压合技术及机器人滚边压合应用

邵健 赵飞龙

一汽大众汽车有限公司青岛分公司 山东省青岛市 邮编266000

目前在汽车制造行业，机器人滚边压合技术是一项迅速发展的新型技术，具有维护成本低、成型美观、柔性化制造、调试周期短、设备一次性作业面积小等显著特点，在国内外各大汽车制造厂中己得到运用。主要应用部件有顶盖天窗、发动机罩盖、行李厢盖、车门、翼子板和轮罩。随着汽车市场竞争的愈演愈烈，车型更新日新月异，以低成本、高速度、高质量的更新车型是当今汽车发展的趋势，机器人滚边压合技术正是适应这种潮流，是今后白车身四门两盖及顶盖天窗成形技术的一个方向。

机器人滚边工艺是由机器人按预定的轨迹控制压合头或者零件的运动，将部件按相应程序进行翻边、压合处理。其压合过程同传统压合形式相同，分为两个步骤：预压合，终压合，（图1）将经过冲压翻边的板料压合到 0°，提高零件的外观质量，保证外表面的光整平滑，同时增强整体的强度和刚性，提高汽车的整体外观和密封性能。根据不同的零件材料和零件的内外部几何结构，综合考虑生产节拍，机器人滚边将采用一次或多次预压合，每次的翻折角度为 30°。

机器人滚边系统主要由压合头系统、底模夹具系统和机器人控制系统三部分组成，具有较高的柔性。同一机器人可以通过调用不同的程序对多个产品进行压合，大大降低生产成本，单台设备占地面积小，噪声小且设备维修简单，维护成本低。当更换车型时，只需要更换底模和夹具，修改机器人轨迹即可，降低产品的生产成本并缩短开发周期，提高产品竞争力（如图2）。

门盖压合弯曲的力学分析压合不同于简单的薄板弯曲，是一个复杂的薄板成形过程，板料弯曲的变形特性（如图3）。

在滚边工艺过程中不同区域的应变不同。以滚轮处为界，前后应变状态正好相反。根据图中颜色的不同来区分应力状态，应变的峰值主要集中在与滚轮直接接触处。

使用大、小两种直径滚轮做压合受力试验，压合过程中应力重要集中在滚轮之前，即滚轮即将接触的区域，且小滚轮产生的应力要远远大于大滚轮，综合分析，与大滚轮相比，小滚轮的产生的应力和应变都较大，其反映滚边质量上，则为小滚轮更易导致零件出现波浪起伏等缺陷，因此在滚边工艺中，应多方面考虑，结合零件的外形合理选择滚轮直径，以保证滚边质量。

汽车门盖类产品的生产制造是白车身总成制造的一个重要组成单元，因其所具有的普遍性和工艺特殊性而备受人们的关注。门盖压合工艺作为四门两盖类产品总成的最后一道工艺，其压合质量直接影响产品的整体外观和密封性能等，装配后要和周边零件保持均匀的装配间隙，以达到良好的外观性和互换性．

根据车身总成装配的工艺技术要求，压合成型后产品外表面必须平滑顺畅（总成与外板轮廓在尺寸上有0-0.5mm变化），没有压痕、坑包和波浪等缺陷，内板法兰边与外板必须贴合，且保证工件的整体尺寸精确稳定。

1 尺寸准确性

压合不同于简单的薄板弯曲，是复杂的薄板成形过程。在实际的工业生产中，门盖压合过程中形成的压合损失是影响门盖产品与其周边零件配合间隙不均匀的主要原因。

压合损失是指压合后外板尺寸比压合前外板尺寸要小这就是压合损失，大众标准压合损失公差：-0.5-0mm（如图4）。所有的门盖类开启件装配时必须与其它周围零件间留有间隙，确保门盖能正常开闭。（如图5）

 

  随着汽车工业的发展，必须减小整车装配的间隙，因此与消除压合损失相比，预测、补偿和控制压合损失更为重要。由于压合件外形复杂，滚边工艺在不同的区域产生的压合损失值不同。在平面直边处， 压合损失值基本一致，而在拐角及曲率变化较急剧处， 压合损失值的变化量也较大，甚至出现压合件变大，即压合成型后，轮廓位置在理想位置的外面。 压合损失值直接决定零件的装配间隙，影响整车的外观质量。在机器人柔性滚边工艺中，滚边工具和滚边方法是产生压合损失值的根本原因。

2 表面外观质量

表面外观质量是影响车身装配的密封性和整车外观质量的另一重要因素，主要体现在三个位置外板上表面、外板R角、外板下表面。

弹回／弯曲指压合的终止位置在预定压合线的下方／上方，经研究表明，变弯出现在预压合和终压合。压合成型后，零件表面留有波状起伏、弯曲变形和凸包等外观质量缺陷，导致装配后与周边零件存在明显的不平度，必然影响装配质量和整车的外观质量（如图6）。

机器人滚边的缺陷分析

影响滚边质量的因素主要有以下几方面：滚边次数、滚边速度、滚边压力、零件定位精度、零件夹持压力、底模质量、滚边工具及底模标定精度、零件公差材质厚度及形状等，因此对滚边工艺、机械设计、加工制造的合理性、精度等都提出很高的要求，下面针对生产应用中的常见滚边缺陷类型进行分析。

压合失效,外板将内板挤出无法包裹内板，造成严重的质量问题。

（1）翻边长度较小且内外板间隙过大是造成此缺陷的直接原因。在冲压件模具设计前，应充分考虑到滚边对翻边长度和翻边角度的特殊要求，设计时应保证内外板压合后的重叠量不小于3mm 。若零件重叠量过小，处于内外板重叠的临界状态，则现场调试时，会导致外板将内板挤出的现象。除冲压模具对翻边长度及角度给予保证外，在满足内外板完全压合的前提下，适当减小滚边压力，也是解决此问题的有效措施。

（2）还有一种可能，就是预压和开口角度过大，给终压合预留的角度无法完成压合，这时需要调整预压合角度达到压合理想值，解决此问题。

外观质量缺陷
滚边结束后，零件边缘凸凹起伏，且产生压合损失，影响装配质量，（如图7、8所示）。出现此问题的主要原因是滚边轨迹、压力等调试不合适，现场调试人员的经验与方法直接决定了滚边的质量。滚边压力设置的合理性及稳定性，滚轮与零件边缘的平行度，滚轮与零件接触点的一致性等等都会引起滚边后边缘不一致。因此调试时应综合考虑诸因素，寻找问题的症结所在，从而对出现的边缘质量问题进行有效的解决。

 

尺寸精度评定

使用总成检具检测是评定门盖压合成形后尺寸精度最有效地途径。首先将压合成形后的门盖总成放入总成检具中进行好位，采用夹具固定百分表和游标卡尺等专业量具，对门盖总成和检具之间的平度及间隙进行精确测量，通过对测量数值与理论数值的分析比对，得出整个产品的成形尺寸精度（如图9、10）。

根据白车身装配的工艺技术要求，分析影响压合质量的尺寸和表面质最是两种主要缺陷形式及成因，针对生产应用中常见的机器人滚边质量缺陷形式进行分析，通过现场调试提出可行性解决措施。

参考文献

[1]宋宏伟．机器人滚边技术在汽车制造中的应用。机械工人

[2]王健强，张靖慧．机器人滚边技术及应用研究。现代制造技术与装备

[3] 压合技术。一汽-大众

[4] ROLLFALZEN 。AUDI

[5] AUDI压合标准。AUDI

[6] Nothelfer_Robot_Hemming。Nothelfer

[7] Roboterfalzvorrichtung。ThyssenKrupp Drauz Nothelfer