壓縮，擰緊結束後不可避免地存在扭矩衰減。通過檢查裝配後的殘餘扭矩來判斷擰緊結果往往達不到預期效果，缺乏評價手段，存在較大的安全隱患，螺塞加金屬密封墊的結構就屬於此類。因此有必要在擰緊過程中進行監控，以保證此類連接裝配可靠受控。

1過程監控技術思路

扭矩法裝配含有彈性密封墊的螺紋結構時，由於彈性密封墊的特殊性，其最終的擰緊角度要比沒有安裝彈性密封墊時的角度大很多。因此可以監控螺塞擰緊過程中的旋轉角度，間接控制擰緊過程，識別密封墊的錯漏裝。通過理論計算螺塞擰緊扭矩，利用數據統計方法制定合理的角度監控區間，並通過數據分佈特徵判斷過程一致性，調整優化控制參數。該方法可自動識別密封墊的錯漏裝，排除螺紋副質量不佳的零件，判斷虛假扭矩，確保連接受控可靠，提高裝配質量，從而節省管理和人員成本，降低質量風險，並且可以有效地推廣應用到同類密封結構的安裝中。

2 設計計算

2．2 監控窗口

制定初步的監控窗口。陰影區域為監控窗口，縱座標為扭矩，從 0 點起依次為: 起始扭矩、門檻扭矩、最小扭矩、目標扭矩、最大扭矩和中止扭矩; 橫座標為角度，從 0 點起依次為:最小角度、目標角度、最大角度和中止角度。

起始扭矩: 通常也稱之為貼合扭矩，理論上是工件之間的間隙完全消除時的扭矩起始點。實際只應用在高精度的零件裝配。

門檻扭矩: 進入到門檻扭矩時，螺紋間及工件間的間隙已經完全消除，並且螺塞進入線性區，螺塞的伸長量與扭矩成等比例變化。此點作為角度監控的起始點，其扭矩值一般為目標扭矩的30% 。

最小扭矩: 報警扭矩的下限。

目標扭矩: 扭矩控制法扭緊時要達到的扭矩值。

最大扭矩: 報警扭矩的上限。

中止扭矩: 安全扭矩值，防止螺紋件及配合工件損壞。

最小角度: 報警角度的下限。

目標角度: 轉角控制法扭緊時要達到的轉角值。

最大角度: 報警角度的上限。

中止角度: 安全角度值，防止螺紋件及配合工件損壞。

2．3 確定監控參數限值

當初次確定參數或者調整已確定的控制參數的監控範圍時，在各個零部件質量穩定的前提下，通過正常生產的班制和穩定的生產過程分別檢測至少100個測量值，記錄扭矩和角度值;然後通過QC 七工具裏的直方圖來觀察數據的分佈情況。

例如:防水螺塞DIN 908-M14X1，5-ST-ZN-PHRF，經質保部門確認相關零件均合格且狀態穩定。首先設定門檻扭矩為10 (N·m)，小批量生產試裝，藉助現場設備的自動存儲功能，記錄燃油道螺塞安裝後的轉角樣本數量為488。

2．4 數據統計分析

利用SAS 公司的JMP 軟件進行分析。將數據導入軟件後，得出如下分析結果(圖4) :最大值為18．3°，最小為10．9°，80% 集中在12．8° ～16．4°;且數據圖形近似服從正態分佈。可初步判斷生產過程穩定，數據有效。進行進一步數據分析，預計樣本數量在10 萬時，95% 置信區間下，預測區間下限為7．43°，上限為21．59°。也可以藉助其他的統計方法，如在檢查正常分佈、偶然性和異常測值後，從實際值中測出2S 散限值和3S 散限值之間的干擾限值，這樣所有許可的實際值就應該處於限值範圍內(圖5)。在這種情況下只能選擇完整的刻度值，作為低於或高於具有分佈直線的切點的上、下限值，前提是: 摩擦、強度和擰緊設備的散差必須在許可的公差範圍內。

2．5 設備設置

利用電動擰緊設備的自動控制功能，通過程序設定在擰緊過程中控制扭矩的同時監控角度。當監控角度超出設定的角度上、下限時，設備自動報警並停止，以實現自動識別密封銅墊錯、漏裝的功能。

控制方式選擇:扭矩和角度( 扭矩和角度均滿足要求，才合格) 。扭矩參數:門檻扭矩設置為10 (N·m)、目標扭矩為35 (N ·m)，扭矩上、下限分別為31．5 (N·m)和38．5(N·m)，終止扭矩為50 (N·m)。角度參數:目標角度為12°，角度上、下限分別為7．4°和21．6°，終止角度為35°。

3生產驗證

3．1 裝配試驗

(1)驗證是否能自動識別密封墊的漏裝。以上面的燃油道螺塞為例，經生產線驗證，不安裝銅墊時螺塞轉角均小於7．5°，超出監控角度下限。結論: 設備可以實現自動判斷漏裝功能。

(2)驗證是否能自動識別密封墊的錯裝。當安裝鋁墊時，螺塞轉角均大於22°;安裝鋼墊時，均小於9°，超出監控角度的上、下限。結論:設備可以實現自動判斷錯裝功能。

(3)通過監控窗口設定的上限值還可以排除不良螺紋副的質量及虛假扭矩問題。例如螺紋孔清洗不淨，有鐵屑，導致擰緊結束後扭矩雖滿足要求但角度都不達下限，設備報警。

3．2 調整監控窗口

通過一段時間的試生產，優化擰緊參數等，改進工藝方案。燃油道螺塞的擰緊角度監控範圍最終調整為9° ～22°。滿足功能要求。

4 結論

未來的裝配行業發展趨勢是精細化、數字化和自動化。目前很多企業都已購置了帶有角度監控的擰緊設備，硬件上具備能力。本文介紹的方法有效易行，其他類似密封連接結構的安裝也可藉助此方法進行過程控制，進一步提高軟連接或中性連接的裝配水平，提高裝配過程質量控制能力，達到節省生產過程中的管理和人員成本，降低質量風險的目的。 ^[1]