咬口连接和粘合连接--一对应用于复杂混合结构的连接技术

作者：Timm Kuhne    来源：德国BLECH In Form 杂志

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 在粘合连接在车身制造中应用增多的同时，咬口连接又重新成为生产技术人员关注的焦点。在 这期间咬口连接技术在戴姆勒•克莱斯勒新的S-Klasse车身制造中显然具有十分重要的意义。在广泛试验后形成的柔性连接方法,表明是绝对适合于大批量生产的。这样，当今在戴姆勒•克莱斯勒设在Sindelfingen的工厂里，每天可靠地进行着263000个点的咬口连接。 在车身生产中日益增多的混合结构发展趋向，迫切需要采用创新的连接技术，尤其是在热连接技术受到限制，或没有能力使新板材的较高强度变为较高强度的连接组件这样的连接技术领域。W221（戴姆勒•克莱斯勒的S-Klasse）白车身的实例表明，作为机械连接技术的咬口连接，既可作为单独的、基本的连接工艺，也可作为与粘合连接工艺联合（混合连接）使用，这种咬口连接技术在白车身上提供了对实际生产具有十分重要意义的解决方法。 曲线图上清楚说明了在二十世纪末车身制造中粘结剂消耗量跳跃式增加的情况，推算出日益增多的咬口连接任务。在所要连接的不同类型板料之间，不存在硬化的粘合剂的连接任务。这在许多情况下，在确定最佳的咬合工具（凸模和凹模）时，需要一个同常规咬口连接相比更好的解决方法。如果按照用户的要求，即使是不同的连接任务，要用同一台咬口连接设备（亦即具有同样的最大冲程和一样的模芯）来实现。这是非常值得加以考虑的。 新的S-klasse有60种不同的连接任务 在W221白车身的实例上应解决60种不同的连接任务，对于这些连接任务，常规的咬口连接工艺有的是单独使用，或者有的是同粘接联合使用。不仅用于相同材料件的连接，而且也用于不同材质板组件的连接。所要加工的板料品种从诸如: 较高强度的深拉深钢St 06 ZE到高强度的诸如Dualphasen钢DP 600，这类钢可以相互进行连接或者以混合结构方式同铝合金（例如AlMg4.5Mn）板材进行连接，对于这种连接,同时能满足厚度从1.20至3.25mm相对宽的板料品种。为进行白车身的咬合连接，总共使用了45付咬口连接的弓形钳，在车身的下列结构元件上实施连接任务：后壁（Z1-RW工位，采用10个咬口弓形连接钳），后车厢（Z1-HW工位，采用15个咬口弓形连接钳），车身段（Z2-AS工位，采用5个咬口弓形连接钳），工业机器人工段（Z2-RS工位，采用4个咬口弓形连接钳），侧壁（Z2-SW工位，采用5个咬口弓形连接钳），后盖（Z3-HD工位，采用2个咬口弓形连接钳）和前挡泥板（Z3-VK工位，采用4个咬口弓形连接钳）。咬口连接点是布置在后车厢范围内，另外是在后底板上。在后车厢内部范围的咬口连接点是用来进行对行李舱后壁、后车架横梁、后中间机件、尾灯安置架以及后底板的连接。也是在这里，由深拉深钢和Dualphasen钢制成的成形件同制造车身用的典型材质的铝合金件以混合结构方式进行连接。 在采用粘结剂的情况下，咬口连接参数的变动 有许多情况，这些连接任务是以混合结构方式来进行的，就是说，是以咬口连接和粘合连接的工艺复合来进行的。考虑到降低投资费用，以尽可能采用较少的咬口弓形连接钳有着特别重要的意义。 对此，为没有粘结剂参与咬口连接任务所找到的解决方案，示范性地表示在咬口连接工艺的样品成果（Ⅰ）图上。与此同时，在图上所表示的连接任务，还表明了钢和铝合金混合结构方式的一致性。但是，根据连接方向的转变或者在凸模一侧板材厚度的变化最终得到三种不同的连接方式，这几种连接方式采用咬口弓形连接钳是可以实现的。 对于有粘结剂参与的咬口连接任务，为了获得一个符合要求和过程可靠的>内部<咬口连接点的几何形状（颈部厚度和侧凹），需要对咬口连接参数的变量（凸模直径、凹模的深度、底板厚度）进行内容广泛的研究。