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托克斯冲压连接技术在汽车制造业中的应用

0 引言
随着汽车工业对于汽车轻量化的要求日益紧迫,铝合金、高强钢等新材料逐步应用于车身制造中,对车身板料的连接技术和工艺的要求也越来越高。传统的板料连接方法如点焊、螺栓连接,存在表面质量差、容易腐蚀,甚至无法实现焊接等问题。。为了能够很好地弥补焊接等连接方式所存在的缺陷,新型板材连接技术— TOX板件冲压连接技术逐渐应用于车身生产中。本文探讨了托克斯冲压连接技术原理以及其应用范围。介绍了托克斯冲压连接方式和设备。同时也介绍TOX® 汽车板件冲压连接技术在生产过程中的质量控制方法,为冲压铆接技术的深入研究和应用提供参考。
1 TOX 板件冲压 连接冲压连接技术原理以及其应用范围
1.1 TOX板件 冲压连接技术概况
1.1.1. TOX板件 冲压连接原理
通过简单的凸模将被连接件压进凹模.在进一步的压力作用下,使凹模内的材料向外”流动”.结果产生一个既无棱角,又无毛刺的圆连接点,而且不会影响其抗腐蚀性,即使对表面 有镀层或喷漆层的板件也同样能保留原有的防锈防腐特性,因为镀层和漆层也是随之一起变形流动.材料被挤向两边,挤进靠凹模侧的板件中, 从而形成TOX连接圆点.如图1所示:

图1 TOX冲压连接过程图示
1.1.2. TOX板件 冲压连接特点
1) 动态连接强度为点焊的 2-3 倍。
2) 连接可靠性极高。
3) 可无损伤在线检测连接点的连接强度。
4) 不损伤工件表面,无随机连接变形。
5) 简便实现多点连接,效率极高。
6) 应用范围更广,不同材质、不同板厚、不同表面状态的工件均可连接。
7) 所使用工具寿命长。
8) 能量消耗低。
9) 不散发烟雾和热量,噪音低。
10)过程简单,一步完成且不需要象普通铆接预先打孔。
11)可以把非金属放在夹层进行连接。
12)抗疲劳性能好;
与点焊相比较,TOX铆接的缺点有:静态强度没有点焊高,不能对高硬度或经过热处理硬化的钢材直接进行铆接。
与普通铆接比较,TOX铆接的缺点有:无铆钉铆接时不能连接塑性差的两块或多、块非金属板料。无铆钉铆接工艺的连接成功率要比普通铆接低,因为无铆钉铆接的工艺条件要求较高。
1.1.3. TOX板件 冲压连接点种类(如图2所示)
1) TOX 冲压圆点连接
2)TOX-SKB 圆点连接
3)TOX 旋压圆点连接
4)TOX 冲压平点连接
5)TOX Vario圆点连接
6)TOX 铆压圆点连

图2 TOX板件 冲压连接点种类


1.1.4. TOX板件 冲压连接经济性
TOX连接技术与点焊技术相比,在经济性方面也具有极强的竞争力。大量生产实践统计明,TOX连接费用大约是点焊连接费用的40%-70%。
TOX冲压连接的出现还改变了传统的板件加工工艺流程,减少了加工工序和物料转移,大大地降低了生产成本。例如,传统的钢板件加工一般需如下工序及物料转移:

而采用TOX冲压连接技术,因可对有镀层或漆层的板件直接进行连接,并且即使在连接点处亦不损伤工件表面的镀层或漆层,故工艺过程及物料转移可改为:

加工工序和物料转移的减少,对实际生产,尤其对大规模大批量生产,其成本的降低是极其显著的。
TOX连接作为一种冷冲压加工,还可以根据实际工件的具体要求,方便可靠地进行多点连接,一次冲压加工,即可同时几点、十几点甚至几十点的连接。TOX连接模具也可以与工件折弯成型模具组配构成复合模具,一次冲压加工即可同时完成工件的折弯成型和连接,生产效率极高。
此外,TOX连接点的连接强度可无损伤检测,这一在所有点连接技术中TOX所独具的质量检测方法,完全适应了现代化工业对连接加工过程自动化的要求。如图3所示,只要测得TOX连接点的底厚值“X”,即可知道该点的抗剪抗拉强度。利用这一特性可以简便可靠地将TOX连接加工过程自动化,实现全过程自动检测,严格保证每一点的连接质量,极大地提高了产品质量及生产效率,降低了生产成本。

