FDF装配大容量弹夹加速产线柔性化

汽车盖世汽车网 2022-09-23 09:06

行业减碳、汽车减重的大背景下，铝合金、碳纤维等新型材料被越来越多的应用到汽车制造中，这也带来了工艺上的种种挑战。以铝合金为例，融化焊接过程中，铝合金部分氧化铝不溶阻碍填充金属润湿，会形成裂缝，需要通过搅拌摩擦焊接等工艺连接，不适合焊接的地方就需要铆接和粘合剂连接，流钻连接工艺（FDF）是业界主流的铆接工艺之一。

阿特拉斯·科普柯工业技术（上海）有限公司产品专家赵浦江介绍，阿特拉斯·科普柯深耕汽车行业多年，在压缩机技术、真空技术、工业技术、动力技术四大板块均有布局，在工业装配解决方案上推出全新K-Flow流钻连接系统，对吹送型流钻连接工艺（FDF）进行了技术革新，采用HLX70 弹夹系统取代标准吹送式系统，达到单位送钉时间减半、单位产能消耗压缩气体减半的效果。

赵浦江强调：“每1万产能可节约22,800m³的压缩气体。”

阿特拉斯·科普柯工业技术（上海）有限公司产品专家赵浦江

FDF流钻连接技术的行业定位

多材料的混合使用不仅体现在车身和覆盖件上，实际上，电动化趋势下，三电系统需要额外的架构保护，铝铸件和铝型材也被用于电池壳体制造，而铆接这种机械式连接正好适合应用在异种材料上，且具备连接强度高、稳定性强、容易实现自动化等优势，一直是连接工艺的行业主流。

目前，全铝车身、钢铝混合车身中主要应用的铆接技术主要有四大类：自穿刺铆接（SPR）、流钻螺钉（FDS）、无铆钉铆接（Clinch）和实心铆接。

图片来源：赵浦江

流钻螺钉的工作原理是：螺钉高速旋转并在轴向下压力的作用下，产生热量穿透上面板层，在底层板形成螺纹连接副（较薄的飞边），整个工艺过程可以分为四个步骤：穿刺、螺纹成形、打紧啮合、落座。可以单边操作实现连接。

图片来源：阿特拉斯·科普柯

对比其他铆接工艺，单边操作/单侧接近是FDS连接工艺最直观的优势，此外，在送钉方式上，传统吹送系统会背负10-20米的送钉管，赵浦江提出，这种标准吹送式系统（FDF）正面临六大挑战。

标准吹送式系统是否还能跟上时代要求？

首先是生产节奏的挑战：传统的流钻连接过程中都是打一备一的形式，在连接点位密集的门槛和纵梁处，机器人（产线）的移动会远远超过送钉速度，期间会产生一个等待送钉的时间消耗，不能实现无缝生产。

第二是柔性化产线的挑战：电动化赛道趋于白热化，为抢占市场，汽车车型迭代周期不断缩短，同一工厂进行多产品共线生产已是常态，为满足混线、共线生产的需求，需要摆脱机器人臂长、送钉管长度与折弯限制，提高可达性和灵活性。

第三是节能减排的挑战：吹送系统主要靠压缩气体对螺钉进行吹送，空压机的电力消耗极大。

面对以上三种挑战，阿特拉斯·科普柯研发出全新K-Flow流钻连接系统，新增了弹夹模块，储存空间扩大至70颗螺钉，间隔备钉时间为14秒。

图片来源：阿特拉斯·科普柯

传统的吹送式系统方案中，送钉管通常长度为20米，从站外送来一颗螺钉则需要30升压缩气体。赵浦江表示，提高弹夹储钉容量后，可以直接取消送钉管这一环节，由于70颗螺钉足够满足一辆车体的铆接需求，那么在新车体移交的间隙就可以对机器人进行补钉，从而拉快整体节奏。

操作实验中，在同一铝型板材上连续打15颗螺丝,HLX70弹夹系统只需53秒，而传统吹送系统需要66秒，每打1颗螺钉节省近1秒，减去弹夹系统补钉的14秒，相当于每打70点可节省56秒。

以单点平均节拍为3秒到4.5秒为例（包含连接和送钉时间），赵浦江估测，同样产能的情况下可以节省一台FDF设备以及配套机器人，为每个站点减少10万人民币的投入，这还将至少带来每台设备3m3的空间优化。在气源消耗上，单位产能可减少2.28m3，那么每1万产能可以节省的压缩空气可达22,800m3。

图片来源：阿特拉斯·科普柯

柔性生产的可能性探讨

大批量、标准化产线生产，满足的是高度一致的产品需求，然而，随着消费者对个性化、定制化车型的需求日渐强烈，多产品共线生产就成了破局的关键点。

多产品共线生产，也就是柔性制造，针对“大批量规模化制造”提出，意为通过对生产过程进行高效把控，以消费者为导向，以需定产进行小批量的多品种产品制造。

图片来源：阿特拉斯·科普柯

赵浦江介绍，很多主机厂已经设置了柔性产线，大转台和七轴机器人的应用也越发广泛。然而，吹送型FDF系统方案中，流钻连接设备需要背负10-20米的送钉管，管线占地本身会对七轴机器人的运行造成障碍。此外，送钉管材质非柔性，在机器人运动过程中很可能弯折破裂，存在螺钉在送钉过程中脱轨的风险。

使用安装了弹夹模块的K-Flow流钻连接系统就可以摆脱机器人臂长和送钉管长度与折弯限制，从而实现更高的可达性和更低风险。当生产线有混合生产的需求时，配置机器人可以直接配合换枪盘使用，大幅节省工程开发成本时间。

以创想驱动创新（Great ideas drive development）是阿特拉斯·科普柯官网最醒目的介绍词，弹夹系统的研发与应用正是这句话的最好印照：以弹夹流钻连接系统代替吹送流钻连接系统，消除送钉管对全自动产线布局造成的障碍，增强设备的灵活性，大幅降低成本功耗，阿特拉斯·科普柯助力制造企业在产线柔性化的道路上迈出了切实的步伐。

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