ABB的Srinivas Nidamarthi博士纵论汽车组装接合技术_汽车组装接合技术_ABB

ABB的Srinivas Nidamarthi博士纵论汽车组装接合技术

2012/3/22 13:34:06

百余年来，整车组装一直由传统的机械接合技术唱主角。随着现代汽车工业不断引入各类新型制造材料，零部件与金属底盘的接合工艺也日趋多样化。
下文摘编自Ruari McCallion首发于《汽车制造解决方案》11/12月号的一篇文章

百余年来，整车组装的零部件接合工艺主要依赖焊接、螺栓螺母紧固等传统机械手段，而胶合、缝合等技术仅限于内饰装配等少数几个环节。随着热塑性材料等各类新材料在现代汽车工业中的逐渐普及，零部件与金属底盘的接合工艺也在不断演进。

“一开始，新型的、替代性的接合技术在应用上有比较大的局限性，短期内不见得能取代传统工艺——比如点焊——的地位，因为今后10年，也就是到2020年左右，汽车设计已经基本定型。”ABB机器人部汽车机器人系统分部技术经理Srinivas Nidamarthi博士预测道。该分部专为航天和汽车企业提供包含铆接、焊接、压接、滚边、粘合等一系列作业环节在内的“交钥匙”组装线。

典型的ABB白车身点焊系统

他指出，现代的白车身组装涉及15～20种接合技术，其中最常见的3种自动化工艺是点焊（占30%～60%）、弧焊和胶合。

其他次要技术包括铆接（以铝合金车身为主）、压接和滚边等。Nidamarthi认为，滚边虽是一种传统工艺，但在当今的汽车组装环节中依然不可或缺。

“冷美学”
“车门等外露区域采用滚边加工，更具有美感，还能提高安全性。”Nidamarthi说，“尾门、后备箱盖、轮罩这些地方也需要滚边。”滚边与压接类似，属于冷成型工艺。滚边需要对金属边缘或法兰施以强力弯曲，整个流程包含三至四道工序。压接技术则利用金属板材的塑性变形特性，通过冲压法完成部件接合。这两种技术均属机械性紧锁，只要不涉及脆性材料，都可实现多层接合。二者工艺相对简单，噪声小，能耗低，不像焊接需要高压电支持。

ABB滚边系统

滚边技术也有其局限性：一是非扁平材料不能发挥最佳效果；二是材料需要带法兰边，导致重量增加。不过总体而言，还是利大于弊。“金属卷边很难点焊，由此催生了激光焊、铜焊等一批接近无法兰接合的技术。”ABB正是这些新型技术的提供商之一。

“我们将压接、铆接和滚边归为一类，称为冷压力应用技术。”Nidarmarthi继续介绍说，“不同的技术都有各自的优缺点。究竟选择哪一项技术，取决于具体的材料组合和车辆约束条件。冷压力技术需要使用重型冲压机，因此，压接和滚边的理想对象是延展性材料。至于脆性材料，比如雪佛兰Corvette使用的镁合金，就不适合这两种工艺了，而应该有针对性地选用其他接合技术。”对于该车型，Nidamarthi倾向于粘合工艺，这种技术更清洁，无需施加强压力，而且能一次加工完成。不过，压接和滚边也自有其优势。

“在一个表面涂覆粘合剂时，另一个表面不会自动同时到位。”他解释说，“压接和滚边却能准确无误地自动完成接合，不用操心对位问题。”大部分自动化工序都存在一定的错位率，粘合也不例外，采用视觉系统和高精度计算技术（如机器人控制胶枪）可以克服这一点。陶氏化学的一项相关研究显示，仅用0.5千克粘合剂最多可为车辆减重23千克。

一方面，激光焊等先进技术的投资和运营成本居高不下，使一批潜在用户望而却步；而另一方面，这些技术又因其柔性优势而获得青睐。除新兴的胶枪粘合技术之外，由机器人控制的焊机及压接/滚边设备也可在车身装配车间自由移位，从而使接合环节的成本效益达到最大化。

各显其能
面对不断出现的新材料，OEM厂商必须做出决策，是对现有接合工艺实施适应性改造，还是直接采用相匹配的新工艺。新型焊接技术、强适应性的压接/滚边技术、以及对连接不同金属极富灵活性的紧固技术，都将在接合领域中占有一席之地。与此同时，随着车体轻量化需求的上升，接合强度标准的提高，粘合技术的市场份额很可能持续扩大，但固化时间长、投资成本大的劣势又会延缓其普及速度。