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摘要：文章在某SUV汽车尾门铰链装配后的基础上，对车制造的各阶段进行了跟踪研究，分析了各阶段的工况及铰链螺 栓扭矩衰减的影响因素，对尾门铰链螺拴的扭矩衰减的控制方法进行了探究与阐述。
关键词：铰链螺栓 ;扭矩衰减 ; 控制方法
中图分类号：TG401 文献标识码：A
0引言
螺栓因装配简单、拆卸方便、成本低，且使用效率高，而被广泛应用于汽车车门铰链装配上。在某suv车型项目中发现，尾门在车跑里程后出现下坠现象，影响汽车尾门的关闭与开启，进而影响客户的使用体验，通过对车辆的跟踪测量及分析，发现尾门铰链螺栓扭矩存在衰减现象。于是本文以某suv车型项目为研究对象，对在焊装装配尾门铰链后静态放置下、涂装下线后、总装下线后及车在跑里程后各阶段进行跟踪研究，分析铰链螺栓扭矩衰减的影响因素，以探究尾门铰链螺栓扭矩衰减的控制方法。
1尾门各阶段的现象
某suv汽车标准要求尾门与顶盖的间隙控制在8+/1.5mm，段差控制在2. 5-Omm，扭矩控制在23+/-3N.Ⅲ范围内。为了直观的了解SuV尾门各阶段的现象，对焊装刚装配好的5辆间隙、段差及扭矩控制在标准范围肉的suv车的各阶段进行跟踪及数据分析，发现焊装装配铰链后静置直到涂装上线前，复测间隙与段差基本无变化，但联接顶盖的铰链螺栓扭矩衰减约5N.m;经过涂装后，复测间隙与段差也无变化，但联接顶盖的铰链螺栓扭矩再次平均衰减约3N. m;经过总装后，复测间隙发现平均增大了约1.Omm，段差平均增大了约2. 3mm，螺栓扭矩并未有再次衰减;车在跑里程约3000公里后复测，尾门已经难以开启与关闭，导致间隙与段差的变化量无法测量评估，但可发现间隙与段差有明显的增大的趋势，而螺栓扭矩再次平均衰减约3N.m。
2螺栓扭矩衰减的原理及分析
2.1扭矩衰减的原理
铰链螺栓的扭矩衰减是指铰链的螺栓在拧紧后扭矩发生降低的现象，如上述汽车尾门铰链螺栓在各阶段的跟踪中，存在扭矩衰减的现象。有学者研究发现，螺栓联接的状态一般可认为是亚稳定状态，在拧紧后，螺栓内部应力具有释放的倾向，相关的一些因素如果对螺栓进行作用，就可能使得应力被释放，而出现扭矩衰减的现象。
2.2扭矩衰减的分析
某suv车型与顶盖联接的尾门铰链螺栓紧固如图2所示，为了防止在顶盖处的铰链安装面出现漏水，在与顶盖联接的铰链端专门设计了放置防水垫的造型。
白车身在焊装装配铰链后静置直到涂装上线前，顶盖与尾门的间隙及段差无变化，但扭矩有部分衰减。在这一静置过程中，并未有其他外界因素的作用，而扭矩出现了衰减，表明在这一过程中，铰链螺栓内部应力进行了释放。有学者研究表明，通常情况下，拧紧螺栓后，约90%的扭矩用来克服摩擦力使得铰链螺母能够旋转紧固，而约只有10%的扭矩转化成螺杆间的夹紧力[1]，而在焊装装配后，能够影响摩擦力的因素从设计方面来说，有钣金材料表面粗糙度、螺栓类型的选择，影响夹紧力的因素有材料的钣金材料的硬度、防水垫材料的硬度;从工艺方面来说，主要是螺栓的拧紧方法（拧紧步数和速度）。所以对于焊装装配后，只要把控好设计（钣金材料的选择、螺栓的选择、防水墊的选择）和工艺（螺栓的拧紧方法），充分考虑到设计可能存在的变异，便有减小扭矩衰减的可能。
白车身经过涂装下线后，顶盖与尾门的间隙及段差与焊装初始装配状态基本无差异，但扭矩却再次衰减，然而尾门铰链与侧门铰链进行对比，发现侧门铰链扭矩经过涂装却几乎不存在衰减。在涂装过程中，白车身需要经过多次的溶液浸泡及烘烤。形成的涂层使接触的摩擦系数变大以及涂层具有一定的附着力，使螺纹的力矩增加。由于涂装的温度低、时问短，温度对螺纹应力松弛造成的影响较小。但是，溶液的浸泡和烘烤容易使材料本身的硬度发生变化，尾门铰链比侧门铰链的材料不同之处是尾门增加了防水垫，此外，该车型采用的尾门铰链的防水垫在铰链上安装好后比铰链面高0. 3mm，即铰链安装面接触的受力点主要在防水垫上。而采用与铰链面平齐的防水垫进行装车验证，螺栓扭矩并未衰减，而此状态下，铰链安装面接触的受力点主要在铰链面上。这表明在经过涂装的过程中，防水垫的硬度可能发生了变化，硬度的变化导致螺栓内部应力释放;此外，螺栓温度几次急剧的变化，也有可能导致螺栓的应力得以释放，而使得螺栓扭矩衰减。
