機(jī)器人滾邊技術(shù)在白車(chē)身制造中的應(yīng)用及問(wèn)題解決方法

劉 鋒，王 寧，陸奇能，胡 雪，李 佳

（一汽-大眾汽車(chē)有限公司 吉林，長(zhǎng)春 130011）

0 引言

壓合技術(shù)在白車(chē)身滾邊生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，壓合是指利用壓合機(jī)構(gòu)或設(shè)備將門(mén)蓋外板翻邊進(jìn)行180°彎曲，使門(mén)蓋外板折邊包住內(nèi)板，以增加門(mén)蓋整體剛度和強(qiáng)度的工藝[1]。滾邊壓合為采用滾輪將這邊輥壓并包裹住另一個(gè)零件，以實(shí)現(xiàn)裝配[2]。車(chē)身的四門(mén)兩蓋內(nèi)外板采用滾邊工藝，門(mén)蓋滾邊工藝不僅要求零件表面光順、平整、無(wú)鈑金波浪、坑包等缺陷，還需要保證車(chē)門(mén)內(nèi)外板之間涂膠量及車(chē)門(mén)整體尺寸，涂膠不足影響車(chē)輛防腐及密封，尺寸偏差影響車(chē)門(mén)匹配間隙及閉合力，所以滾邊是門(mén)蓋開(kāi)發(fā)及制造過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)工藝。為增加不同車(chē)型設(shè)備通用性，降低投資成本[3]，提高問(wèn)題解決效率，目前車(chē)身的四門(mén)兩蓋普遍采用機(jī)器人滾邊技術(shù)。

1 機(jī)器人滾邊原理及技術(shù)特點(diǎn)

機(jī)器人滾邊壓合的原理：工業(yè)機(jī)器人的工具（滾輪），沿著被翻邊的工件輪廓進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)器人工具上滾輪所施加的力將工件在沖壓過(guò)程中所預(yù)留的翻邊在滾輪的作用下向內(nèi)側(cè)翻折，從180°或90°最后變成0°，從而將外表面件的邊緣緊緊低翻壓在內(nèi)板件上，是外板和內(nèi)板被整合成一體[4]。滾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡和壓力控制通過(guò)機(jī)器人編程實(shí)現(xiàn)[5]。

車(chē)身的四門(mén)兩蓋一般采用三次滾壓成型法[6]，每次壓合角度依次為30°、60°、90°，如果前蓋有水滴結(jié)構(gòu)滾邊，一般采用四次滾壓成型法，門(mén)蓋零件壓合邊曲率變化不大的區(qū)域也有采用兩次滾壓成型法的。滾輪壓入角對(duì)板件成型有顯著的影響[7]，比如在局部曲率變化大、形狀復(fù)雜的部位一般需要多次滾壓法才能完成內(nèi)外板的壓合。

根據(jù)滾邊的零件及位置不同，一般滾邊壓合有普通壓合、水滴（歐式）壓合、V 型（日式）壓合三種形式。其中發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋為提高安全性多采水滴壓合，門(mén)蓋其他區(qū)域多采用普通壓合形式。

與傳統(tǒng)機(jī)械壓合相比，機(jī)器人滾邊壓合在成本、設(shè)備構(gòu)造、壓合零件變形、維修調(diào)試、維護(hù)費(fèi)用、對(duì)外板開(kāi)口角度要求、預(yù)壓和角度等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，但在生產(chǎn)節(jié)拍、工作頻率及這邊次數(shù)方面機(jī)械壓合具有優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人滾邊壓合及傳統(tǒng)機(jī)械壓合優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 機(jī)器人滾邊壓合與機(jī)械壓合對(duì)比

2 機(jī)器人滾邊系統(tǒng)組成

機(jī)器人滾邊系統(tǒng)主要由三部分組成[8]：機(jī)器人系統(tǒng)、滾邊胎模及夾具系統(tǒng)、滾輪系統(tǒng)。機(jī)器人及其控制系統(tǒng)主要用于控制滾輪的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及機(jī)器人與其他相關(guān)系統(tǒng)之家的通信。滾邊過(guò)程由機(jī)器人抓持滾輪架執(zhí)行滾邊程序，依次完成整個(gè)車(chē)門(mén)的滾邊。

