輕量化連接技術(shù)之—沖壓連接

沖壓鉚接技術(shù)與傳統(tǒng)的鉚接技術(shù)具有相同的鉚接質(zhì)量，但其所需的鉚接力卻減小了70%，因此，采用以電動(dòng)工具為動(dòng)力設(shè)備對(duì)工件進(jìn)行鉚接加工。對(duì)這種新的鉚接工藝的可行性已被大批量的生產(chǎn)應(yīng)用給予了充分肯定，該技術(shù)已具備了實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的條件。

減小鉚接力是研制開(kāi)發(fā)擺動(dòng)沖壓鉚接技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)。在擺動(dòng)沖壓鉚接中，鉚接沖頭的運(yùn)動(dòng)是由沖頭的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)與鉚接沖頭軸向的擺動(dòng)旋轉(zhuǎn)而形成的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，鉚接沖頭的運(yùn)動(dòng)軌跡形成了一個(gè)錐面，即：在鉚接沖頭沿沖頭軸線方向作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，沖頭的軸向還圍繞著圓錐的頂點(diǎn)沿圓錐表面旋轉(zhuǎn)，在這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，沖頭沖壓、鉚接被加工的板材。

這一技術(shù)的研制開(kāi)發(fā)得到了Fraunhofer制造技術(shù)與自動(dòng)化研究所（IPA）的大力支持。IPA與Tox沖壓技術(shù)公司共同努力完成了擺動(dòng)沖壓鉚接技術(shù)的工業(yè)化大批量生產(chǎn)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，擺動(dòng)沖壓鉚接技術(shù)可以應(yīng)用于目前市場(chǎng)上所有的機(jī)器人鉚接工具。IPA和Tox沖壓技術(shù)公司利用汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域中最常用的板材ZStE 340和Ecodal鋁板對(duì)擺動(dòng)沖壓鉚接的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。在完成技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化后，合作雙方成功地研制開(kāi)發(fā)了大懸臂機(jī)器人鉚接鉗，其懸臂跨度可達(dá)850mm。由于該技術(shù)在鉚接時(shí)所需的鉚接力非常小——不到20kN，因此，可以設(shè)想在汽車(chē)工業(yè)的常規(guī)板材鉚接過(guò)程中采用電動(dòng)工具作為鉚接設(shè)備的動(dòng)力。

兩家汽車(chē)生產(chǎn)廠進(jìn)行的為期1個(gè)月左右的大批量生產(chǎn)試驗(yàn)證明，該技術(shù)已具備了實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的條件。他們利用擺動(dòng)沖壓鉚接技術(shù)完成了1.2萬(wàn)件汽車(chē)部件的40多萬(wàn)個(gè)鉚接點(diǎn)的鉚接任務(wù)。

生產(chǎn)節(jié)拍試驗(yàn)也證明：沖壓鉚接技術(shù)在各個(gè)鉚接點(diǎn)處的移動(dòng)時(shí)間并不比傳統(tǒng)的鉚接技術(shù)長(zhǎng)，只是鉚接時(shí)間比傳統(tǒng)鉚接時(shí)間多一點(diǎn)，但由于沖壓鉚接鉗的重量輕、體積小，使得鉚接機(jī)器人具有很好的機(jī)動(dòng)性能。比如，它可以快速、靈活地運(yùn)動(dòng)到汽車(chē)部件有遮擋的鉚接部位處，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度可以提高10%～15%。大批量生產(chǎn)試驗(yàn)中，新型鉚接技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于汽車(chē)門(mén)鉸鏈、艙蓋鎖增強(qiáng)板和汽車(chē)外覆蓋件的鉚接中。

