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輕量化汽車制造,自沖鉚接(SPR)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新

2018/12/04機(jī)器人網(wǎng)488

近年來,新能源汽車產(chǎn)業(yè)逐漸興起, “輕量化”成為發(fā)展趨勢,車身變輕對于整車的能耗、車輛控制穩(wěn)定性與碰撞安全性等方面頗有益處。而輕量化的關(guān)鍵點(diǎn)在于“多材料結(jié)構(gòu)”的設(shè)計(jì),在車身不同位置使用不同材料。其中,鋁合金憑借其低密度、高強(qiáng)度、耐蝕性等性能,得到廣大汽車制造商的青睞,并在車身設(shè)計(jì)制造中得到充分的應(yīng)用。

鋁合金是否能快速應(yīng)用于汽車行業(yè)很大程度上取決于鋁連接工藝的發(fā)展,特別是關(guān)于鋁鋼異種材料的連接工藝。其中,SPR自沖鉚接工藝克服傳統(tǒng)鉚接工藝的外觀差、效率低以及工藝復(fù)雜等缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)沖、鉚一次性完成,且連接過程不破壞板材的鍍層,為汽車車身的連接開辟了新途徑。目前,SPR技術(shù)已經(jīng)成為歐美高端車型制造中的關(guān)鍵連接技術(shù)之一,并且成熟應(yīng)用于寶馬、奧迪、美洲虎和沃爾沃等汽車的鋁鋼混合車身連接中,其中僅美洲虎鋁制車身連接中SPR鉚釘?shù)氖褂靡堰_(dá)3000多個。

為了使SPR工藝得到更廣泛的應(yīng)用,眾多國內(nèi)外企業(yè)和機(jī)構(gòu)對SPR工藝研究進(jìn)行創(chuàng)新性的研究,包括對其連接方式的重點(diǎn)關(guān)注,其中就有51ROBOT,作為工業(yè)機(jī)器人一站式服務(wù)平臺, 在SPR的研究和運(yùn)用上,51ROBOT利用自身優(yōu)勢,整合行業(yè)機(jī)器人、自沖鉚接工藝優(yōu)良技術(shù)等優(yōu)勢資源,聯(lián)合設(shè)立SPR連接技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,為客戶提供專業(yè)的自沖鉚接機(jī)器人系統(tǒng)解決方案。

輕量化汽車制造,自沖鉚接(SPR)機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新

從SPR工藝技術(shù)中突破

SPR工藝是通過液壓缸或伺服電機(jī)提供動力將鉚釘直接壓入待鉚接板材,待鉚接板材在鉚釘?shù)膲毫ψ饔孟屡c鉚釘發(fā)生塑性變形,成形后充盈于鉚模之中,從而形成穩(wěn)定連接的一種全新的板材連接技術(shù)。

根據(jù)鉚釘?shù)男螤睿琒PR自沖鉚接工藝可以分為:無鉚釘自沖鉚接、實(shí)心鉚釘自沖鉚接、半空心鉚釘自沖鉚接。在汽車車身連接中,既要考慮連接靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度又要考慮車身輕量化,因此大多數(shù)汽車生產(chǎn)企業(yè)選擇將半空心鉚釘自沖鉚接工藝應(yīng)用于輕量化汽車車身薄板的裝配。SPR工藝的力學(xué)特點(diǎn)決定了鉚接質(zhì)量,與鉚釘、模具、板材、沖壓設(shè)備等因素有關(guān)影響鉚接接頭性能。

SPR工藝的研究內(nèi)容主要是工藝參數(shù)的確定。研究表明,SPR技術(shù)的研究存在多個難點(diǎn),一是鉚接設(shè)備的核心部位是沖頭和凹模,鉚釘形狀的設(shè)計(jì)直接決定了接頭的結(jié)合形式,如何選取合適的鉚接設(shè)備和工藝參數(shù)使其達(dá)到最佳匹配效果是最主要的難點(diǎn)。二是國內(nèi)大部分的SPR工藝設(shè)備及鉚釘是從國外直接購買,部分工藝參數(shù)無法更改。因此,國內(nèi)需自主研發(fā)SPR工藝設(shè)備,配套設(shè)計(jì)不同材料和形狀的鉚釘,深入研究該項(xiàng)技術(shù),盡快使該項(xiàng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)汽車的制造中。

為推動先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用落地,加快工業(yè)機(jī)器人的價值轉(zhuǎn)化,哈工智能旗下51ROBOT工業(yè)機(jī)器人一站式服務(wù)平臺應(yīng)勢而生。該平臺提供了全面的解決方案,包括提供工業(yè)機(jī)器人設(shè)備、機(jī)器人配套產(chǎn)品、技術(shù)支持和系統(tǒng)整合等服務(wù),進(jìn)一步促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人的在多個場景的落地應(yīng)用,最終使企業(yè)獲得更高的生產(chǎn)效益。

