《汽車制造工藝技術》 教案 任務十一 汽車包邊和滾邊工藝

編號：LNJD-PR08-RE08授課方案授課教師張德虎課程名稱汽車制造工藝技術1單元25授課時間年月日年月日年月日第周第周第周星期星期星期第節(jié)第節(jié)第節(jié)班班班授課章節(jié)任務十一汽車包邊和滾邊工藝教學目標知識目標：掌握包邊概念、包邊設備類型；掌握包邊缺陷；了解包邊專機系統(tǒng)結構組成能力目標：能正確使用電子束焊、等離子焊和激光焊的設備和工具素質目標：培養(yǎng)學生愛動腦、善于查資料的素質重點難點重點：包邊設備類型難點：包邊專機結構組成教學地點普通教室□一體化教室R多媒體教室R實訓室□實驗室□企業(yè)現(xiàn)場□其他教學方法及手段常規(guī)教學□啟發(fā)式教學√現(xiàn)場教學□案例教學□問題教學√項目教學√多媒體教學□演示教學□其他教學過程設計一、復習二、導入三、講授新課四、提問五、布置作業(yè)六、總結教學后記遼寧機電職業(yè)技術學院教案用紙No授課內容備注任務十一汽車包邊和滾邊工藝【復習】1.電子束焊概念、焊接原理？2.氣等離子弧焊概念、焊接原理？【導入】什么是汽車包邊工藝？包邊即通過包邊設備將外板折合后包住內板，使之連接成一體，以提高包邊件的強度。如今也有種說法叫滾邊，其實滾邊也是包邊，只不過用的工藝不同。它們的區(qū)別在于：滾邊是機器人的滾輪對鈑金件邊沿來回運動，而包邊是模具對鈑金件邊沿整體的沖壓?！局v授新課】一、汽車包邊工藝基礎知識1.概述2.原理3.包邊設備（1）液壓包邊機該套系統(tǒng)主要由電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)構成，其包邊的功能實現(xiàn)是由電控系統(tǒng)對包邊主機進行控制，液壓系統(tǒng)提供包邊動力，機械系統(tǒng)執(zhí)行預包邊和本包邊，機械部分在下降過程中完成兩道工序，分別為45o折彎和90o壓平。如圖4-66所示，上下虛線框內分別是液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)部分。（2）機器人滾邊機器人滾邊設備主要由機器人滾邊胎膜、滾頭裝置和電氣控制系統(tǒng)組成。機器人滾邊一般由3道工序完成：90°→60°→30°→0°，在工件形狀比較規(guī)則的時候，也可以兩道工序完成滾邊，特殊部位（復雜工件的過渡區(qū)域）則需要通過4道滾邊工序完成。機器人滾邊通過近年來的發(fā)展，技術已較為成熟，能滿足較高的生產要求，投資成本較低，后期維護較為簡單，也能實現(xiàn)柔性切換生產，但若生產節(jié)拍超過60s/臺，機器人滾邊方法還是較難實現(xiàn)的，同時，機器人滾邊對沖壓的工件狀態(tài)要求更高。機器人滾邊工藝起源于歐洲，目前在國內的主機廠已經被大量使用。機器人滾邊的供應商在國內主要有Edag、ABB、COMAU、ThyseenKrupp等。滾頭作為機器人滾邊的核心技術，各家公司都有自己的風格并申請了專利保護。國內使用較多的是Edag、Kuka、ABB、COMAU滾頭，其中Edag、ABB、COMAU使用的滾頭是通過氣缸或者彈簧來調整預滾邊壓力和最終壓力的，Kuka公司使用的滾頭是通過一套伺服機構來控制滾邊壓力的，但Kuka的滾頭只能與Kuka的機器人配合使用，不能與其他機器人進行配套使用。4.包邊類型汽車上的門、蓋大多都采用包邊工藝，包邊類型根據產品的設計特征各有不同，在不同的位置有不同的包邊方式。主要包邊類型見表4-23。5.包邊缺陷汽車包邊對工件的平順、光滑要求特別高。在實際的生產過程中可能經常發(fā)生各種類型的缺陷，這些問題都會直接影響顧客對產品質量評判，因此在生產過程中對缺陷問題的改善是非常重要的一項工作。圖4-68列出一些在包邊生產中經常出現(xiàn)的問題，這些問題無論是在液壓包邊還是在機器人滾邊中都可能出現(xiàn)。二、包邊工藝控制要點（1）對外板的要求包邊在不同部位對工件的要求并不一致，如普通部位、圓弧拐角部位、門或蓋角部部位等對沖壓件的翻邊高度要求都不一樣，對沖壓件的公差和穩(wěn)定性要求都比較嚴，一般都在±0.5mm以內，在部分地方，如角部部位，要求可能會更高，如圖4-69所示。