新型汽車鈑金件壓力連接方法及設(shè)備研究

楊潔

貴州工商職業(yè)學(xué)院 貴州省貴陽市 551400

1 引言

汽車行業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要部分，傳統(tǒng)的焊接方法在材料的連接上有著越來越多的問題，而新型的壓力連接方法以其簡(jiǎn)單高效的生產(chǎn)流程得到了廣泛的應(yīng)用，而相關(guān)設(shè)備的改進(jìn)也進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了壓力連接法的自動(dòng)化和高效化。

2 汽車鈑金件連接加工的簡(jiǎn)介

隨著技術(shù)的進(jìn)步，汽車行業(yè)近年來有著巨大的進(jìn)步，我國人口總數(shù)已經(jīng)突破了14億大關(guān)，汽車制造業(yè)無論是技術(shù)還是質(zhì)量都得到了長足的發(fā)展，在技術(shù)與效益方面取得了長足的進(jìn)步。汽車行業(yè)在我國GDP中所占的比重越來越大，體現(xiàn)了我們正從傳統(tǒng)的落后生產(chǎn)加工行業(yè)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐约夹g(shù)和先進(jìn)制造業(yè)為主的經(jīng)濟(jì)體系，成為全球主要的汽車制造和消費(fèi)國家。汽車的鈑金件，其連接加工過程在汽車的整個(gè)生產(chǎn)過程中占有重要的地位，鈑金件的質(zhì)量和技術(shù)含量直接影響汽車的質(zhì)量和技術(shù)含量。

傳統(tǒng)的汽車鈑金件連接方式有鉚接、焊接與螺栓連接三種方式，汽車鈑金件連接過程中通常采用焊接的連接方法。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)汽車質(zhì)量以及附加屬性要求的提高，汽車鈑金件的厚度也在逐漸降低，汽車的車身材料從過去的0.1公分減少到0.07公分左右，由此也導(dǎo)致過去的焊接工藝使用受到了影響，厚度變薄意味著焊接過程

中更容易把材料燒穿；并且新的汽車材料也在不斷的被發(fā)現(xiàn)和開發(fā)出來，要如何將幾種特性不同的材料進(jìn)行有效的焊接，對(duì)焊接的技術(shù)工藝有著巨大的要求，并且焊接本身都會(huì)留下焊接痕跡影響外觀。這些問題都進(jìn)一步限制了焊接技術(shù)的應(yīng)用，所以隨著技術(shù)的進(jìn)步，壓力連接作為一種全新的汽車構(gòu)件連接方法被開發(fā)出來。

3 壓力連接技術(shù)概述

壓力連接方法的原理是利用凸模、凹模以及各種沖壓設(shè)備，對(duì)各種材料構(gòu)件進(jìn)行擠壓，使得不同尺寸和組成的材料慢慢產(chǎn)生變形，最后連接成一個(gè)整體，在通過內(nèi)部嵌合實(shí)現(xiàn)連接的一種方法。是一種現(xiàn)代的簡(jiǎn)單高效的連接工藝。如下圖1所示，壓力連接設(shè)備通過一個(gè)基本的凸模，利用沖壓做功，將要進(jìn)行壓力連接的構(gòu)件通過凸模和凹模的做功進(jìn)行擠壓，凸模一側(cè)的構(gòu)件對(duì)凹模一側(cè)的構(gòu)件產(chǎn)生緩慢而巨大的壓力，凸模的板件擠壓凹模的板件，不同材料在這種冷擠壓的過程中產(chǎn)生擠壓形變，由于材料自身的可塑性和流動(dòng)性，不同板件實(shí)現(xiàn)內(nèi)部嵌合，形成了一個(gè)整體沒有毛刺、沒有棱邊的連接，并且由于不使用焊接和熱擠壓，也不會(huì)留下痕跡或者有燒穿的風(fēng)險(xiǎn)。

