CN108225749A - 一种自动识别错漏装密封垫的方法 - Google Patents

Abstract

一种自动识别错漏装密封垫的方法，包括以下步骤：（1）、根据选定的螺塞和密封垫材质计算螺塞的拧紧扭矩；（2）、确定理论拧紧扭矩的目标值、上限值和下限值；（3）、通过设计与理论计算螺塞与密封垫之间拧紧角度的目标值、上限值和下限值（4）、通过数据统计分析对拧紧扭矩和拧紧角度的范围进行纠正，最终利用设备监控这种角度上的差异实现功能。本发明通过带有角度监控的拧紧设备即可实现，有效易行，可进一步提高整体软连接装配水平，在装配过程环节提高质量控制能力；减少因错漏装产生的质量问题，节省了生产中的管理和人员成本，降低质量风险，具备可靠有效、简单易用的推广价值。

Description

一种自动识别错漏装密封垫的方法

技术领域

本发明涉及螺栓安装技术领域，尤其涉及含有弹性密封垫的螺纹拧紧装配领域。

背景技术

扭矩法装配广泛应用于各个领域，而含有弹性密封垫的螺纹拧紧装配，兼有密封与紧固双重要求，尤其是在机体内部的油道、水道等隐密位置的丝堵，密封垫的错漏装更存在较大的安全隐患，其故障排查和事后维修都很困难。更需要操作者认真负责。在螺栓软连接装配中，增加了大量的管理成本和质量风险。

发明内容

为了解决现有的螺栓装配中出现密封垫错漏装的问题，本发明提供了一种自动识别错漏装密封垫的方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种自动识别错漏装密封垫的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、根据选定的螺塞和密封垫材质计算螺塞的拧紧扭矩：

，其中：M_A为拧紧扭矩，为螺纹的公称直径，为螺塞的台肩直径，为密封材料系数；

（2）、确定理论拧紧扭矩的目标值、上限值和下限值；

（3）、由于不同材质的密封垫的硬度差异，在拧紧时不同材质对应螺栓的旋转角度是有差异的，通过设计与理论，计算理论螺塞与密封垫之间拧紧角度的目标值、上限值和下限值；

（4）、通过数据统计分析对拧紧扭矩和拧紧角度的范围进行纠正，最终利用设备监控这种角度上的差异实现功能。

所述步骤（2）中，根据计算出的拧紧扭矩值根据德国标准确定螺堵的拧紧扭矩的上限值和下限值。

所述步骤（3）中，理论角度= angle ± Tangle，

angle =360*dl/P_th

Tangle =360*dx/P_th

其中：dlx=Td * L/(A_d2 *弹性模量)；

dx=dlx+dlx /螺栓拉伸量与工件压缩比；

螺栓伸长量=dl2= Fm * L/ (A_d2 *弹性模量)；

dl=dl2+(dl2/螺栓拉伸量与工件压缩比) * (1-阈力矩系数)，

angle为目标角度，Tangle为角度偏差，L为夹持长度或可以理解为密封垫厚度，F为装配预载荷目标值，A_d2为节圆截面，P_th为螺距。

所述步骤（4）中，检测至少100个测量值，利用JMP软件进行统计分析方法或散差方法进行分析，对拧紧扭矩和拧紧角度的范围进行纠正。

本发明的自动识别错漏装密封垫的方法，通过带有角度监控的拧紧设备即可实现，有效易行，可进一步提高整体软连接装配水平，在装配过程环节提高质量控制能力；减少因错漏装产生的质量问题，节省了生产中的管理和人员成本，降低质量风险，具备可靠有效、简单易用的推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例中带凸肩圆柱螺纹的螺塞结构图。

图2是螺塞扭矩曲线示意图。

图3是安装预应力曲线图。

图4是JMP数据统计结果示意图。

图5是数据统计散差图。

图中：1、螺塞，2、密封垫，3、机体。

具体实施方式

扭矩法装配含有弹性密封垫的螺纹结构时，由于弹性密封垫的特殊性，其最终的拧紧角度要比没有装弹性密封垫时的角度大很多。因此可以监控螺栓拧紧过程中的旋转角度，间接控制拧紧过程。识别密封垫的错漏装。通过理论计算和实际生产经验制定出合理的角度监控区间，利用数据统计方法，判断过程一致性，调整优化控制参数。并监控装配过程的一致性变化，最终提高装配质量过程能力。

