走進汽車鉚接工藝—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，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)鍵點在于“多材料結(jié)構(gòu)”的設(shè)計，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、效率低以及工藝復雜等缺點，實現(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，分為以下四個階段：


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行預壓緊。


沖刺階段：

沖頭向下運動，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。


擴張階段：

隨著鉚接過程的進行，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，鉚釘腿部向周圍擴張，嵌入下層板從而形成了鉚釘與板料間的機械互鎖結(jié)構(gòu)。


沖鉚完成：

當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。


2.2 SPR鉚接的六個步驟


02  SPR應(yīng)用場景與特點


1、應(yīng)用場景


適用于鋼+鋼、鋼+鋁、鋁+鋁的搭配，應(yīng)用場景多于點焊工藝。



2、性能對比


2.1 靜態(tài)強度對比

（鉚接與點焊，2mm+2mm 6000系鋁合金）


2.2 疲勞耐久性對比

（同樣鉚接與點焊，2mm+2mm 6000系鋁合金）


綜上對比發(fā)現(xiàn)，SPR鉚接工藝的強度和性能均好于點焊。


2.3 鋁點焊應(yīng)用的難點



經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)鋁點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



03  鉚釘?shù)闹圃炫c釘模測試


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、實驗室質(zhì)檢等過程步驟。


3、SPR鉚模的介紹



4、SPR的釘模測試



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)文獻也指出垂直于沖頭下壓方向，會導致接頭整體的抗剪切強度明顯優(yōu)于抗剝離強度。如果引入機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。


機器人自沖鉚接系統(tǒng)是由機器人、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)機器人的選擇至關(guān)重要，與配套設(shè)備的合理鏈接也是機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。


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SPR、伺服驅(qū)動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)的沉頭鉚釘進行連接不僅耗時、費用較高，還會破壞標志的反光面。采用SPR工藝，快速簡單，并且保護了標志的反光面，連接強度也符合預期要求。


目前國內(nèi)外學者已在鉚接過程中各種因素對質(zhì)量影響方面進行了大量的相關(guān)研究工作。國內(nèi)還應(yīng)建立完整的機器人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，更是有助于推進工業(yè)自動化進步與創(chuàng)新。