ABB-工业机器人在汽车组装接合技术上大有所为
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  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。

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