螺栓夹紧力报告
Summary
Purpose
The ISDe engine local cylinder head capscrew preload was performed to validate whether preload could meet the requirement of assembly specification (81KN±6KN). This file documented the ISDe engine local cylinder head capscrew preload measurement result.
目的
为了验证ISDe发动机国产缸盖螺栓拧紧后产生的预紧力是否满足安装规范要求(81KN±6KN)，本次试验对ISDe发动机国产缸盖螺栓预紧力进行了测试。本文件归档ISDe发动机国产缸盖螺栓预紧力测试结果。
Conclusions
1: According to assembly specification, the thread below the hex flange of cylinder head capscrew only should be lubricated .But the actual condition was that the bottom surface of hex flange was lubricated wrongly in the first group. The bottom surface of the hex flange was what was called bearing surface .It leaded the decrease of friction coefficient. So the data of the first one was unauthentic.
2：By analysing the data of preload w hich don’t include the data from the first one，Cpk of preload for the next five engines were , , , , and . The data of the case show that the engines assembled the same local cylinder head capscrews matching local cylinder gaskets had better process capability than the ones matching imported cylinder gaskets.
3：Because the local cylinder head cap screw’s bottom surface of hex flange was lubricated in the first group w hich didn’t match the asse mbly specification. So by analysing the data of preload which didn’t include the first group, the average preload was ，the variation of preload was between 75KN and 87KN. The preload met the assembly specification.
结论
1：根据安装规范,缸盖螺栓应仅润滑六角法兰以下的螺纹区域, 但实际情况是，
第一组的螺栓六角法兰下端面被错误的润滑了，六角法兰下端面即所谓的承压面，这导致了摩擦系数的降低。因此第一组的数据是不可信的。
2：通过对排除第一组份数据的预紧力数据分析，后五台发动机螺栓预紧力Cpk 值分别是, , , , 。本例中的数据表明：装配同一种发动机国产缸盖螺栓配合国产缸垫所表现出的过程控制能力优于配合进口缸垫所表现出的过程控制能力。
3: 因为第一台发动机国产缸盖螺栓的六角法兰下端面得到润滑,这不符合安装规范，因此通过对不包含第一组的预紧力数据分析，预紧力平均值是。预紧力在75KN 和87KN之间。预紧力符合安装规范。
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试验方法
由于在发动机上无法直接测量缸盖螺栓装配后的预紧力，因此采用超声波法测量缸盖螺栓伸长量，从而间接计算得到缸盖螺栓预紧力。具体步骤为：（1）先在试验室对同一批螺栓拧紧过程中的预紧力－伸长量关系进行标定；
（2）对拟装配缸盖螺栓测量螺栓的原始长度；
（3）当缸盖螺栓在发动机上按照规范拧紧后，再测量缸盖螺栓的伸长量；
（4）根据在试验室标定的螺栓预紧力－伸长量关系确定螺栓的当量预紧力。预紧力－伸长量试验室标定
1.1.1 试验条件
1.1.1.1 待试螺栓
螺栓零件号：3927063
螺纹规格：M12×-6g；杆部长度：130mm；细杆部直径：±0.1mm
螺栓材料：SCM435
螺栓强度等级：
螺栓表面处理：磷化处理
螺栓生产厂家：东风汽车紧固件有限公司