如何進(jìn)一步優(yōu)化自沖鉚接

SPR工藝過程可將鉚接過程分為四個階段:

1、夾緊階段:壓邊圈向下壓緊待鉚接板料。與此同時,鉚釘也在沖頭的驅(qū)動下垂直向下對板料進(jìn)行預(yù)壓緊。

2、沖刺階段:沖頭向下運(yùn)動,推動鉚釘迫使其刺穿上層板料,與此同時鉚釘也驅(qū)使下層板料向凹模內(nèi)發(fā)生塑性變形。

3、擴(kuò)張階段:隨著鉚接過程的進(jìn)行,鉚釘腿部逐漸張開,下層板料發(fā)生塑性變形逐漸填充入凹模。在沖頭和凹模凸臺的共同作用下,鉚釘腿部向周圍擴(kuò)張,嵌入下層板從而形成了鉚釘與板料間的機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)。

4、沖鉚完成:當(dāng)沖頭將鉚釘下壓至鉚釘頭與上層板料的上表面緊密接觸且平齊時可以認(rèn)為鉚接完成,此時壓邊圈釋放壓邊力,沖頭將返回初始工位,沖鉚結(jié)束。

從這些過程我們可以得知,上下板材在鉚釘與凹模凸臺的作用下沿沖頭下壓方向發(fā)生了塑性變形,并且板材與鉚釘接觸的周邊,塑性變形程度較大。相關(guān)文獻(xiàn)也指出垂直于沖頭下壓方向,會導(dǎo)致接頭整體的抗剪切強(qiáng)度明顯優(yōu)于抗剝離強(qiáng)度。如果引入機(jī)器人接入自動鉚接系統(tǒng),其穩(wěn)定性更能夠提高自沖鉚接質(zhì)量和生產(chǎn)率。

機(jī)器人自沖鉚接系統(tǒng)是由機(jī)器人、SPR自沖鉚接槍頭、動力和控制單元、送料單元及其它外圍設(shè)備組成,屬于機(jī)械連接,沒有熱輸入,可以有效避免熱連接所引起的種種問題,機(jī)器人的加入可以消除人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響,保證產(chǎn)品的質(zhì)量。因而工業(yè)機(jī)器人的選擇至關(guān)重要,與配套設(shè)備的合理鏈接也是機(jī)器人順利完成各種工藝流程的重要部分,為此,51ROBOT推出的“ROBOT+”升級服務(wù),整合國際優(yōu)質(zhì)機(jī)器人品牌資源,根據(jù)用戶實(shí)際需求與行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn),為機(jī)器人集成商提供一系列的機(jī)器人解決方案。

SPR鉚接在國民應(yīng)用與創(chuàng)新

在SPR鉚接工藝中,“自沖”的特點(diǎn)為快速生產(chǎn)和流水線制造創(chuàng)造了條件,該工藝可用于汽車底盤件、汽車覆蓋件、車座椅等之間的連接,特別是對火車車廂板間的連接具有重要的意義。隨著汽車制造業(yè)的不斷發(fā)展,各種新型材料的廣泛應(yīng)用,自沖鉚接工藝在實(shí)現(xiàn)汽車輕量化中呈現(xiàn)出了異軍突起的勢頭。

自沖鉚接工藝已成熟應(yīng)用于汽車制造工業(yè)中,還涉及到軌道交通、房屋建筑甚至日常生活用品。在房屋建造中,鋼結(jié)構(gòu)變得普遍,傳統(tǒng)的激光焊或者螺栓連接都需花費(fèi)較多時間和成本,質(zhì)量也并不一定可靠。SPR工藝在節(jié)省時間和成本的基礎(chǔ)上,不產(chǎn)生工業(yè)廢料,并且保護(hù)鋼材的鍍鋅層不被破壞,保證了鋼材的耐腐蝕性。

采用傳統(tǒng)的沉頭鉚釘進(jìn)行連接不僅耗時、費(fèi)用較高,還會破壞標(biāo)志的反光面。采用SPR工藝,快速簡單,并且保護(hù)了標(biāo)志的反光面,連接強(qiáng)度也符合預(yù)期要求。

目前國內(nèi)外學(xué)者已在鉚接過程中各種因素對質(zhì)量影響方面進(jìn)行了大量的相關(guān)研究工作。國內(nèi)還應(yīng)建立完整的機(jī)器人SPR鉚接技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng),便于在國內(nèi)汽車制造工業(yè)中的廣泛應(yīng)用,更是有助于推進(jìn)工業(yè)自動化進(jìn)步與創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞: 工業(yè)機(jī)器人




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