车身经过总装装配下线后，顶盖与尾门的间隙及段差都变大，但扭矩未再次衰减，对该suv车型尾门上检具进行匹配分析发现，尾门在总装装配后，尾门自重的增加，使得尾门Z向下坠约1. 5mm：此外，对尾门加撑杆后Z向下坠量进行测量及通过CAE进行分析，撑杆对尾门Z向下坠贡献约0. 8mm。下坠量与实测值吻合，且撑杆及尾门自重的作用，使得X向也有一定的影响，而体现出间隙变大。在经过总装后，自重及撑杆的作用反而会使得螺栓的张力变大，从而并不会体现出扭矩衰减。
车在跑里程后，间隙、段差及扭矩都有所增大。分析认为是车在跑动的过程中由于车身颠簸，及尾门在使用过程中经常性的关闭和开启，导致螺栓长期处于拉紧与松动的循环中，从而使得螺栓内部的应力在跑里程前焊装、涂装过程中发生了变化的基础上再次得到了释放，扭矩再次发生了衰减，使得螺栓发生松动导致尾门的下坠，进而影响尾门的使用功能。
3扭矩衰减的影响因素与控制方法
3 1扭矩衰减的影响因素
铰链螺栓扭矩的影响因素有很多，从上述分析可得出“人、机、料、法、环、测”六方面的影响因素，如图3所示。
3.2扭矩衰减的控制方法
结合铰链螺栓扭矩的影响因素及项目经验，认为在汽车产品设计及工艺规划前期，我们首先应从设计方面和工艺方面去考虑螺栓扭矩衰减，以减小产品后期的失效发生的可能性。 1、设计方面：尽量减小材料表面的粗糙度、选择硬度较高的材料、尽量少采用弹性材料及尽量选择螺纹升角较小的细牙螺栓作为紧固件以减少铰链螺栓的扭矩衰减。
2、工艺方面：拧紧方法尽量采用两步或多部拧紧的方式，在时间允许的范围内尽量降低拧紧速度进行螺栓拧紧。
如果螺栓扭矩出现衰减或螺栓联接出现失效，不能满足产品要求时，我们应从设计和工艺角度进行分析，尽量在制造过程中控制变量，以控制扭矩衰减。根据上述在焊装装配尾门鉸链后静态放置下、经过涂装后、经过总装后及车在跑里程后各阶段的跟踪及分析，结合具体的联接工况，可从过程控制及优化设计进行考虑，以该suv车型具体实际控制措施为例进行说明：
1、制造过程控制方面：
（l）制定合理的扭矩拧紧和检查范围，例如该车型扭预紧扭矩提高了5N.m左右，该车型是从焊装装配螺栓时扭矩从23±3N. m调整至28±3N. m，使得扭矩在焊装静置时衰减后也能保持在23±3N. m，从而满足焊装下线需求。此外，完善扭矩检查规范及在生产过程中对扭矩进行实时检查监控。
（2）涂装后扭矩重新校核：涂装下线后，对实车的螺栓矩进行重新校核在标准要求的23±3N.m范围内，以减除涂装过程中产生的扭矩衰减。
2、弥补设计方面：
（l）改变防水垫片厚度：鉴于厚度的变化引起尾门平度的突变，该车型暂时减小防水垫厚度至与铰链面尽量齐平，以减小因尾门防水垫平度的突变。
（2）更换其他型号的铰链螺母：在精致工艺要求范围内，尽量选用大直径的垫片以增大受力面。例如项目该车型将垫片直径为22mm铰链安装螺母，在精致工艺的要求垫片距离钣金边距±1.5nun范围内，采用了垫片直径为25mm的螺母进行验证，结果扭矩衰减值可减小。
4结论
本文从某suv尾门铰链装配后，根据项目经验，对车的各阶段进行了跟踪研究，分析了各阶段的工况及铰链螺栓扭矩衰减的影响因素，对尾门铰链螺栓扭矩衰减的分析思路及控制方法进行阐述，为从事门盖铰链研究的工程师提供经验借鉴。经验认为在汽车产品设计及工艺规划前期，应多考虑材料的选择，及螺栓拧紧的方法，而在制造装配过程中，可通过制定合理的检查扭矩范围、涂装后扭矩重新校核等过程控制方法，及改变防水垫厚度或换用新螺母等弥补设计的方式减少或消除扭矩衰减。
参考文献
[l]吴洪亮，谢侠，周伟.后背门安装螺栓力矩衰减研究[J].汽车工艺与材料，2017 （01）：2226.
