「拧紧工艺专栏」如何采用统计方法保证螺栓拧紧质量?

螺栓的找帽的角度和扭矩监控窗口,一般采用经验的方法来确定,如扭矩法找帽的角度可以按照1-720°进行监控。

而螺栓的终紧的窗口,一般都不是按照经验来确定的,而是根据统计的方法来确定监控窗口。

今天螺丝君就和各位一起聊聊:采用统计方法如何确定扭矩和角度监控窗口?

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SPC统计过程控制基本原理介绍

了解产品质量管控的螺丝君都很熟悉SPC,SPC是一种非常有用的质量管理工具,广泛应用在制造型企业。

SPC是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它对生产过程进行分析评价,根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆,并采取措施消除其影响,使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态,以达到控制质量的目的。

SPC的目的是通过控制图来探测制造过程是否出现了特殊原因,如果出现,那么,先要加以分析,根据分析结果再决定是否进行预防和改善。

为了简化论述,我们以最初休哈特制定的判异准则,是否超出3σ控制限这一个准则展开讨论,暂不考虑其它准则。

应用SPC时,如果数据处于3σ控制限以内,通常认为过程变化通常只是普通原因引起的,没有特殊原因出现,无需改善;如果数据落在3σ控制限以外,则表明过程中有可能了出现影响产品质量特性的特殊原因,需要确认是否出现特殊原因,如果有则要采取措施进行改善。

简单概括SPC的作用就是:确保零件的特性参数和标准要求的参数又准,离散又小,就像时射击都射在靶心,这样的产品质量是最可靠的。

对于拧紧,高度可靠、拧紧参数离散小正是我们所追求的。

因此,采用SPC的统计方法控制螺栓的拧紧质量是非常合适的。

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SPC在拧紧扭矩和角度监控上的应用

SPC的核心,是如下图所示的一张控制图,以扭矩为例,它是将监控范围控制在μ±3σ范围内(其中μ是均值,σ为标准差)。

那么为何是±3σ呢?不是±2σ,也不是±4σ、±6σ呢?

如下表所示:

  • 采用3σ来控制时,合格率可高达99.73%;
  • 采用2σ来控制时,合格率为95.45%;
  • 采用4σ来控制时,合格为99.99%。
  • 结合车间实际不合格拧紧返工的节拍:

  • 当合格率为95.45%(按照±2σ)来控制时,不合格比例略高,返工工作量大。
  • 当合格率为99.99%(按照±4σ)来控制时,合格率是高了,离散偏大,实际螺栓拧紧在监控范围里,但螺栓可能未有效拧紧,失效概率较高。
  • 当合格率为99.73%(按照±3σ)来控制时,返工比例较小,车间也来的及返工,扭矩离散偏差也在可接受范围里。
  • 03

    如何确定和调整监控窗口?

    通过以上的分析,螺栓拧紧的角度和扭矩参数可采用μ±3σ的方法进行监控。

    那么,该如何实施呢?

    螺丝君建议:

  • 在零件还处于项目阶段时,扭矩和角度的窗口可以放开,或者根据之前的经验设置一个粗略的窗口,建议窗口范围不要设置的太紧,以免不合格率过高,因为项目阶段中很多不确定还在优化中,这时也需要扭矩工程师评价拧紧曲线来确定过程中有无异常因素,对于个别偏差很大的点,如是由于各种异常因素导致的,再在后续统计时可排除该数据。
  • 当项目进入sop时,需要对前期的拧紧数据进行μ±3σ统计,确定扭矩和角度监控的上限和下限。
  • 在量产过程中,一般是不轻易调整监控窗口,如出现低于2%或者5%的 警(具体比例根据连接点位置),可采用返工的方法进行重新拧紧。当出现高于5%以上的 警比例时,则需要扭矩工程师从人机料法环的角度分析螺栓拧紧,在未找出来原因前,一般不不能轻易调整监控窗口。如扭矩出现超窗口上限 警,通过分析发现该批次螺栓摩擦系数高于上个批次,如果两个批次都在合格范围里,则可以适当向上调整扭矩窗口;如摩擦系数以及高于标准上限要求,则螺栓需优化表面处理,减低摩擦系数,而扭矩监控窗口则不能动。
  • 对于量产后的扭矩和角度监控窗口,为更高提升拧紧质量,建议每半年,一年或者1000-10000次拧紧后,再进行一次μ+3σ统计,确定最新批次零件的合适窗口。
  • 此外,螺丝君也建议对于螺栓拧紧过程中也可以采用统计方法确定监控窗口(如终紧扭矩的50%),确保拧紧的过程也是被监控的。
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    结 论

    (1)、螺栓终紧的窗口,一般是根据SPC的统计原理进行μ±3σ计算获得,这样可以确保在没有特殊原因的前提下,99.73%能在合格范围内,同时拧紧可靠性高。

    (2)、项目阶段后确定的拧紧窗口,在扭矩和角度出现超窗口 警时,需先进行人机料法环测分析,只有当没有特殊原因时,拧紧窗口才可以进行优化调整。

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