在螺堵拧紧过程中，在相同的扭矩下，匹配不同材质的密封垫时，密封垫的压缩变形量不同。而密封垫的变形量直接反应在螺堵的拧紧角度。密封垫材质越硬，螺堵旋转的角度越小，同理密封垫材质越软，螺堵旋转角度越大。因此统计出不同密封垫对应的螺堵旋转角度范围，通过设备监控角度范围来识别所安装的密封垫是否符合要求。以实现密封垫错漏装的自动识别。

根据设计已经选定的螺塞和密封垫材质计算适合的拧紧扭矩。图1是带凸肩圆柱螺纹的螺塞（例如，DIN 908）配合密封垫的结构示意图。

以Nm为单位的拧紧力矩值可按下公式计算：

，

其中：

为螺纹的公称直径（mm）；

为螺塞的台肩直径（mm）；

为密封材料系数；

铝密封垫Al：=0.016；

铜密封垫Cu：=0.023；

钢密封垫St：=0.041；

注：扭矩公差不得大于10%。

计算扭矩举例:

油道-螺塞DIN 908-M14X1,5-ST-ZNPHRF + 铜垫

表1螺塞标准DIN 908规格参数

从表1中分别查出、、的数值，填入公式：

=0.023x14x[(19-0.5)²-(14+0.5)²]x，

=33.365Nm。

经圆整后：根据德国标准确定此螺堵的拧紧扭矩=35±3.5Nm。

制定初步的监控窗口：图2为参数示意图，灰色区域面积为监控窗口，纵坐标为扭矩，方向从0点起依次分别为:起始扭矩、门槛扭矩、最小扭矩、目标扭矩、最大扭矩和中止扭矩。横坐标为角度，方向从0点起依次分别为：最小角度、目标角度、最大角度和中止角度。

起始扭矩：通常也称之为贴合扭矩，理论上是工件之间的间隙完全消除时的扭矩起始点。实际只应用在高精度的零件装配；

门槛扭矩：进入到门槛扭矩时，螺纹间及工件间的间隙已经完全消除，并且螺栓进入线性区，螺栓的伸长量与扭矩成等比例变化。此点作为记录角度监控的起始点。其扭矩值一般为目标扭矩的30%；

最小扭矩：指报警扭矩的下限；

目标扭矩：指扭矩控制法扭紧时要达到的扭矩值；

最大扭矩：指报警扭矩的上限；

中止扭矩：指安全扭矩值，防止螺纹件及配合工件损坏；

最小角度：指报警角度的下限；

目标角度：指转角控制法扭紧时要达到的转角值；

最大角度：指报警角度的上限；

中止角度：指安全角度值，防止螺纹件及配合工件损坏。

制定监控角度参数的限值：理论计算：

根据螺塞规格和摩擦系数，在表2中，选择对应的安装预应力，

T_max = T_查表扭矩(f₁) / F_查表轴力(f₁) * (K * F_m + T_d) 注如图3所示f₁；

T_min = T_查表扭矩(f₂) / F_查表轴力(f₂) * (K * F_m - T_d) 注如图3所示f₂；

注释：f₁=0.08，f₂=0.09，在表2中查表获得T_查表扭矩(f₁)、F_查表轴力(f₁)，T_查表扭矩(f₂)、F_查表轴力(f₂)。f₁，f₂螺为栓摩擦系数。在本例中T_max =38.5Nm、T_min =31.5Nm，安全系数k=1。可以算出Fm和T_d。

理论角度= angle ± Tangle；

angle = 360 * dl / P_th；

angle = 360 * dx / P_th；

注释：dlx = Td * L / (A_d2 *弹性模量)；dx = dlx + dlx /螺栓拉伸量与工件压缩比；螺栓拉伸量与工件压缩比。此值影响转角，优化该参数，可使计算结果更准确。

硬连接2倍左右；

中性连接为1倍左右；

软连接0.5倍左右；

螺栓伸长量 = dl2= Fm * L / (A_d2 *弹性模量)

注释：dl = dl2 + (dl2 /螺栓拉伸量与工件压缩比) * (1 - 阈力矩系数)，L为夹持长度或可以理解为密封垫厚度。A_d2为节圆截面，angle为目标角度，Tangle为角度偏差（angle +Tangle为角度上限值，angle – Tangle为角度下限值），L为夹持长度或可以理解为密封垫厚度，F为装配预载荷目标值，A_d2为节圆截面，P_th为螺距。

表2：

根据上面的方法，算出从螺塞与密封垫贴合后理论上的转角。由于零件一致性以工程上的其他影响因素。此角度监控值，仅仅作为首次使用时的参考。

当初次确定参数或者调整已确定的控制参数的生产监控范围，在各个零部件质量稳定的前提下，通过正常生产的班制和稳定的生产过程的分别检测至少100个测量值，同时实际记录扭矩和角度值（可利用设备保存功能自动存储功能提高效率）。