1.1.1.2 陪试件条件
陪试件均直接采用缸盖和缸体材料制造。
垫片材料：HT250
垫片表面粗糙度要求：
垫片表面处理：无
垫片内孔直径：14mm
垫片内孔倒角处直径：16mm
螺母规格：M12×－6H
螺母材料：HT250
螺母表面处理：无
1.1.1.3 试验条件
夹持高度：112.25mm
拧紧转速：5r/min
润滑方式：螺纹部分涂15W40润滑油
1.1.1.4 环境条件
温度：16℃湿度：40％RH
1.1.1.5 试验机配置及精度
试验机：Schatz-Analyse 螺纹紧固件试验分析系统
试验机规格：5413－2777
扭矩－转角传感器型号及测量精度：5413-1200/500-S ±%
轴向力－螺纹扭矩传感器型号及测量精度：5413-1963A/150 100kN/150Nm ±%螺栓预紧力－伸长量标定结果
表1 缸盖螺栓预紧力－伸长量标定数据
图 1 缸盖螺栓预紧力－伸长量标定数据的平均值曲线
预紧力－伸长量标定结果分析
由图1可以看出缸盖螺栓的装配预紧力在80KN以下处于一段线性阶段；对于
80-90KN的一段，采用另一段的线性段。因此对于测得的螺栓伸长量(mm)可以按如下公式计算预紧力(KN)：
Clamp force = + 262 ×ΔL
(ΔL≤
= + (Δ ×
＜ΔL≤ )
发动机装配后预紧力测量
2008年3月26日在西区装配现场对6台ISDe四缸机缸盖螺栓装配后的伸长量进行了测量。
6台ISDe四缸机全部是采用的东风汽车紧固件有限公司螺栓。
1.4.1 缸盖螺栓装配条件
缸盖总成零件号:
缸体零件号:
进口气缸垫零件号:
国产气缸垫零件号:
拧紧机生产厂家：
拧紧机扭矩控制精度：±3%
拧紧机角度控制精度：±1°
螺栓润滑方式：
螺栓拧紧工艺步骤如下：
Step1：拧紧至70Nm 6Nm
Step2：松开360°±5°
Step3：拧紧至105Nm ±3Nm
Step4：再拧紧90±5°
监控力矩:135Nm－200Nm
装配预紧力：81KN±6KN
1.4.2 缸盖螺栓位置及编号
将每台发动机使用的缸盖螺栓由1到18编号，不同号码的螺栓在发动机上位置如图2所示。
图 2 缸盖螺栓在发动机上位置及编号
排气管侧
4321
56789
1413121110
15161718
进气管侧
1.4.3 六台发动机缸盖螺栓现场伸长量测量数据
在ISDe发动机装配车间对6台四缸发动机缸盖螺栓的原长﹑装配后的伸长量﹑拧紧力矩、松开后的残余伸长量进行测量,测量数据见表2～表4
表 2 六台发动机缸盖螺栓伸长量测量数据
表 3 六台发动机缸盖螺栓伸长量测量数据
表 4 六台发动机缸盖螺栓伸长量测量数据
数据处理过程
下文阐述中所列的英文和数字的表达意思如下：
elongation代表伸长量；length代表原长；clamp force代表预紧力；torque 代表拧紧力矩；
1，2，3，4，5，6分别代表6台不同发动机；
范例1：elongation1表示第一台发动机上缸盖螺栓的伸长量。
范例2：clamp force2表示第二台发动机上缸盖螺栓的预紧力。
凡此种种，依例类推。
分析各台缸盖螺栓数据是否正态分布
理论上同一批次螺栓的相关数据应该服从正态分布，现利用统计分析软件Minitab对以上结果进行分析。
分析数据包括伸长量；原长；预紧力；拧紧力矩。其中伸长量；原长；拧紧力矩为测量所得；预紧力为根据标定结果计算所得。
分析步骤：Minitab ------stat -----basic statistics-----normality test 分析结果如下，如图所示：
六台发动机缸盖螺栓相关数据的分析图
结果分析：
1. 六台发动机的缸盖螺栓的预紧力和伸长量全部服从正态分布。
2．第一台发动机的缸盖螺栓拧紧力矩不服从正态分布。其余五台发动机的服从正态分布。
3.第二台和第六台发动机的缸盖螺栓原长不服从正态分布。
过程能力分析
2.2.1 各台缸盖螺栓预紧力过程能力分析
六台发动机使用的是同一批次缸盖螺栓,在同一台螺栓拧紧机上拧紧,前三台采用的是进口缸垫,后三台采用的是国产缸垫。
分析步骤：Minitab-----Stat-----quantity tools-----capability analysis-----normal
预紧力过程能力分析如下图所示
缸盖螺栓预紧力过程能力分析
结果分析：分别分析六台发动机缸盖螺栓预紧力的过程能力，六台发动机Cpk 值分别为, , , , , 。第一台发动机Cpk过低与螺栓的润滑不符合安装规范有关。缸盖螺栓应仅润滑六角法兰以下的螺纹区域, 但实际情况是，第一组的六角法兰下端面也润滑了，导致了摩擦系数的降低。配合进口缸垫的三台发动机国产缸盖螺栓预紧力的过程控制不好,配合国产缸垫的三台发动机国产缸盖螺栓预紧力的过程控制较好，并优于配合进口缸垫的三台发动机国产缸盖螺栓预紧力的过程控制。
2.2.2 各台缸盖螺栓拧紧力矩的过程能力分析
分析步骤：Minitab-----Stat-----quantity tools-----capability analysis-----normal
自动拧紧机的扭矩监控范围是135——