標(biāo)準(zhǔn)鋼板材料的擺動(dòng)沖壓鉚接試驗(yàn)證明：擺動(dòng)沖壓鉚接技術(shù)所達(dá)到的鉚接機(jī)械強(qiáng)度并不比傳統(tǒng)鉚接工藝差，采用ZStE 340鋼板和Ecodal鋁板以及AC 120鋁合金板材的情況已經(jīng)說(shuō)明了這一點(diǎn)。沖頭和沖模的使用壽命也與傳統(tǒng)鉚接沖頭和沖模的使用壽命幾乎一樣。

在鉚接質(zhì)量方面，擺動(dòng)沖壓鉚接技術(shù)甚至比傳統(tǒng)鉚接技術(shù)加工出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量還要好。經(jīng)檢驗(yàn)，沖壓鉚接工件的剩余厚度尺寸變化很小，在各生產(chǎn)批次中，均可以保證較小的尺寸公差。

實(shí)踐證明：擺動(dòng)沖壓鉚接技術(shù)可以與傳統(tǒng)鉚接技術(shù)相媲美。鉚接工具重量的減輕使得鉚接機(jī)器人有著更大的活動(dòng)空間、更大的懸臂加工性能。輕巧的擺動(dòng)沖壓鉚接鉗完全可以替代笨重的傳統(tǒng)鉚接設(shè)備，大大提高了生產(chǎn)設(shè)備的靈活性。

由于擺動(dòng)沖壓鉚接完成的鉚接點(diǎn)的幾何形狀有限，且大多數(shù)為圓形。目前，它還不能替代所有的傳統(tǒng)鉚接工藝。另外，由于擺動(dòng)沖壓鉚接沖頭的運(yùn)動(dòng)軌跡呈圓錐形，因此它占用的空間也較傳統(tǒng)鉚接沖頭要大一些。當(dāng)鉚接點(diǎn)的間距最小為50mm時(shí)，可以形成多點(diǎn)連接 在一起的擺動(dòng)沖壓鉚接。由于沖頭的運(yùn)動(dòng)軌跡呈圓錐形，因此也必須注意在工件邊緣上留有適當(dāng)?shù)倪吘唷?br />
下一步繼續(xù)研發(fā)的目標(biāo)是：將采用擺動(dòng)沖壓鉚接所需的費(fèi)用減小到傳統(tǒng)鉚接的水平。就目前擺動(dòng)沖壓鉚接總體系統(tǒng)或者各個(gè)鉚接點(diǎn)的情況來(lái)講，達(dá)到這一目標(biāo)已經(jīng)為期不遠(yuǎn)。由于擺動(dòng)沖壓鉚接所需的鉚接力較小，因此鉚接機(jī)器人所需的鉚接鉗的重量也可以減輕，可以使用“輕量級(jí)”的機(jī)器人，這樣成本較低，更加經(jīng)濟(jì)。另外，輕型鉚接鉗允許機(jī)器人以較高的速度運(yùn)動(dòng)，這也可提高擺動(dòng)沖壓鉚接技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。

汽車(chē)艙蓋的擺動(dòng)沖壓鉚接
沖壓鉚接技術(shù)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的鉚接技術(shù)相比，擺動(dòng)沖壓鉚接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)如下：
● 擺動(dòng)沖壓鉚接所需的鉚接力減小了70%；
● 增大了鉚接鉗的懸伸距離，可以鉚接尺寸較大的板件；
● 由于減小了鉚接力，因此也可以使用輕型的鉚接鉗和鉚接工具，這使得原來(lái)傳統(tǒng)鉚接中鉚接鉗不易到達(dá)的位置也可以進(jìn)行鉚接了；
● 輕型的鉚接鉗和結(jié)構(gòu)緊湊的鉚接工具提高了鉚接鉗在各個(gè)鉚接點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)速度；
● 輕型的鉚接鉗和結(jié)構(gòu)緊湊的鉚接工具允許使用小型鉚接機(jī)器人；
● 鉚接件的靜載荷強(qiáng)度保持不變；
● 不增加鉚接加工工時(shí)；
● 可與市場(chǎng)上常見(jiàn)的機(jī)器人手臂進(jìn)行連接。