專利名稱：螺紋接合點緊固的質(zhì)量保證的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確保螺紋接合點緊固處理的質(zhì)量的方法，其中借助于轉(zhuǎn)矩傳送力量工具，將螺紋接合點緊固到需要的預加拉力條件，尤其是所需的夾緊力。
背景技術(shù)：
當緊固螺紋結(jié)合點時，尤其是汽車產(chǎn)業(yè)以及類似批量生產(chǎn)的典型的螺紋結(jié)合點，均勻(homogeneous)且很好定義的夾緊力是大多數(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的目標。已經(jīng)開發(fā)了依靠轉(zhuǎn)矩、角度和時間測量(即典型螺紋接合點緊固的可測量參數(shù))的間接手段的各種方法來控制夾緊力。在螺紋接合點理論計算的設(shè)計階段，補充了實物測驗或者模擬幫助以決定應(yīng)當使用哪一種緊固方法。
現(xiàn)代螺紋接合點緊固系統(tǒng)，像Atlas公司銷售的PowerMACS-系統(tǒng)，包含一個或多個電的上螺母器心棒(electric nutrunner spindle)，以及包括處理計算機或者系統(tǒng)智能的監(jiān)視和控制系統(tǒng)。每個上螺母器心棒都裝配一個或兩個轉(zhuǎn)矩傳感器以及一個或兩個角度編碼器。系統(tǒng)以各種方式測量馬達電流以及馬達速度。
已經(jīng)開發(fā)了各種方法用于控制、或者最大可能程度地消除螺紋線和接觸表面之間的摩擦、螺紋幾何圖形以及材料性能的負面影響。所有這些方法都是基于形成部分的控制器程序的軟件算法，并且這些方法可以控制和補償在生產(chǎn)過程中所遇到的絕大多數(shù)變化。
模擬程序被用于上述螺紋接合點緊固系統(tǒng)PowerMACS，以便模擬假定了某個硬件、接合點特征以及可變輸入?yún)?shù)的生產(chǎn)結(jié)果，并使用與在由Power MACS執(zhí)行的實際螺紋接合點緊固處理中所使用的相同的軟件參數(shù)。模擬的結(jié)果被匯報作為由工業(yè)QA工程師正常評價的生產(chǎn)統(tǒng)計資料。利用典型的螺紋接合點數(shù)據(jù)，系統(tǒng)硬件和軟件模擬程序具有同樣能夠計算螺紋接合點夾緊力的優(yōu)點，所述螺紋接合點夾緊力是最想要的信息。在生產(chǎn)條件下，已達到的夾緊力的信息僅僅可以間接獲得，這是一個缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是通過將來自實際生產(chǎn)的數(shù)據(jù)與基于各種參數(shù)的模擬結(jié)果相組合，來獲得緊固結(jié)果的可信賴的信息，從而可以不斷地匯報夾緊力的格外信息。
在模擬程序中使用的最重要的輸入?yún)?shù)是螺紋接合點特征，包括轉(zhuǎn)矩角度斜率，這是螺紋和被夾緊的元件的組合特征的相當好的定義。轉(zhuǎn)矩角度斜率的連續(xù)計算提升了匯報給更高級別的緊固結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的方法也使得不僅能夠匯報安裝的轉(zhuǎn)矩和角度，而且能夠不斷地匯報轉(zhuǎn)矩比率值和像Cpk(系統(tǒng)的性能指數(shù))的某個統(tǒng)計值。它也允許不斷地匯報模擬夾緊力，并針對改變的表面處理和螺紋接合點的摩擦條件的發(fā)出警報，等等。匯報也會不僅包含表示典型轉(zhuǎn)矩-角度或者轉(zhuǎn)矩-時間的曲線的圖表，而且包含夾緊力對角度和/或夾緊力對時間的圖表。
新的方法意味著關(guān)于生產(chǎn)的理解的改進和對可以達到的緊固處理的何種改進的建議。


