汽车螺纹连接结构的装配工具选型与装配工艺校核

文章介绍了汽车螺纹连接结构装配工具的分类，阐明了扭矩等级、装配空间、装配效率、作业环境和成本等因素对装配工具选型的影响，论述了通用化、工具空间、手部空间、装配角度、装配人机、全过程分析等装配工艺校核的要点。

最后指出装配工具的选型与装配工艺的校核应并行开展并与整车开发保持同步，才能保证其在提高质量、降低成本和缩短周期中起到积极作用。

同步工程( SE) 是指对整个产品开发过程实施同步、一体化设计，促使开发者始终考虑从概念形成到用后处置的整个产品生命周期内的所有因素 ( 包括质量、成本、进度和用户要求) 的一种系统方法。

SE 可以提高产品质量、减少开发成本和缩短开发周期。在汽车行业，广义的 SE 包括规划、 设计、工艺、采购、质量、销售和财务等内容，狭义的 SE 只包括工艺分析和设计。

由于结构简单、连接可靠、拆装方便，螺纹连接成为汽车零部件最常用的连接方式，占总装车间装配工作量的 70%。

因此，螺纹连接结构装配工具的选型与装配工艺的校核是汽车总装同步工程的一项重点工作。

一、螺纹连接结构装配工具的选型

(1 )工具分类

根据动力来源，螺纹连接结构装配工具分为气动、电动和手动 3 种类型。气动工具包括气动螺丝刀、气动冲击扳手、气动油压脉冲扳手、气动拧紧扳手等，其中，气动冲击扳手、气动油压脉冲扳手常配合手动定扭扳手使用；

电动工具包括电动螺丝刀、电动拧紧扳手、电动拧紧轴等；手动工具包括开口扳手、梅花扳手、手动定扭扳手等。与气动工具相比，虽然电动工具的采购及维护成本较高，但其精度较高、能耗较低、现场较整洁且噪声较低。

(2)工具选型

螺纹连接结构装配工具选型时需综合考虑扭矩等级、装配空间、装配效率、作业环境和成本等因素。

a、扭矩等级

扭矩按重要程度分为关键扭矩、重要扭矩和一般扭矩。关键扭矩与人员安全或法律法规直接相关，其通常采取扭矩控制带角度监测的拧紧策略，选用高精度、可追溯的定扭工具；

重要扭矩与车辆的重要功能直接相关，其通常采取扭矩控制带角度监测的拧紧策略，选用高精度的定扭工具；一般扭矩通常采取扭矩控制的拧紧策略，选用与其精度相匹配的定扭工具。

b、装配空间

装配空间包括装配时的工具空间、手部空间和人体姿态，工具的外形结构主要由其决定，常见的工具外形结构如表 1 所示。

表1 螺纹连接结构工具常见的外形结构

枪式、弯头式和直柄式工具的主要参数为驱动方头尺寸，该尺寸越大，输出的扭矩越大。紧固部位的扭矩要求与驱动方头尺寸的经验关系如表2 所示。为了保证工具的使用寿命，一般要求紧固部位的扭矩不超过工具最大扭矩80% 。

直柄式扁平头、偏置式扁平头、直柄式开口和偏置式开口工具根据紧固件头部尺寸及紧固件扭矩进行选型，这几类工具不需要与套筒、接杆配合使用。

表2 紧固部位扭矩要求与驱动方头尺寸的经验关系 表2 紧固部位扭矩要求与驱动方头尺寸的经验关系

c、 装配效率

生产节拍越高，对装配效率的要求也越高。工具的装配效率除了受自身转速的影响，还与其通用化程度有关，在生产过程中工具更换得越频繁，装配效率越低。

d、环境与成本

作业环境指现场的整洁程度和噪声等级，成本包括采购成本、维护成本和能耗。随着作业环境和能耗的要求越来越高，汽车总装车间越来越倾向于使用电动工具。

（3）套筒选型

套筒的一端连接工具，另一端连接紧固件，当工具和紧固件选定后，套筒的接口也随之确定。

常见的套筒形式有外六角、内六角、内六花、起子头等，此外，还有一些特殊形式的套筒，如氧传感器的专用套筒为了避开零件自带的线束，在套筒外侧开了个缺口，如图1所示。常见的套筒长度有标准型、半加长型和加长型，若有特殊需求也可以定制或自制。