要完成這種壓力連接的過程常用的壓力連接設(shè)備是氣液增壓缸，氣液增壓缸利用氣體和液體產(chǎn)生壓強(qiáng)差，把空氣與液體進(jìn)行壓縮運(yùn)送從而產(chǎn)生巨大的壓力，根據(jù)壓力與壓強(qiáng)的關(guān)系P=F/S，最大化壓力。氣液增壓缸完成一次完成的冷擠壓壓力連接一般分為三個(gè)過程：快進(jìn)、增力以及返回行程。如下圖2所示，氣液增壓缸由工作缸、增力缸以及液壓油室組成。在快進(jìn)行程階段，設(shè)備還沒有和連接件進(jìn)行接觸，外阻力可以忽略不計(jì)，此時(shí)只用純氣動(dòng)的方式來使沖模運(yùn)動(dòng)，壓縮的空氣進(jìn)入a，推動(dòng)活塞1向外伸出，而b利用氣路排氣，完成活塞的快速運(yùn)動(dòng)，沖模因此可以頻繁的和連接件進(jìn)行接觸，并且接觸時(shí)的沖擊力不大，對(duì)連接件造成的撞擊力度較小，不會(huì)產(chǎn)生大幅的振動(dòng)和噪音。而當(dāng)沖模觸碰到連接件以后，沖模會(huì)受到連接件帶來的巨大外阻力，這時(shí)要繼續(xù)進(jìn)行壓力連接就需要?dú)庖涸鰤焊桩a(chǎn)生更大的推力，因此A和D中通入壓縮的空氣，活塞1和活塞2被推出，而活塞2的活塞桿直徑比活塞1的活塞桿直徑大，液壓油室中的液體壓力因此上升，所有的壓力傳導(dǎo)到活塞1上，并由活塞1的活塞桿再傳導(dǎo)到另一端，從而把活塞1推出，實(shí)現(xiàn)了沖壓的過程。增力行程結(jié)束以后，氣液增壓缸的控制氣動(dòng)換向閥切換成完全氣動(dòng)模式，沖壓模具迅速回到初始狀態(tài)，準(zhǔn)備下一個(gè)沖壓做功。

圖1 壓力連接技術(shù)的基本示意圖

圖2 氣液增力缸的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)作原理

4 汽車鈑金件壓力連接的設(shè)備

如下圖3所示，是一種常見的汽車鈑金件壓力連接設(shè)備的氣動(dòng)回路原理示意圖。系統(tǒng)的工作過程一般分為如下幾個(gè)階段：

（1）按照加工的特點(diǎn)，在進(jìn)行壓力連接之前先把需要連接的板件夾緊，給電控?fù)Q向閥8的電磁鐵通電，將壓縮空氣送入腔內(nèi)壓緊氣缸無桿腔，將要連接的板件壓緊。

（2）等待一段時(shí)間后，給電控?fù)Q向閥4的電磁鐵通電，使壓縮空氣通過調(diào)速閥13進(jìn)入氣液增力缸9的活塞的上部空間，而下部空間的壓縮氣體則經(jīng)過調(diào)速閥14以及電控?fù)Q向閥4出去。

（3）當(dāng)上部的沖模接觸到板件后，沖模會(huì)受到板件帶來的外阻力，由于前面提到的增力行程，工作活塞上部空間內(nèi)的氣體壓力持續(xù)增大，內(nèi)部壓縮氣體從調(diào)速閥12傳導(dǎo)到氣控?fù)Q向閥10，將空氣壓縮進(jìn)氣液增力缸的沒有活塞桿的部分，由于壓力增大使活塞開始下移，C中液壓增大，氣液增壓缸從快進(jìn)行程轉(zhuǎn)換為增力行程，上部沖模整體緩慢對(duì)連接件進(jìn)行大力的擠壓。也就是說氣液增壓缸工作中的活塞桿無論在快進(jìn)行程中的任何時(shí)候，只要受到了外界的阻力，都能通過氣體傳導(dǎo)和壓力傳導(dǎo)來進(jìn)行行程的變化，不需要人為的操控，從快速輕微接觸連接件轉(zhuǎn)變成緩慢擠壓連接件，同時(shí)在切換行程的時(shí)候能夠通過調(diào)速閥、轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行調(diào)整。

（4）當(dāng)構(gòu)件之間的擠壓達(dá)到一定程度后，由于材料本身的可塑性，構(gòu)件已經(jīng)完成了嵌合。這是控制器就會(huì)發(fā)送電信號(hào)給電控?fù)Q向閥4，換向閥4進(jìn)行斷電操作，壓縮氣體通過調(diào)速閥14傳到氣液增壓缸下部，而上部的氣體則經(jīng)過調(diào)速閥13出去。其余氣體經(jīng)過調(diào)速閥11、10出去，活塞失去內(nèi)部推力和外部阻力，開始回到初始位置。

（5）回到初始位置后，電控?fù)Q向閥8的發(fā)送電信號(hào)斷電，給氣液增壓缸施加外力的彈簧歸位，已經(jīng)擠壓好的構(gòu)件被松開

（6）電控?fù)Q向閥5發(fā)送電信號(hào)斷電，壓縮氣體通過6的沒有活塞桿的空間，凹模中的擠壓完畢的鈑金件被沖出。

5 結(jié)語

壓力連接方法既能滿足汽車生產(chǎn)過程中的工藝與技術(shù)要求，同時(shí)其環(huán)保、簡(jiǎn)潔高效的方式也符合我國工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。利用氣液增壓缸系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)壓力連接的自動(dòng)化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，是一種有效的新型生產(chǎn)設(shè)備。

圖3 氣動(dòng)回路的系統(tǒng)原理圖