关键词：铰链螺栓 ;扭矩衰减 ; 控制方法
中图分类号：TG401 文献标识码：A
0引言
螺栓因装配简单、拆卸方便、成本低，且使用效率高，而被广泛应用于汽车车门铰链装配上。在某suv车型项目中发现，尾门在车跑里程后出现下坠现象，影响汽车尾门的关闭与开启，进而影响客户的使用体验，通过对车辆的跟踪测量及分析，发现尾门铰链螺栓扭矩存在衰减现象。于是本文以某suv车型项目为研究对象，对在焊装装配尾门铰链后静态放置下、涂装下线后、总装下线后及车在跑里程后各阶段进行跟踪研究，分析铰链螺栓扭矩衰减的影响因素，以探究尾门铰链螺栓扭矩衰减的控制方法。
1尾门各阶段的现象
某suv汽车标准要求尾门与顶盖的间隙控制在8+/1.5mm，段差控制在2. 5-Omm，扭矩控制在23+/-3N.Ⅲ范围内。为了直观的了解SuV尾门各阶段的现象，对焊装刚装配好的5辆间隙、段差及扭矩控制在标准范围肉的suv车的各阶段进行跟踪及数据分析，发现焊装装配铰链后静置直到涂装上线前，复测间隙与段差基本无变化，但联接顶盖的铰链螺栓扭矩衰减约5N.m;经过涂装后，复测间隙与段差也无变化，但联接顶盖的铰链螺栓扭矩再次平均衰减约3N. m;经过总装后，复测间隙发现平均增大了约1.Omm，段差平均增大了约2. 3mm，螺栓扭矩并未有再次衰减;车在跑里程约3000公里后复测，尾门已经难以开启与关闭，导致间隙与段差的变化量无法测量评估，但可发现间隙与段差有明显的增大的趋势，而螺栓扭矩再次平均衰减约3N.m。
2螺栓扭矩衰减的原理及分析
2.1扭矩衰减的原理
铰链螺栓的扭矩衰减是指铰链的螺栓在拧紧后扭矩发生降低的现象，如上述汽车尾门铰链螺栓在各阶段的跟踪中，存在扭矩衰减的现象。有学者研究发现，螺栓联接的状态一般可认为是亚稳定状态，在拧紧后，螺栓内部应力具有释放的倾向，相关的一些因素如果对螺栓进行作用，就可能使得应力被释放，而出现扭矩衰减的现象。
2.2扭矩衰减的分析
某suv车型与顶盖联接的尾门铰链螺栓紧固如图2所示，为了防止在顶盖处的铰链安装面出现漏水，在与顶盖联接的铰链端专门设计了放置防水垫的造型。
白车身在焊装装配铰链后静置直到涂装上线前，顶盖与尾门的间隙及段差无变化，但扭矩有部分衰减。在这一静置过程中，并未有其他外界因素的作用，而扭矩出现了衰减，表明在这一过程中，铰链螺栓内部应力进行了释放。有学者研究表明，通常情况下，拧紧螺栓后，约90%的扭矩用来克服摩擦力使得铰链螺母能够旋转紧固，而约只有10%的扭矩转化成螺杆间的夹紧力[1]，而在焊装装配后，能够影响摩擦力的因素从设计方面来说，有钣金材料表面粗糙度、螺栓类型的选择，影响夹紧力的因素有材料的钣金材料的硬度、防水垫材料的硬度;从工艺方面来说，主要是螺栓的拧紧方法（拧紧步数和速度）。所以对于焊装装配后，只要把控好设计（钣金材料的选择、螺栓的选择、防水墊的选择）和工艺（螺栓的拧紧方法），充分考虑到设计可能存在的变异，便有减小扭矩衰减的可能。
白车身经过涂装下线后，顶盖与尾门的间隙及段差与焊装初始装配状态基本无差异，但扭矩却再次衰减，然而尾门铰链与侧门铰链进行对比，发现侧门铰链扭矩经过涂装却几乎不存在衰减。在涂装过程中，白车身需要经过多次的溶液浸泡及烘烤。形成的涂层使接触的摩擦系数变大以及涂层具有一定的附着力，使螺纹的力矩增加。由于涂装的温度低、时问短，温度对螺纹应力松弛造成的影响较小。但是，溶液的浸泡和烘烤容易使材料本身的硬度发生变化，尾门铰链比侧门铰链的材料不同之处是尾门增加了防水垫，此外，该车型采用的尾门铰链的防水垫在铰链上安装好后比铰链面高0. 3mm，即铰链安装面接触的受力点主要在防水垫上。而采用与铰链面平齐的防水垫进行装车验证，螺栓扭矩并未衰减，而此状态下，铰链安装面接触的受力点主要在铰链面上。这表明在经过涂装的过程中，防水垫的硬度可能发生了变化，硬度的变化导致螺栓内部应力释放;此外，螺栓温度几次急剧的变化，也有可能导致螺栓的应力得以释放，而使得螺栓扭矩衰减。