門、蓋的角部位置根據工件的設計特征決定是全包邊、半包邊，還是保持沖壓件的原始形態(tài)，其主要決定因素為工件本身在角部的圓弧半徑R的大小，具體要求如圖4-70所示。對于一般用于前蓋后部的水滴狀包邊，其形狀與普通的包邊有所不同，對工件的設計要求也不太一樣，圖4-71所示為水滴狀包邊的工件要求。（2）對內板的要求在包邊過程中，內、外板合裝到一起是要做的第一步工作，內、外板的間隙一般要求1.5~2mm（圖4-72），以避免內、外板的干涉。三、滾邊縮進量（Roll-in）在包邊過程中，工件的輪廓線會因為材料向內側翻轉的力，輕微地向內側收縮一定的量，有些時候該輪廓線也會往外側擠出一點，如圖4-73所示。根據工藝性質的不同，該量也不盡相同，如鋼板件使用機器人滾邊一般為0.2~0.3mm。其參考值見表3-24。在生產過程中，該值的大小量并不是特別重要，重要的是整個包邊區(qū)域的量要一致，而不能出現(xiàn)較大的偏差（>0.3mm），否則包邊后的輪廓線會有波動，在涂裝噴漆后會變得更加明顯，影響包邊的平順、光滑性。由于包邊的要求一般都會很高，故對單件工件和工裝夾具的要求都比較高，在項目前期尤其要對沖壓工件進行深入分析，對翻邊高度和角度都要進行檢討，對內板與外板的合裝通過CATIA/UG等軟件進行動態(tài)模擬分析，保證內、外板之間有足夠的間隙，規(guī)避后期合裝時的干涉風險。對工裝夾具都要反復驗證其合理性，以避免在后期出現(xiàn)問題。夾具設計定型后，很大程度上就決定了包邊后整體狀態(tài)，因此，在項目前期一定要做充分的研究分析工作。四、汽車滾邊工藝影響因素機器人滾壓包邊是通過安裝在機器人臂上滾邊頭中的滾輪，在滾邊胎模的支撐下沿板件包邊型面進行滾壓包邊的新型內、外板連接技術，具有成本低、模具占地小、柔性化程度高等特點。目前，國內外一些先進的汽車制造企業(yè)已將此項技術應用于制造外掛件，例如車門、行李艙蓋和發(fā)動機艙蓋以及天窗開口、輪罩等。機器人滾邊的質量直接影響車身裝配尺寸的精度、車身覆蓋件的表面質量、整車外觀的美觀性及強度，因此，機器人滾邊質量控制尤為重要。在此通過簡單介紹機器人滾邊系統(tǒng)，從零件狀態(tài)、機器人滾邊硬件設備和軟件等方面探討對滾邊零件質量影響因素及影響情況，為機器人滾邊技術的應用和滾邊零件質量提升提供參考。影響機器人滾邊質量的主要因素有前面提到的產品特征，即沖壓件的翻邊高度和角度，還有機器人本身的滾邊程序（包含滾邊壓力和滾邊速度），以及相關的滾頭設備設計和與之相關的工裝夾具（胎膜及定位夾具）。1.沖壓件翻邊參數

零件翻邊是板料非線性大變形的成形工藝，翻邊參數的確定直接影響滾壓零件質量和制造成本。一方面，翻邊高度太高會導致滾壓過程中產生翻邊起皺現(xiàn)象，零件質量差，此時，在現(xiàn)場調試翻邊操作時需要對翻邊進行打磨，浪費人力物力，而對于沖壓模具，需要重新修模，以獲得合理的翻邊高度，工作量大，成本高；另一方面，翻邊高度過低會產生包不住等問題，難以滿足工件的設計要求，導致零件強度不足或漏水等整車質量隱患。因此，如何在沖壓開模之前確定合理的翻邊高度對提高整車質量和降低生產成本意義重大。一般情況下，翻邊角度要求在90°~100°之間，最大也不要超過120°，否則會出現(xiàn)輪廓線不清晰、翻邊后棱線不清晰等質量問題。2.機器人滾邊程序機器人滾邊質量與滾邊程序編制密切相關。在實際應用中，滾邊硬件設備到位后，首要的工作就是根據具體沖壓件的尺寸及狀態(tài)進行現(xiàn)場調試，包括滾邊軌跡、機器人運動速度、機器人姿態(tài)、滾輪切入角度、滾邊壓力等，要求機器人調試工程師具備豐富的現(xiàn)場調試經驗，能應對現(xiàn)場出現(xiàn)的各種問題，以保證滾邊零件質量。整個程序編制以及調試優(yōu)化是否合理、是否完善，對零件滾邊成形有著至關重要的影響。機器人程序在調試過程中往往需要反復調試，而一個經驗豐富的機器人調試工程師會大大減少重復的次數。在質量改善提高的過程中，通常需要管控質量的人員與機器人調試人員共同協(xié)作，完成調試工作。3.滾邊壓力機器人滾邊過程中，對滾頭施加壓力進行合理控制是取得良好滾邊質量的關鍵因素之一。滾邊壓力大會破壞鈑金，造成工件滾邊開裂缺陷，同時，可能在外板外表面形成包邊印，造成工件表面質量缺陷；而滾邊壓力小則會造成包邊過松，滾邊起皺等缺陷，甚至出現(xiàn)內、外板錯動的現(xiàn)象，不能滿足工件設計要求。