有关有粘结剂参与的咬口连接任务优化成果的总结是表示在咬口连接工艺样品成果（Ⅱ）的图上。所示连接任务的共同之处是都采用了>Betamate 1496VZ<粘结剂。咬口连接任务的不同之处，一方面是通过改变凸模和凹模一侧的板材，另一方面是通过改变板材的厚度。 为了能采用一个咬口弓形连接钳来实现四个连接任务，还需要对咬口连接参数进行广泛的研究，在其确定的框架范围内，为了综合这些混合连接任务，有关排除粘结剂的工艺方法的改动是必要的。首先，这对于影响生成咬口连接点侧凹是非常有利的。咬口连接设备本身是设计成典型的C型弓形结构形式，这种设备，则根据连接部位的位置有水平和垂直悬臂结构两种。对于在凸模一侧安排铝合金板的咬口连接任务，可采用微量喷液系统。这个喷液系统，在连接工艺过程开始之前，直接在连接区敷设能自动挥发的隔离液。 为了提高凸模的使用寿命，可在咬口连接的凸模上涂了一层特殊的硬材料涂层。视不同的连接任务，必要的连接冲压力是在35kN和60 kN范围之间，由气液压力变换器传递。 在采用工业机器人来操作构件的生产单元里，咬口弓形连接钳合乎逻辑地是固定架设的。在这种情况下，比较重的咬口弓形连接钳重量是无关紧要的。这样，弓形钳可以设计得有特别高的刚性。在构件固定夹紧的生产单元里，咬口弓形连接钳由工业机器人来操控移动。在这种情况下，咬口连接装置的重量具有重要意义，因为，这个重量不允许超出工业机器人操作搬运的允许重量。尽管如此，在减轻咬口弓形连接钳的重量的同时，自然也必须相应重视弓形钳的刚性。 这个问题是通过专门的轻型结构的弓形钳来解决的。由于比固定弓形钳可明显减轻弓形钳的重量，这种弓形钳的弹性变形位移量尽管比较大，但是，弓形钳在以线性特性作弹性变形情况下，仍可保持咬口连接工具的弹性变形的动特性。总共安置了五种类型的伸距最大达840 mm的轻型结构的弓形钳。为了确保咬口连接点的质量，所有的咬口连接装置装有在线过程监控系统。此外，该系统的软件能够区分系统偶然出现的过程故障。利用这种软件功能可以减少设备不必要的停机次数，因此可以提高设备的利用率。 每天400个已连接好的白车身运出工厂 以W221白车身为例可以说明，咬口连接工艺是一种即使在混合结构要求较高的情况下，也可适合于大批量生产的机械连接技术。这种机械连接技术，即使在存在结构用粘结剂的同时，还是可以采用同一个咬口连接弓形钳和配套工具可靠地来进行不同的咬口连接任务。对咬口连接参数变量所进行的广泛研究表明，迄今对咬口连接技术在混合结构中所已知的应用限制，证明是不会损及到工艺过程的可靠性。通过应用咬口连接参数研究的成果仅仅凭借着四副凸模和凹模的不同组合就可以实现总计60种不同的连接任务。在拟定连接技术方案时要足够考虑实际的生产，在生产系统的用户，即在Sindelfingen的戴姆勒•克莱斯勒汽车股份公司的领导下实施了上面所述的工艺优化工作。在进行优化时，成功地解决了铝合金板料在咬口连接凸模上接触粘连的问题，人们是通过采用特殊的硬材料凸模涂层同配合使用微量涂敷一种能自动挥发的隔离剂来实现的。 可采用由工业机器人操作咬口弓形连接钳的轻型结构模式，这种结构模式，由于它的线性弹性变形的特性，还有较大伸距的弓形钳，因此，就可以很方便地接近离构件周边比较远的连接部位。如已提及的，所采用的过程监控系统可以将不必要的停机次数降到最低程度，并且提高设备的利用率。按照这里所述的方式，S-Klasse车身的连接任务，每天按三班制运行，约完成400个白车身的连接工作。由于在每个车身上有658个咬口连接点，由此可以得出每天约达到263000个咬口连接点，这是一个非常大的数量，是一个证明咬口连接和咬口—粘合连接的高质量水准和给人印象深刻的数量。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (7/13/2008)