车身经过总装装配下线后，顶盖与尾门的间隙及段差都变大，但扭矩未再次衰减，对该suv车型尾门上检具进行匹配分析发现，尾门在总装装配后，尾门自重的增加，使得尾门Z向下坠约1. 5mm：此外，对尾门加撑杆后Z向下坠量进行测量及通过CAE进行分析，撑杆对尾门Z向下坠贡献约0. 8mm。下坠量与实测值吻合，且撑杆及尾门自重的作用，使得X向也有一定的影响，而体现出间隙变大。在经过总装后，自重及撑杆的作用反而会使得螺栓的张力变大，从而并不会体现出扭矩衰减。
车在跑里程后，间隙、段差及扭矩都有所增大。分析认为是车在跑动的过程中由于车身颠簸，及尾门在使用过程中经常性的关闭和开启，导致螺栓长期处于拉紧与松动的循环中，从而使得螺栓内部的应力在跑里程前焊装、涂装过程中发生了变化的基础上再次得到了释放，扭矩再次发生了衰减，使得螺栓发生松动导致尾门的下坠，进而影响尾门的使用功能。
3扭矩衰减的影响因素与控制方法
3 1扭矩衰减的影响因素
铰链螺栓扭矩的影响因素有很多，从上述分析可得出“人、机、料、法、环、测”六方面的影响因素，如图3所示。
3.2扭矩衰减的控制方法
结合铰链螺栓扭矩的影响因素及项目经验，认为在汽车产品设计及工艺规划前期，我们首先应从设计方面和工艺方面去考虑螺栓扭矩衰减，以减小产品后期的失效发生的可能性。 1、设计方面：尽量减小材料表面的粗糙度、选择硬度较高的材料、尽量少采用弹性材料及尽量选择螺纹升角较小的细牙螺栓作为紧固件以减少铰链螺栓的扭矩衰减。
2、工艺方面：拧紧方法尽量采用两步或多部拧紧的方式，在时间允许的范围内尽量降低拧紧速度进行螺栓拧紧。
如果螺栓扭矩出现衰减或螺栓联接出现失效，不能满足产品要求时，我们应从设计和工艺角度进行分析，尽量在制造过程中控制变量，以控制扭矩衰减。根据上述在焊装装配尾门鉸链后静态放置下、经过涂装后、经过总装后及车在跑里程后各阶段的跟踪及分析，结合具体的联接工况，可从过程控制及优化设计进行考虑，以该suv车型具体实际控制措施为例进行说明：
1、制造过程控制方面：
（l）制定合理的扭矩拧紧和检查范围，例如该车型扭预紧扭矩提高了5N.m左右，该车型是从焊装装配螺栓时扭矩从23±3N. m调整至28±3N. m，使得扭矩在焊装静置时衰减后也能保持在23±3N. m，从而满足焊装下线需求。此外，完善扭矩检查规范及在生产过程中对扭矩进行实时检查监控。
（2）涂装后扭矩重新校核：涂装下线后，对实车的螺栓矩进行重新校核在标准要求的23±3N.m范围内，以减除涂装过程中产生的扭矩衰减。
2、弥补设计方面：
（l）改变防水垫片厚度：鉴于厚度的变化引起尾门平度的突变，该车型暂时减小防水垫厚度至与铰链面尽量齐平，以减小因尾门防水垫平度的突变。
（2）更换其他型号的铰链螺母：在精致工艺要求范围内，尽量选用大直径的垫片以增大受力面。例如项目该车型将垫片直径为22mm铰链安装螺母，在精致工艺的要求垫片距离钣金边距±1.5nun范围内，采用了垫片直径为25mm的螺母进行验证，结果扭矩衰减值可减小。
4结论
本文从某suv尾门铰链装配后，根据项目经验，对车的各阶段进行了跟踪研究，分析了各阶段的工况及铰链螺栓扭矩衰减的影响因素，对尾门铰链螺栓扭矩衰减的分析思路及控制方法进行阐述，为从事门盖铰链研究的工程师提供经验借鉴。经验认为在汽车产品设计及工艺规划前期，应多考虑材料的选择，及螺栓拧紧的方法，而在制造装配过程中，可通过制定合理的检查扭矩范围、涂装后扭矩重新校核等过程控制方法，及改变防水垫厚度或换用新螺母等弥补设计的方式减少或消除扭矩衰减。
参考文献
[l]吴洪亮，谢侠，周伟.后背门安装螺栓力矩衰减研究[J].汽车工艺与材料，2017 （01）：2226.