用于自冲铆螺母的压铆装置结构和工作原理分析

引言

随着汽车轻量化技术的发展,目前在汽车车身的饭金零件中,逐步采用铝镁合金来替代原有的碳钢零件,原有用于连接的螺母焊接方式的应用逐渐减少,更多的零件是采用自冲铆螺母压铆技术,采用压铆装置将自冲铆螺母与饭金零件连接固定。

本文将研究自冲铆螺母压铆技术,对汽车车身饭金零件螺母压铆装置及其压铆方法进行探讨。

1基本结构及工作原理

自冲铆紧固技术中的螺母通常可选规格为M6~M16,适用板材厚度0.8~5mm,在压铆应用中以下凹模做支撑,压铆装置上模推动螺母切断材料,使金属废料脱落,将螺母嵌入工件,螺母本体下方有凸起结构,具有机械防松动的功能。

根据自冲铆螺母的应用方式以及多品种切换的生产要求,对应的螺母压铆装置包括C型机架、压铆机构、气液增压缸、待压铆螺母的工件定位装置、待压铆螺母的工件固定装置以及送料退料机构,如图1所示。

1—C型机架:2—压铆机构:3一气液增压缸:

4一待压铆螺母的工件定位装置;

5一待压铆螺母的工件固定装置;6一送料退料机构。

图1螺母压铆装置结构

整体装置采用焊接式底座,在C型机架上配备有气液增压缸,气液增压缸头端带有压头,压头组件用直线滑轨做导向,压头与气液增压缸杆端采用浮动接头连接,在气液增压缸上配置有压力检测传感器,用于检测气液增压缸在工作状态下的压力值,同时在压装机构上安装有位移检测传感器,用于对下压位置状态进行实时检测。

螺母压铆装置配有位移传感器和力传感器,在生产过程中利用力传感器、位移传感器、位置传感器等检测装置组成即时在线监测系统,监测系统在生产过程中,对每一个重要生产过程的状态参数进行100%检测和记录,并自动对过程参数进行智能数据分析,即时对生产质量做出评定,对有问题的作业进行即时报警。监测系统可与MES系统对接,完成质量检测数据的实时上传,实现产品质量的可追溯性要求。

螺母压铆装置的送料退料机构包括安装在机架上的安装底板,安装底板上装有支撑块以及两套相互对称且平行的直线导轨,直线导轨上配有滑块,滑块有连接板与待压铆螺母的工件定位装置相连接。

待压铆螺母的工件定位装置上按照不同类型产品设计有不同的定位底座,该定位底座按照工件仿形制作,用于对工件的有效支撑,当安装时拿错工件会无法放入,以实现机械防错的功能要求。由于该装置可兼容多种产品,针对不同规格的产品,定位工装可实现快换,在工装上设置有检测传感器,可根据用户在控制系统的产品选择,自动识别工装类型。

螺母压铆装置的待压铆螺母的工件固定装置包括安装在支撑块上可转动的定位机构,定位机构与待压铆螺母的工件定位装置配合实现对待压铆螺母的工件夹紧定位。

螺母压铆装置的压铆机构冲头中间为凸模,下方为凹模,凹模按照螺母规格设计,在中心位置有用于定位的弹性销,弹性销下方有弹簧,通常待压铆位置会有预定位孔,当待压铆螺母的工件放置在工装上时,弹性销受弹簧力作用处于伸出状态,此时该弹簧销用于对工件进行定位,自冲铆螺母随后上料至定位位置:当启动压铆装置时,气液增压缸作为驱动装置,带动上压头压下,上压头上配装有可更换的凸模,凸模推动螺母下压,利用自冲铆螺母的特性,将工件上的多余物料切除,此时弹簧销受压缩回,自冲铆螺母继续被推动下压,按照限位块的高度设定,自冲铆螺母被嵌入工件。在压入过程中,通过安装机构上的力传感器和位移传感器,采集下压过程中力和位移参数数据,并绘制力和位移曲线,监控压装状态,并做出质量判定。在自冲铆螺母被压嵌入工件时,自冲铆螺母将工件上的多余材料切除,被切除的圆形废料片通过排废料组件送至废料箱,废料箱用于存储在压铆时落下的废料片,定期由生产人员进行清理。

在该装置中,在气液增压缸动作时的快进阶段,所受侧向载荷很小,相应影响较小,而在气液增压缸的工进阶段,所受侧向载荷较大,由于所选用的作为驱动机构的气液增压缸活塞杆不能承受侧向载荷,故在气液增压缸的活塞杆端设置有导向组件,导向组件用于对压头下压时的导向以及承受侧向载荷。

该装置采用多产品兼容性设计,在控制系统中采用菜单式设计,生产人员可以根据生产需求在触摸屏上选择产品规格型号,不同的产品在控制系统中有不同配置方式,当选定产品规格型号后,系统内自动切换对应的压力值,并采集工装识别传感器的信号,确认产品工装已经按照设定更换,给出工装切换完成信号,螺母压铆装置准备就绪,可以开始生产。

用于自冲铆螺母的压铆装置按如下步骤动作:

第一步:待压铆螺母的工件定位固定。人工将待压铆螺母的工件放置在工件定位装置上定位,随后将自冲铆螺母放置于螺母定位孔中定位:定位机构将放置有待压铆螺母的工件夹紧。

第二步:送料。人工按启动按钮,装置自动推送整个送料退料机构至第一冲头压铆区域。

第三步:压铆。气缸向下移动,推动滑动机构向下运动,并带动第一冲头往下移动至杠杆,再推动杠杆绕U形支撑座向下转动,进而带动第二冲头向下移动至自冲铆螺母的位置,并对自冲铆螺母进行压铆使其固设于待压铆螺母的工件上。

第四步:复位。气缸复位,第一冲头在扭簧的作用下复位。

第五步:下料。定位机构打开,人工取下完成产品放入合格品料箱。

在压铆过程中,力和位移曲线测试不合格的产品,系统会自动报警,直至人工按照要求将不合格品放入红箱,装置方可复位。

2性能特点

该装置采用集成式设计,占地空间小,能够实现汽车车身饭金零件生产中的螺母自动化压铆过程。

该装置及装配方法具有以下特点:

(1)螺母压铆装置采用杠杆式结构设计,节省了压装空间,实现了自动压铆过程。

(2)螺母压铆装置采用自复位式浮动压头设计,当下压时,对应杠杆式压头的圆弧形运动轨迹,气液增压缸活塞杆端与下部连接采用浮动接头形式,使整个压铆过程中受到的压铆力相对稳定:当向上回程时,自复位结构中的弹簧组件实现杠杆式压头自复位。

(3)螺母压铆装置采用快换式工装设计,可以实现多品种产品共线生产,具有较好的兼容性。

3结语

该螺母压铆方法已在实践中得到应用,提升了自冲压螺母的压铆效果,明显改善了产品质量,并已获得专利授权。