機(jī)器人需要根據(jù)零件的尺寸、滾邊位置、滾邊零件的材料等選用不同的機(jī)器人；滾輪直接與金屬板材零件接觸，是壓力直接傳輸?shù)牟考ａ槍?duì)不同滾壓零件的輪廓以及所要達(dá)到的滾邊效果，所用滾輪的形狀通常設(shè)計(jì)有30°、45°、90° 階輪和專(zhuān)用輪等[9]。

3 滾邊壓合質(zhì)量要求及常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 壓合厚度要求

壓合厚度由外板厚度S1、內(nèi)板厚度S2、涂膠間隙及公差四部分組成，見(jiàn)圖1，其中涂膠間隙需要根據(jù)膠的不同類(lèi)型預(yù)留不同尺寸，一般為0.2 mm，公差一般為0.4 mm，在進(jìn)行質(zhì)量檢查時(shí)對(duì)壓合厚度進(jìn)行測(cè)量，并結(jié)合厚度計(jì)算公式2 ×S1+1 ×S2+0.2+0.4判定壓合厚度是否滿(mǎn)足質(zhì)量要求。

圖1 壓合厚度

針對(duì)水滴滾邊，水滴滾邊區(qū)域壓合的最大厚度一般為5 mm±0.5 mm，因?yàn)樗螡L邊增大了人與車(chē)輛的圓角接觸區(qū)域，可以有效保護(hù)在碰撞時(shí)行人的安全，所以發(fā)動(dòng)機(jī)罩蓋一般采用水滴滾邊的形式，見(jiàn)圖2。

圖2 水滴滾邊厚度

針對(duì)有未封口的壓合滾邊，未封口的鈑金高度一般為3 mm，否則會(huì)影響后續(xù)涂裝密封工藝的實(shí)施及防腐性能，見(jiàn)圖3。

圖3 未封口滾邊厚度

3.2 開(kāi)口間隙及開(kāi)口角度要求

內(nèi)外板之間的壓合間隙一般要求小于0.5 mm，開(kāi)口角度需小于20°，否則影響門(mén)蓋防腐性能，具體見(jiàn)圖4。

圖4 開(kāi)口間隙及開(kāi)口角度要求

3.3 壓合涂膠質(zhì)量要求

在進(jìn)行壓合涂膠質(zhì)量檢查時(shí)，需要將門(mén)蓋烘干后用邊鏟或打磨的方式使內(nèi)外板分離，然后測(cè)量各區(qū)域涂膠面的寬度及面積，涂膠常見(jiàn)的缺陷類(lèi)型主要是氣孔、涂膠不連續(xù)、無(wú)連接、部分寬度減小。為有效的說(shuō)明各區(qū)域涂膠狀態(tài)，把壓合區(qū)域按照?qǐng)D5 分為了A、B、C、D 四個(gè)區(qū)域，其中A 面指100%的壓合重疊區(qū)，B 面指30%的壓合重疊區(qū)，C 面指填充區(qū)，D 面指溢膠區(qū)。

圖5 壓合涂膠分區(qū)

針對(duì)A、B、C、D 四個(gè)區(qū)域，各區(qū)域針對(duì)涂膠的要求如下：

可接受的A 面缺陷：缺陷在與CD 面轉(zhuǎn)換位置，且缺陷不開(kāi)放，前5 mm 連接位置無(wú)缺陷、總?cè)毕蓍L(zhǎng)度小于20%的涂膠長(zhǎng)度L，單個(gè)缺陷長(zhǎng)度f(wàn)小于200 mm。

可接受的B 面缺陷：缺陷在與C 面轉(zhuǎn)換位置，且缺陷不開(kāi)放，前5 mm 連接位置無(wú)缺陷、總?cè)毕蓍L(zhǎng)度小于50%的涂膠長(zhǎng)度L，單個(gè)缺陷長(zhǎng)度f(wàn)小于200 mm。

可接受的C 面缺陷：缺陷在與AB 面轉(zhuǎn)換位置，或在內(nèi)部位置周?chē)型磕z前5 mm 連接位置無(wú)缺陷、總?cè)毕蓍L(zhǎng)度小于20%的涂膠長(zhǎng)度L，單個(gè)缺陷長(zhǎng)度f(wàn)小于200 mm。

可接受的D 面缺陷（不連續(xù)）：前5 mm 連接位置無(wú)缺陷、總?cè)毕蓍L(zhǎng)度小于20%的涂膠長(zhǎng)度L，單個(gè)缺陷長(zhǎng)度f(wàn)小于200 mm。