參照附圖，本發(fā)明在下文中進行了更加詳細地描述，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的緊固處理的累進式(progressive)匯報的流程圖。圖2示出了舉例說明緊固轉(zhuǎn)矩和放松轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系圖。
具體實施例方式
所有步驟都在流程圖的頂部、從用于兩個或多個元件的實際夾緊的螺紋接合點的基本設(shè)計開始，包括元件自身的設(shè)計。螺紋接合點的目的在于完成某個預加拉力條件或者所需的夾緊力FN。
在第二步驟中，執(zhí)行緊固過程的模擬，其中按照要使用的動力工具的類型以及應(yīng)當運用的夾緊方法，選擇像螺紋幾何圖形和表面加工這樣的螺紋接合點的細節(jié)。同樣，像轉(zhuǎn)矩水平、旋轉(zhuǎn)角度和/或時間間隔這樣的緊固參數(shù)都是完全憑經(jīng)驗選擇的。模擬包含若干基于在各個參數(shù)的偏差限度或容許限度內(nèi)隨機選擇的參數(shù)值的模擬緊固過程。結(jié)果是由模擬程序作為所獲得的夾緊力、轉(zhuǎn)矩、角度和轉(zhuǎn)矩比率(即每個旋轉(zhuǎn)的角度的轉(zhuǎn)矩增長)的平均值和分散間隔來表示的。
在第三步驟中，將合成的模擬夾緊力FS與所需的夾緊力FN相比較，并且在其結(jié)果在某個容許限度之外的情況下，利用調(diào)整的參數(shù)值執(zhí)行新的模擬。重復此過程直至獲取可接受的結(jié)果，其中所獲得的夾緊力在所需夾緊力FN的容許限度之內(nèi)。從模擬過程獲得了轉(zhuǎn)矩和角度以及轉(zhuǎn)矩比率的參數(shù)值。
在第四步驟中，在所接受的緊固模擬處理中使用的參數(shù)值被運用于實際產(chǎn)生緊固功能的螺紋緊固設(shè)備的控制程序中。
在第五步驟中，執(zhí)行生產(chǎn)螺紋接合點緊固處理，并且將轉(zhuǎn)矩TACT、旋轉(zhuǎn)角度AACT、轉(zhuǎn)矩比率TRACT的合成參數(shù)值與模擬值和容許限度相比較。如果生產(chǎn)值在由模擬緊固所建立的容許限度之外，則生產(chǎn)應(yīng)當或者以偏差匯報來結(jié)束或者繼續(xù)偏差的警報和匯報。
如果在第六步驟中生產(chǎn)仍舊導致偏差在由模擬處理所建立的模擬的容許限度之外，則螺紋接合點可以被調(diào)節(jié)(conditioned)以獲得更低/更少的分散摩擦，和/或相對于緊固參數(shù)中的偏差來校準生產(chǎn)控制程序。這會導致第二次停止和匯報程序，其中可替換的警告是警報+連續(xù)的生產(chǎn)，警報+生產(chǎn)停止，匯報幾何圖形偏差，或者匯報表面偏差。
在校準摩擦螺紋接合點被緊固和松開的過程中，當轉(zhuǎn)矩和角度值被寄存時，在兩個方向上都計算轉(zhuǎn)矩-角度關(guān)系。轉(zhuǎn)矩是摩擦和接合點的幾何圖形特點兩者的函數(shù)，像螺距和接合點的彈性(elasticity)那樣，在緊固方向上螺距和彈性與摩擦協(xié)同操作以建立轉(zhuǎn)矩阻力(torqueresistance)。在松開方向上，摩擦仍舊導致轉(zhuǎn)矩阻力，而幾何圖形“幫助”上螺母器轉(zhuǎn)動接合點。這意味著Ttight＝kA+cA，其中k受摩擦的影響，而c受接合點的幾何圖形的影響。參見圖2。當松開接合點時，應(yīng)用Tloos＝kA-cA。
各個斜率是dTtight/dA＝k+c，以及dTloos/dA＝k-c。
因而k＝1/2(dTtight/dA+dTloos/dA)-＞kmean；-＞kdevc＝1/2(dTtight/dA-dTloos/dA)-＞cmean；-＞cdev
