走進(jìn)汽車鉚接工藝—SPR技術(shù)

2024-07-04 10:10:08·  來源：GAF螺絲君
　

近年來，隨著新能源汽車逐漸興起， “輕量化”成為發(fā)展趨勢(shì)，車身變輕對(duì)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，鋁合金材料憑借其低密度、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。


01  自沖鉚接工藝的定義與階段


1、自沖鉚接的定義


通過一定的壓力和速度把鉚釘壓入2層或多層板材,待鉚接板材在鉚釘?shù)膲毫ψ饔孟潞豌T釘發(fā)生塑性變形，鉚釘腿部張開，使得鉚釘與板材形成穩(wěn)定互鎖的一種冷連接技術(shù)，如下圖所示：



2、自沖鉚接的工藝階段與步驟


2.1 SPR工藝過程


可將鉚接過程，分為以下四個(gè)階段：


夾緊階段：

壓邊圈向下壓緊待鉚接板料，與此同時(shí)，鉚釘也在沖頭的驅(qū)動(dòng)下垂直向下對(duì)板料進(jìn)行預(yù)壓緊。


沖刺階段：

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


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(tái)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)。


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(shí)可以認(rèn)為鉚接完成，此時(shí)壓邊圈釋放壓邊力，沖頭將返回初始工位，沖鉚結(jié)束。


2.2 SPR鉚接的六個(gè)步驟


02  SPR應(yīng)用場(chǎng)景與特點(diǎn)


1、應(yīng)用場(chǎng)景


適用于鋼+鋼、鋼+鋁、鋁+鋁的搭配，應(yīng)用場(chǎng)景多于點(diǎn)焊工藝。



2、性能對(duì)比


2.1 靜態(tài)強(qiáng)度對(duì)比

（鉚接與點(diǎn)焊，2mm+2mm 6000系鋁合金）


2.2 疲勞耐久性對(duì)比

（同樣鉚接與點(diǎn)焊，2mm+2mm 6000系鋁合金）


綜上對(duì)比發(fā)現(xiàn)，SPR鉚接工藝的強(qiáng)度和性能均好于點(diǎn)焊。


2.3 鋁點(diǎn)焊應(yīng)用的難點(diǎn)



經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)鋁點(diǎn)焊工藝有一定的過程控制的技術(shù)難度，但SPR工藝可以很容易的解決鋁材料結(jié)合、鋼鋁材料混合的連接問題。


2.4 SPR鉚接工藝的特點(diǎn)



03  鉚釘?shù)闹圃炫c釘模測(cè)試


1、鉚釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)



2、鉚釘?shù)闹圃炝鞒?/strong>


主要過程分為：冷鐓成型、表面鍍層處理、熱處理、質(zhì)檢包裝、實(shí)驗(yàn)室質(zhì)檢等過程步驟。


3、SPR鉚模的介紹



4、SPR的釘模測(cè)試



從上面章節(jié)的描述我們可以得知，上下板材在鉚釘與凹模凸臺(tái)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(huì)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(dòng)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(dòng)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(duì)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，接下來我們介紹一下鉚接設(shè)備與系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。


04  鉚接設(shè)備與系統(tǒng)


1、常見的設(shè)備品牌



2、鉚接設(shè)備的類型



設(shè)備主要分為：手持SPR、液壓驅(qū)動(dòng)SPR、伺服驅(qū)動(dòng)SPR三種設(shè)備。


3、鉚釘設(shè)備供釘方式



供釘方式主要分為：


棘輪供釘、吹送供釘、彈匣供釘三種方式。


 典型棘輪供釘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)


 典型彈匣供釘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)


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(duì)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(shì)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(shí)間和成本，質(zhì)量也并不一定可靠。SPR工藝在節(jié)省時(shí)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(shí)、費(fèi)用較高，還會(huì)破壞標(biāo)志的反光面。采用SPR工藝，快速簡(jiǎn)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(duì)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(dòng)化進(jìn)步與創(chuàng)新。