各區(qū)域缺陷見(jiàn)圖6。

圖6 各區(qū)域涂膠缺陷

3.4 壓合表面質(zhì)量要求

門(mén)蓋表面質(zhì)量問(wèn)題約有20%是由壓合引起的，壓合表面質(zhì)量不但影響目視效果，部分質(zhì)量缺陷還會(huì)影響門(mén)蓋性能，如因壓合褶皺或波浪可能引起壓合區(qū)域密封問(wèn)題，進(jìn)而影響防腐性能。

門(mén)蓋表面質(zhì)量一般通過(guò)目視和油石打磨的方式進(jìn)行檢查，壓合表面質(zhì)量不能出現(xiàn)如下常見(jiàn)的缺陷。

4 常見(jiàn)壓合缺陷及原因分析

零件尺寸、壓合模具、壓合滾輪、壓合壓力、壓合軌跡及壓合次數(shù)等都可能引起壓合缺陷，常見(jiàn)的壓合缺陷主要有7 種：①壓合后未完全閉合，在內(nèi)外板之間存在縫隙；②外板出現(xiàn)明顯波浪；③角未閉合或者有多肉；④壓合后滾邊圓角直徑過(guò)大，或者不規(guī)則；⑤局部寬度過(guò)大，在檢具上表現(xiàn)為間隙??；⑥壓合后零件尺寸過(guò)大，在檢具上表現(xiàn)為間隙小；⑦外觀(guān)質(zhì)量和尺寸缺陷。

4.1 壓合波浪

壓合波浪是壓合最常見(jiàn)的問(wèn)題，引起壓合波浪的原因很多，需要對(duì)零件單件、壓合機(jī)器人程序、壓合工裝及涂膠進(jìn)行綜合分析，影響壓合波浪的影響因素及問(wèn)題原因見(jiàn)表2 所示。

表2 壓合波浪影響因素及問(wèn)題原因

4.2 壓合邊拐角處褶皺或堆料

壓合邊褶皺或堆料是壓合轉(zhuǎn)角處常見(jiàn)的缺陷[10]，主要是由兩方面原因引起，第一是外板法蘭邊整體過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致壓合后外板板料褶皺或堆積；第二是拐角處外板法蘭邊一般會(huì)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度縮減區(qū)，長(zhǎng)度縮減區(qū)長(zhǎng)度不小于20 mm，法蘭邊尺寸不超過(guò)3 mm。

4.3 壓合內(nèi)板外漏

壓合內(nèi)板外漏是一種嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷，在壓合質(zhì)量檢查時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注，因?yàn)樗鼤?huì)嚴(yán)重影響門(mén)蓋內(nèi)外板之間密封，長(zhǎng)時(shí)間用車(chē)后極易產(chǎn)生腐蝕、生銹或漏雨缺陷，且缺陷出現(xiàn)后無(wú)法返修，導(dǎo)致內(nèi)板外漏主要因素及問(wèn)題原因見(jiàn)表3。

表3 壓合外漏影響因素及問(wèn)題原因

4.4 壓合邊凹坑

門(mén)蓋壓合后經(jīng)過(guò)油石打磨部分區(qū)域會(huì)出現(xiàn)凹坑，經(jīng)過(guò)涂裝后凹坑缺陷會(huì)更加明顯，會(huì)影響整車(chē)的外觀(guān)質(zhì)量，也是白車(chē)身及整車(chē)質(zhì)量評(píng)價(jià)的扣分項(xiàng)。壓合凹坑是一個(gè)綜合問(wèn)題[11]，需要對(duì)零件內(nèi)外板單件、零件匹配、壓合模具、機(jī)器人軌跡、壓合力等進(jìn)行綜合分析，外板單件缺陷及壓合力是造成壓合凹陷缺陷的主要原因。

5 結(jié)論

機(jī)器人滾邊壓合技術(shù)因其投資少，柔性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，問(wèn)題解決容黨風(fēng)易等優(yōu)勢(shì)，迅速的應(yīng)用在汽車(chē)門(mén)蓋總成制造中。主要討論了與機(jī)器人滾邊壓合的工藝特點(diǎn)、系統(tǒng)組成、質(zhì)量要求、常見(jiàn)問(wèn)題及控制方法，隨著技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人滾邊壓合技術(shù)將逐步淘汰傳統(tǒng)的機(jī)械壓合，成為汽車(chē)制造的關(guān)鍵工藝。