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一位工程师很好地回答了“中国技术总工与德国技工拧螺丝的差距”

  核心提示:最近小编在知乎上,看到一位工程师,对于“真的能从拧螺帽看出中国技术总工与德国小技工的差距吗?”的讨论及回答,觉得蛮有趣,这里分享给大家,以飨读者。

jzz

  最近小编在知乎上,看到一位工程师,对于“真的能从拧螺帽看出中国技术总工与德国小技工的差距吗?”的讨论及回答,觉得蛮有趣,这里分享给大家,以飨读者。

  以下为其回答的全文:

  看到很多答主所答非所问,实在忍不住技痒来指点一二,不正之处,还望指正。

  本人机械专业,也恰好之前在一家德国公司干过7年的工艺技术,对于拧螺丝这样的工艺,很多答主走题太远了。

  首先技工说,这基本上风马牛不相及的2个话题,硬生搬硬套到一起,然后说中国的技师咋地,而片面地说是德吹,好像奔驰,宝马车,他第二天靠这几个技师就能搞定似的,我不想在此辩驳,回到正题:

  有答主提到日本丰田拧螺丝的过程,这也只是表象,而非能真正指出差距。

  拧螺丝的学问,在德国可能是一个人一辈子的职业,在德国有拧螺丝的行业协会,每年会定期交流更新拧螺丝的一些规范,在德国这叫扭矩DVS标准(DEUTSCHER VERBAND FÜR SCHWEISSEN UND VERWANDTE VERFAHREN E.V.)。

  所谓隔行如隔山,一些人认为你搞个锁螺丝也能搞出那么多事情来吗?不就是拧紧了就可以了吗?答案是是的,能搞出那么多事情来,而你的拧紧和拧紧是不一样的,小到手表上的螺丝扭矩的评估,大到万吨油轮上的上千牛米的扭矩的评估。

  如果你去问德国从事这个行业的人,他会给你一个公式,告诉你螺丝扭矩的设定是多少,然后怎么锁紧是规范的具体到实际的应用。

  首先是材料的选取(这一块学问也很多,我不一一叙述了,简单地说就是选什么材料会影响扭矩的设定,很简单,你用螺丝锁木头和锁金属肯定是不一样的)。

  例如,谁能从下图切片告诉我这个设计有什么问题:

jzz

  其次是螺丝的选取和螺纹的设计,这儿有一些螺丝供应商的标准和学问在里面,比如EJOT就有不同的一些know-how会告诉你该怎么选取正确的螺丝和型号,你是self-taping的概念的螺纹孔,还是threaded hole概念的螺纹孔,选取的螺丝是不一样的,金属和非金属的材料是不一样的,如下图所示的典型的self-taping概念的设计草图:

jzz

  再看什么,锁螺丝不?no,得是扭矩的设定,有人说了,扭矩有啥设定的,不就是锁到底再走半圈吗?如果是这样简单的话,就不用再往下介绍了。

  扭矩(torque)的设置需要评估的,怎么评估,根据扭矩测量仪和样本来定,扭矩测量仪得是根据时间或者角度坐标来记录其曲线,也就是扭矩力的profile,一般德国人比较喜欢使用角度而非时间坐标来记录profile,估计到这儿看不懂的就不要说自己是搞拧螺丝的(如下图所示)。

jzz

  上图是个不完整的扭矩profile,没有将bursting torque示意到其中,完整的我就不展示了。

  当然这其中涉及到螺丝刀的转速和扭矩的选取,一般在评估阶段都是使用大扭矩的螺丝刀,带传感器和记录仪来记录扭矩从screw-in torque到bursting torque的全profile,这其中细节不一而述,得全面的学习DVS标准和德国公司的规范才能知其一二。

  完了之后呢?我曾经只用一个profile将扭矩设好,曾经国内的一个汽车主机厂客户就说,够了,这就是我要的扭矩,留下一脸懵逼的我,我想这也许是某些国产车可靠性不如奔驰宝马奥迪或者大众的原因吧。

  接下来就是要样本量来评估扭矩设定范围了,在统计学界,有个神奇的32个样本量,为什么是32个,这是从中心极限定理和CPK及置信区间去定义的,属于统计学范畴,我不多说了,如果到这儿不懂的,估计再往下看就有点吃力了。

  对于螺丝扭矩的定义,样本数可以不是32个,可以更少,比如说德国人选取的是20个样本量,这也是由于screw-in torque到bursting torque之间有较大的可选窗口决定的。

jzz

  在实际记录到的扭矩profile的处理的时候,需要有经验知道可能是first touching surface torque还是second touching surface torque,这个我不在这儿说了,谁能告诉我上图为什么会有这样的2次touching surface torque我再告诉他。

  接下来就是torque setting window的计算了,这里面有2个重要数据,一个是screw-in torque,也称之为first touching surface torque;另一个是bursting torque,也就是最大破坏扭矩,screw-in torque需要计算其sigma值,然后加3sigma值,得到torque setting的LCL;而bursting torque的样本计算出其sigma值,然后减3sigma值得到其torque setting的UCL。这个时候LCL和UCL的中值一般设为扭矩值,而范围再根据中值和CMK>=1.67计算其sigma值,得到扭矩的LSL和USL。

jzz
 

  到这里简单的扭矩介绍就完成了,关于设定好的扭矩,这里面也有些问题,一个是中值科不科学?另一个是有没有torque window为负值?自己琢磨吧。

  扭矩设定好了之后才是到了打螺丝这一步,是不是汗都下来了,螺丝还没有打呢!

  当然有人说国标里面写好了扭矩了,你费了九牛二虎之力干嘛,不如直接根据材料和孔径选取扭矩就可以了,如果说这话的人,那就验证了德国锁螺丝和中国锁螺丝的技术上的差异了。

  有句话叫规范是死的,技术才是活的。谁能告诉我为什么上面的实际扭矩profile和示意图的差异?以及这种差异说明了什么?

  打螺丝的螺丝刀根据评估的扭矩设定来设定扭矩和转速,相对应的不同材料扭矩和转速差异很大,当然土豪们可以选取德国或者瑞典的一些智能扭矩螺丝刀设备来直接打螺丝,比如说Atlas Copco的智能扭矩实时设定系统。

  基本上高规格的要求才会出现这些torque的评估,这也是为什么拧螺丝和拧螺丝的是不一样的。

  螺纹孔设计上也有很多学问,包括孔径,拔模角度,等等,一些机械设计上的东西不说了

  很有意思的是德国的打螺丝基本上都是自动设备,包括自动送料系统,自动吸附螺丝系统,自动定位和打螺丝系统,这些东西倒不是很难,主要是人的成本因素决定的,如果哪天中国的人工成本上去了,基本上都会实现无人打螺丝工艺。

  德国人在这一块规范做得特别精细,将这些都写在了标准里面,当然,每家供应商或者研究机构都有自己的独特的东西和能力,以便于吸引到客户和生意的达成,比如螺丝头的设计比例,垫圈的大小和bolt本身的比例,这些会影响到是否能够自动化还是只能手工。

  螺丝刀和螺丝的咬合也关系到扭矩设计大小和锁螺丝速度的不同,大家可以看看螺冒嘴的不同来确定各种不同的螺丝刀选取和速度的定义,等等。

jzz
jzz

  且更新至此吧,希望大家有高人指正一二,不胜感激!

  作者:Rain
  来源:知乎

2019/10/18 10:26:00

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