通过QC七工具里的直方图来观察数据的分布情况，

例如:防水螺塞DIN 908-M14X1,5-ST-ZNPHRF，经质保部门确认相关零件均合格，且状态稳定。首先设定门槛扭矩为10Nm。小批量生产试装，借助现场设备的自动存储功能，记录油道螺塞安装后的转角样本数量为488。

数据统计分析：

这里我们利用了SAS公司的JMP软件进行分析操作。将数据导入软件后，得出如下结果：

从JMP软件的数据分析结果图4中，最大值为18.3°，最小为10.9°，80%集中在12.8°至16.4°。并且可以看出此数据图形近似服从正态分布数，初步判断生产过程稳定，数据有效。

进一步数据分析，预计样本数量在10万时，95%的置信区间下，预测区间下限为7.43°，预测区间上限为21.59°。

也可以借助于其他的统计方法，例如下面的方法：在检查正常分布，偶然性和异常测值后，从实际值中测出2S散限值和3S散限值之间的干扰限值，这样所有许可的实际值就应该处于限值范围内（参见图4）。在这种情况下只能选择完整的刻度值，当作低于或高于具有分布直线的切点的上，下限值。前提是，摩擦，强度和拧紧设备的散差必须在许可的公差范围内移动。

设备设置：利用电动拧紧设备的自动控制功能，通过程序的设定，在拧紧过程中控制扭矩的同时监控角度，当监控角度超出设定的角度上下限时，设备自动报警并停止，以实现自动识别密封铜垫的错漏装功能。

控制方式选择：扭矩和角度（扭矩和角度均满足要求，才合格）。规范如下：扭矩参数：门槛扭矩设置为10Nm、目标扭矩为35Nm，扭矩上下限为31.5Nm,38.5Nm。终止扭矩50Nm。角度参数：目标角度12°，角度上下限为7.4°、21.6°，终止角度35°。

装配试验：

验证是否能自动识别密封垫的漏装，以上面的油道螺塞为例，经生产线验证，当不安装铜垫，螺塞转角均小于7.5°，超出监控角度下限，结论：设备可以实现自动判断漏装功能。

验证是否能自动识别密封垫的错装，以上面的油道螺塞为例，经生产线验证，当安装铝垫时，螺塞转角均大于22°安装钢垫时，均小于9°，超出监控角度的上下限，结论：设备可以实现自动判断错装功能。

通过此监控窗口设定的上限值还可以排除不良螺纹副的质量及虚假扭矩。例如螺纹孔清洗不净，有铁屑导致拧紧结束后，扭矩满足要求，角度不达下限，设备报警。

调整监控窗口：通过一段时间的试生产，优化拧紧参数等，改进工艺方案。油道螺塞的监控角度范围最终调整为9度至22度。满足功能要求。

本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种自动识别错漏装密封垫的方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、根据选定的螺塞和密封垫材质计算螺塞的拧紧扭矩：

，其中：M_A为拧紧扭矩，为螺纹的公称直径，为螺塞的台肩直径，为密封材料系数；

（2）、确定理论拧紧扭矩的目标值、上限值和下限值；

（3）、计算理论螺塞与密封垫之间拧紧角度的目标值、上限值和下限值；

（4）、通过数据统计分析对拧紧扭矩和拧紧角度的范围进行纠正。

2.根据权利要求1所述的一种自动识别错漏装密封垫的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，根据计算出的拧紧扭矩值根据德国标准确定螺堵的拧紧扭矩的上限值和下限值。

3.根据权利要求1所述的一种自动识别错漏装密封垫的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，理论角度= angle ± Tangle，

angle =360*dl/P_th

Tangle =360*dx/P_th

其中：dlx=Td * L/(A_d2 *弹性模量)；

dx=dlx+dlx /螺栓拉伸量与工件压缩比；

螺栓伸长量=dl2= Fm * L/ (A_d2 *弹性模量)；

dl=dl2+(dl2/螺栓拉伸量与工件压缩比) * (1-阈力矩系数)，

angle为目标角度，Tangle为角度偏差，L为夹持长度或可以理解为密封垫厚度，F为装配预载荷目标值，A_d2为节圆截面，P_th为螺距。

4.根据权利要求1所述的一种自动识别错漏装密封垫的方法，其特征在于：所述不走（4）中，检测至少100个测量值，利用JMP软件进行统计分析方法或散差方法进行分析，对拧紧扭矩和拧紧角度的范围进行纠正。