在生产线装配非活栓活母的螺纹连接结构时，应使用自带磁性的套筒，以减少预紧操作，从而降低装配强度，缩短装配时间。此外，由于万向套筒的转动难以控制，薄套筒容易疲劳破损，生产线应避免使用万向套筒和薄套筒。

（4）接杆选型

当工具轴向长度不足时，可以在工具与套筒之间增加合适长度的接杆。由于使用多根接杆装配时转动难以控制，为保证装配安全，生产线应避免将接杆串联使用。

二、螺纹连接结构装配工艺的校核

为保证装配结构的合理性和装配工艺的可行性，需在工程设计阶段对产品数据进行校核，要点如下:

图1 氧传感器专用套筒

（1）为简化物料管理、减少工具调整或更换， 同一人装配的螺纹紧固件的型号和扭矩应尽量统一；同一人装配的管接头的头部尺寸和扭矩应统一；车轮紧固件的数量、分度圆直径、头部尺寸和扭矩应统一。

（2）装配过程中兼起导向作用的紧固件，如车身悬置螺栓、空调箱自带螺栓等，应设计有导向结构。

（3）为简化物料管理和装配操作，需要使用平垫圈和弹簧垫圈的部位应优先选用组合类紧固件。

（4）工具外轮廓与周边零件、工装等需保证至少 5 mm 的间隙，握持工具的手部与周边零件、工装等需保证至少 50 mm 的间隙。

（5）套筒和接杆对装配空间的要求根据其周边是否存在零件而有所不同，具体数值如图2所示。直柄式扁平头、偏置式扁平头、直柄式开口和偏置式开口工具的头部空间也按此要求进行校核。

图2 套筒、接杆的装配空间要求

（6）装配校核不能局限于最终状态，还要兼顾整个装配过程。某车型的动力转向器与车架有 4 个固定点，4颗 M14 的长螺栓均需穿过车架的转向器横梁其中一颗螺栓的法兰部位在穿入过程中与车架的管路横梁干涉，无法穿入，如图 3 所示。经与产品工程师讨论，决定修改管路横梁形状，以让出螺栓穿入空间，如图 4 所示。

图3 螺栓法兰部位与管路横梁干涉

图4 管路横梁让出螺栓穿入空间

除了紧固件的进入过程，工具的进入过程也应同步校核。某车型仪表板线束的保险丝盒在总布置阶段放在图 5 所示的部位，其上部一颗 M6 螺栓的固定点在最终装配状态时，工具与仪表板横梁有一定的空间，但在装配过程中工具与仪表板横梁干涉，如图 6 所示。

经与总布置工程师和产品工程师讨论，决定将该保险丝盒移至图 7 所示位置，以让出工具空间。

图 5 保险丝盒装配至最终状态时的工具空间

图6 保险丝盒装配过程中工具与仪表板横梁干涉

图 7 移动保险丝盒让出工具空间

( 7) 装配校核时工具应处于垂直状态，即工具拧紧部位的轴线应与紧固件的轴重合。若垂直装配时工具与周边零件或工装有轻微干涉，可以允许工具稍做倾斜，为保证螺纹不滑牙，M8 及以下紧固件的工具倾斜角度不应大于 3 °，M8 以上紧固件的工具倾斜角度不应大于 5 °。

某车型自动换挡机构的一颗 M8 螺栓固定点在装配时接杆与自动换挡机构轻微干涉，如图 8 所示，经与产品工程师讨论，因干涉部位结构难以更改，最后决定采用倾斜装配，倾斜 3 °后，接杆与自动换挡机构的间隙超过 2 mm，满足要求。

图8 自动换挡机构安装点倾斜装配

( 8) 如果遮挡装配空间的管路和线束足够柔软，能够用手直接拨开，此种状态在设计更改困难时也可以让步接受。

( 9) 装配过程应满足人机工程。例如，零件不得存在需过度扭曲身体的装配点，以免造成工人腰椎、颈椎、腿等部位的劳损；零件装配时应有良好的视线，避免盲装；避免多个零件共用连接点以降低操作难度；M12 及以下的紧固件尽量不使用活栓、活母的结构，以避免装配时要在两侧同时操作。

三、螺丝君经验总结

螺纹连接结构大量应用于汽车产品中，其扭矩等级和装配空间是装配工具选型的两个最重要考量因素，在分析其装配工艺时，应对整个装配过程进行校核。

在工作流程上，装配工具的选型与装配工艺的校核应并行开展，同时与整车开发保持同步，这样才能尽早提出问题，以达到提高产品质量、减少开发成本和缩短开发周期的目的。