各種SPC技術(shù)可以用于警報與期望的值的偏差。
如果kmean＞klimit，那么存在表面和/或潤滑缺陷。
如果cmean＞climit，那么存在幾何圖形的干擾。
這是一種確定摩擦系數(shù)的方式，并且無論摩擦系數(shù)是否在正常偏差限度內(nèi)。如果不是由于偏差的原因，那么一定是由于在螺紋接合點的幾何圖形缺陷。因此，可以確定是基于偏差的摩擦還是幾何圖形基礎(chǔ)而導致的最后結(jié)果偏差。如果必須做出改變來避免在表面處理或者接合點設(shè)計的失誤，那么必須發(fā)生新的模擬。
權(quán)利要求
1.一種借助于轉(zhuǎn)矩傳送力量工具，在將螺紋接合點緊固到需要的預加拉力條件(FN)時用于螺紋接合點緊固結(jié)果的質(zhì)量保證的方法，其特征在于通過使用涉及螺紋接合點幾何圖形、所期望的摩擦條件、力量工具的可操作特性、選擇的緊固策略和至少一個緊固參數(shù)的適用值的編程數(shù)據(jù)，螺紋接合點緊固處理的一個或多個模擬程序經(jīng)由針對所述所需的預加拉力條件(FN)的特定算法，從而達到可接受地接近于所述所需的預加拉力條件(FN)的模擬預加拉力條件(FS)，通過根據(jù)所述選擇的緊固策略控制力量工具來實際上執(zhí)行螺紋接合點緊固處理，并通過使用所述的特定算法以及涉及所述的螺紋接合點幾何圖形、所述力量工具的可操作特性和從所述模擬程序?qū)С龅木o固參數(shù)值的編程數(shù)據(jù)來針對所述所需預加拉力條件(FN)，從而達到實際處理的預加拉力條件(FP)，將所述實際處理的預加拉力條件(FP)與所述模擬的預加拉力條件(FS)相比較，以及評價質(zhì)量接受或者拒絕的所述比較的結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述模擬程序被重復若干次，并且基于在標準偏差范圍內(nèi)隨機選擇所述數(shù)據(jù)的值的方法，從而獲得平均值和所述模擬預加拉力條件(Fs)的偏差范圍，并且將所述實際處理的預加拉力條件(FP)與所述偏差范圍的限度相比較，以獲得所述實際處理的預加拉力條件(FP)的接收或拒絕。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述模擬結(jié)果還包括在模擬預拉伸力條件(Fs)下所獲得的轉(zhuǎn)矩(T)、轉(zhuǎn)動角(A)和轉(zhuǎn)矩比率(dT/dA)的參數(shù)值，并且將實際上獲得的參數(shù)值與在模擬時獲得的參數(shù)值相比較。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中重復地執(zhí)行實際的緊固處理，將全部的實際合成的預拉伸力條件(Fp)的值相比較，并且據(jù)統(tǒng)計地評價關(guān)于所述偏差范圍的限度和關(guān)于所述模擬預拉伸條件(Fs)的所述平均值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中通過實際類型的螺紋接合點的緊固和松開來分析落入所述偏差范圍的限度之外的實際合成處理的預拉伸力條件(Fp)，從而確定是否存在已經(jīng)導致所述實際處理的預拉伸條件(Fp)的這種不可接受的偏差的摩擦或幾何圖形的影響。
全文摘要
一種借助于轉(zhuǎn)矩傳送力量工具，在將螺紋接合點緊固到需要的預加拉力條件(F
文檔編號G01L5/24GK1819896SQ200480019686
公開日2006年8月16日 申請日期2004年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月7日
發(fā)明者C-G·卡林, B·L·赫爾馬克 申請人:阿特拉斯科普科工具公司