ABB的Srinivas Nidamarthi博士縱論汽車組裝接合技術(shù)
百余年來，整車組裝一直由傳統(tǒng)的機(jī)械接合技術(shù)唱主角。隨著現(xiàn)代汽車工業(yè)不斷引入各類新型制造材料，零部件與金屬底盤的接合工藝也日趨多樣化。
下文摘編自Ruari McCallion首發(fā)于《汽車制造解決方案》11/12月號的一篇文章
百余年來，整車組裝的零部件接合工藝主要依賴焊接、螺栓螺母緊固等傳統(tǒng)機(jī)械手段，而膠合、縫合等技術(shù)僅限于內(nèi)飾裝配等少數(shù)幾個環(huán)節(jié)。隨著熱塑性材料等各類新材料在現(xiàn)代汽車工業(yè)中的逐漸普及，零部件與金屬底盤的接合工藝也在不斷演進(jìn)。
“一開始，新型的、替代性的接合技術(shù)在應(yīng)用上有比較大的局限性，短期內(nèi)不見得能取代傳統(tǒng)工藝——比如點(diǎn)焊——的地位，因?yàn)榻窈?0年，也就是到2020年左右，汽車設(shè)計(jì)已經(jīng)基本定型。”ABB機(jī)器人部汽車機(jī)器人系統(tǒng)分部技術(shù)經(jīng)理Srinivas Nidamarthi博士預(yù)測道。該分部專為航天和汽車企業(yè)提供包含鉚接、焊接、壓接、滾邊、粘合等一系列作業(yè)環(huán)節(jié)在內(nèi)的“交鑰匙”組裝線。
典型的ABB白車身點(diǎn)焊系統(tǒng)
他指出，現(xiàn)代的白車身組裝涉及15～20種接合技術(shù)，其中最常見的3種自動化工藝是點(diǎn)焊（占30%～60%）、弧焊和膠合。
其他次要技術(shù)包括鉚接（以鋁合金車身為主）、壓接和滾邊等。Nidamarthi認(rèn)為，滾邊雖是一種傳統(tǒng)工藝，但在當(dāng)今的汽車組裝環(huán)節(jié)中依然不可或缺。
“冷美學(xué)”
“車門等外露區(qū)域采用滾邊加工，更具有美感，還能提高安全性。”Nidamarthi說，“尾門、后備箱蓋、輪罩這些地方也需要滾邊。”滾邊與壓接類似，屬于冷成型工藝。滾邊需要對金屬邊緣或法蘭施以強(qiáng)力彎曲，整個流程包含三至四道工序。壓接技術(shù)則利用金屬板材的塑性變形特性，通過沖壓法完成部件接合。這兩種技術(shù)均屬機(jī)械性緊鎖，只要不涉及脆性材料，都可實(shí)現(xiàn)多層接合。二者工藝相對簡單，噪聲小，能耗低，不像焊接需要高壓電支持。
ABB滾邊系統(tǒng)
滾邊技術(shù)也有其局限性：一是非扁平材料不能發(fā)揮最佳效果；二是材料需要帶法蘭邊，導(dǎo)致重量增加。不過總體而言，還是利大于弊。“金屬卷邊很難點(diǎn)焊，由此催生了激光焊、銅焊等一批接近無法蘭接合的技術(shù)。”ABB正是這些新型技術(shù)的提供商之一。
“我們將壓接、鉚接和滾邊歸為一類，稱為冷壓力應(yīng)用技術(shù)。”Nidarmarthi繼續(xù)介紹說，“不同的技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。究竟選擇哪一項(xiàng)技術(shù)，取決于具體的材料組合和車輛約束條件。冷壓力技術(shù)需要使用重型沖壓機(jī)，因此，壓接和滾邊的理想對象是延展性材料。至于脆性材料，比如雪佛蘭Corvette使用的鎂合金，就不適合這兩種工藝了，而應(yīng)該有針對性地選用其他接合技術(shù)。”對于該車型，Nidamarthi傾向于粘合工藝，這種技術(shù)更清潔，無需施加強(qiáng)壓力，而且能一次加工完成。不過，壓接和滾邊也自有其優(yōu)勢。
“在一個表面涂覆粘合劑時，另一個表面不會自動同時到位。”他解釋說，“壓接和滾邊卻能準(zhǔn)確無誤地自動完成接合，不用操心對位問題。”大部分自動化工序都存在一定的錯位率，粘合也不例外，采用視覺系統(tǒng)和高精度計(jì)算技術(shù)（如機(jī)器人控制膠槍）可以克服這一點(diǎn)。陶氏化學(xué)的一項(xiàng)相關(guān)研究顯示，僅用0.5千克粘合劑最多可為車輛減重23千克。
一方面，激光焊等先進(jìn)技術(shù)的投資和運(yùn)營成本居高不下，使一批潛在用戶望而卻步；而另一方面，這些技術(shù)又因其柔性優(yōu)勢而獲得青睞。除新興的膠槍粘合技術(shù)之外，由機(jī)器人控制的焊機(jī)及壓接/滾邊設(shè)備也可在車身裝配車間自由移位，從而使接合環(huán)節(jié)的成本效益達(dá)到最大化。
各顯其能
面對不斷出現(xiàn)的新材料，OEM廠商必須做出決策，是對現(xiàn)有接合工藝實(shí)施適應(yīng)性改造，還是直接采用相匹配的新工藝。新型焊接技術(shù)、強(qiáng)適應(yīng)性的壓接/滾邊技術(shù)、以及對連接不同金屬極富靈活性的緊固技術(shù)，都將在接合領(lǐng)域中占有一席之地。與此同時，隨著車體輕量化需求的上升，接合強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的提高，粘合技術(shù)的市場份額很可能持續(xù)擴(kuò)大，但固化時間長、投資成本大的劣勢又會延緩其普及速度。