另外，滾頭壓力控制不勻也易造成工件涂密封膠烘烤之后出現(xiàn)氣泡，影響滾邊工件的外觀質量。目前機器人滾邊過程中滾邊壓力的控制可通過以下幾種方式實現(xiàn)：機器人直接施壓、彈簧施壓、氣囊或氣缸施壓、液壓及伺服電動機驅動等。如上文提到的一般供應商多采用彈簧控制滾邊壓力，而KUKA則使用一套伺服電動機來控制滾邊壓力。無論通過什么方式來控制壓力，滾邊的壓力要考慮到所使用的滾頭直徑和工件特征，一般部位滾邊壓力可以達到1.2~1.8kN，但對于某些工件上容易變形的小區(qū)域部位，滾邊壓力可能只有0.6~0.8kN。滾邊壓力也是一個需要反復調試的工作。4.滾邊速度工件滾邊的速度與工件的最終質量有密切關系。如果滾邊速度過快，會導致工件滾壓部位起皺，降低工件滾邊質量；如果滾壓速度過慢則會增加工件制造時間，從而影響制造成本。因此針對不同工件，合理選擇滾壓速度是機器人滾邊質量控制的途徑之一。一般情況下，機器人的滾邊速度設置在200mm/s；在滾邊曲率變化大、翻邊角度大的區(qū)域，機器人的滾邊速度要慢一些，通常在50~150mm/s；相對平直、曲率變化小、翻邊角度小的區(qū)域滾邊速度可選擇為200~300mm/s；機器人軌跡優(yōu)化較好的情況下滾邊速度可以達到500mm/s。5.胎膜及定位夾具滾邊胎模采用整體鑄造數控加工而成，其型面與零件外板的型面相吻合，它的定位精度直接影響著工件的整體尺寸精度。胎模定位機構的精度直接影響包邊前工件的內、外板間的相互關系，從而影響最終滾邊質量，且胎模的表面質量會直接反映在工件外板表面上。同時，胎模的設計也影響滾邊壓力的穩(wěn)定性，從而影響滾邊質量。圖4-74a為普通的滾邊預折彎加工方法，滾頭不與滾邊模具直接接觸，滾頭的位置與壓力完全由輸入機器人的程序決定，需多個指令點。圖4-74b為采用模具引導面的預先折彎加工方法，滾邊模具上設置導向面，部分滾頭與模具直接接觸，即使是少量指令點的情況，也能在不影響板材形狀（凸凹）前提下提供穩(wěn)定的滾邊壓力，從而提高滾邊質量。需要注意的一點是，在長時間的往返滾邊過程中，胎膜會慢慢變形，所以對胎膜的硬度和耐磨性提出了較高的要求，一般情況，胎膜的硬度要達到58HRC以上，同時每隔一段時間應進行專業(yè)的維護和保養(yǎng)。6.滾頭特征目前，國內的幾大滾邊公司ABB、EDAG、KUKA、ThyseenKrupp等都有自己不同理念的滾頭設計，各有其優(yōu)勢。需要注意的是，滾頭的耐磨性一般都非常的高，但滾頭表面有時會在長時間的滾邊過程中粘上鐵屑，應及時的進行清理，否則會造成質量缺陷，導致滾邊區(qū)域凹凸不平。五、專機包邊工藝介紹汽車上的門、蓋包邊在隨著包邊工藝的發(fā)展過程中，由最初的沖壓模包邊方式到機器人滾邊，雖然柔性化、成本控制等都有一定程度的改善，但機器人滾邊的包邊方式相對傳統(tǒng)的包邊方式還是有兩個比較明顯的劣勢：穩(wěn)定性沒有沖壓模包邊的高，超過60件/h的產量時，滾邊實現(xiàn)的困難程度較高，因此，汽車專機包邊的方式應運而生。1.包邊專機系統(tǒng)包邊專機系統(tǒng)是由液壓站或者其他動力設施提供動力，驅動氣缸動作，帶動包邊模塊向定位好的門、蓋外板翻邊用力，實現(xiàn)包邊，其主要的機構如圖4-75所示。（1）液壓站液壓站是液壓系統(tǒng)的重要組成部分（動力源），它向液壓系統(tǒng)提供一定壓力、一定流量的工作介質。（2）定位壓緊裝置包邊專機采用框架式氣動壓緊定位機構（圖4-76），以保證內板具有較高的定位精度（±0.2mm），同時保證工件經壓緊后無畸變及劃痕，還可防止外板受力后在底模上移動。（3）底模底模選擇鉻鉬合金材質，并進行適當的熱處理以保證有足夠的強度、硬度及耐磨性，其表面硬度應達到50HRC以上，部分公司甚至要求達到58HRC以上，根據工件外板數模進行設計，對精度要求較高，如圖4-77所示。（4）角部包邊總成部分產品的角部要求全部包邊，或者半包邊狀態(tài)，這種情況下是不能通過直接包邊的結構完成的，而需要一套專門在角部工作的機構來完成此類工作。（5）包邊總成模塊除門、蓋的拐角包邊采用角部包邊總成完成外，門、蓋的其他部位包邊均可由包邊總成模塊完成，為確保包邊壓實，模塊的線壓力要保持在1000～1500N/cm范圍。包邊總