图3 TOX连接点的底厚值“X”
1.2 TOX 板件冲压连接技术应用
由德国 TOX 公司八十年代末研究开发的TOX 板件连接技术为国际专利技术,在国外薄板无铆钉连接技术被很多行业广泛应用。现在被很多国外的汽车制造商所采用,在诸如汽车天窗,引擎盖,行李箱盖,摇窗机,座椅,安全气囊等部件中,甚至将TOX 连接工艺作为标准工艺。近几年随着国外车型不断引到国内,TOX 连接技术也被大量带入到中国汽车制造业中,如上汽荣威、上海通用新君越、新君威、奥迪A6、帕萨特、宝来、速腾(图4、图5所示),特别是上海大众2002 年与世界同步推出的POLO 轿车,更首次在白车身上将TOX 连接工艺大规模的带到中国。作为全球同步技术的POLO轿车,除了发动机罩壳和行李箱盖外,还在汽车座椅、仪表盘支架、安全气囊壳体等众多部件上采用了TOX 板料连接技术。POLO 轿车后行李箱盖由箱盖外板 箱盖内板 加强筋均采用双面镀锌板,共79 个TOX 连接点相互连接而成。此外在上海大众的TouranA-MPV、PassatB6,一汽大众的Golf-5、Audi A4、Audi C6、Audi A6 以及东风雪铁龙的标志307、BMW5 系列等均大量采用了TOX 连接技术。上海上菱电器有限公司采用TOX 连接工艺制作的燃油式取暖器的燃烧室(不锈钢板与镀层板连接)。许多汽车部件,如汽车摇窗机、顶窗、汽车尾灯导板等,以及家电制造业、特种机床制造业还有一般工业等,都已将TOX 连接作为标准工艺。例如德国大众公司即采用了TOX 连接工艺进行车身连接的无人生产线;

图4 速腾右后车门 图5 速腾右后车门加工工位
2 TOX汽车板件冲压连接技术在生产过程中的质量控制
2.1 TOX冲压连接质量控制方式
2.1.1 压力控制:
(1)通过控制设备输出压力,保证TOX连接点底厚“X”值。
(2) 适用场合:单点设备,多种组合且标准底厚值不同。
2.1.2 限位控制:
(1) 通过使用硬限位,控制上模的下止点位置,从而保证TOX连接点底厚“X”值。
(2) 适用场合:单点设备对应单一组合,或多点组合设备
2.1.3 在线自动监控:
(1)通过配置力传感器、位置传感器及专用监控仪表CEP,检测在特定位置时的冲压力,判断TOX连接点是否合格。可监控内容:材料种类、板件厚度、冲压力及冲压行程 、 连接点底厚“x”、 模具损坏
(2)适用场合:自动化大批量生产
2.2 日常检查
(1) TOX连接点是否完整、连接点底厚值“X”、连接模具是否完好等。(如图6所示)
图6 测量底厚值“X”

(2) 在TOX标准连接点上,有三个小凸点。此三个小凸点显示着模具的磨损状况。当最小的凸点变为模糊时,表明该模具已磨损,建议更换;当两个凸点变为模糊时,表明该模具已严重磨损,必须更换;当三个凸点都变为模糊时,表明该模具已无法使用,连接点的强度已无法保证。(如图7所示)

图7 三个小凸点
2.2 破坏性试验
(1) 针对大批量生产,可阶段性进行破坏性试验。
(2) 在实际工件上按正常生产工艺连接好TOX连接点后,按规定规格裁剪下来;或者将相同材质及厚度的板材裁剪好后,按规定方式叠加放置在模具上,进行TOX连接(如图10\11所示)。将连接好的样件提供给TOX公司,我们可根据要求,进行破坏性试验,提供该点的实测连接强度。


2.3 不合格品处理
(1) 当TOX连接点质量不合格时,具有在线自动监控功能的设备将报警。
(2) 对于单点连接设备,如有需要,可在该不合格连接点附近重新连接,但不可以在原连接点位置进行补点。因为原连接点的位置材料已变形,在该位置补点将使模具承受侧向力,从而导致模具损坏。
(3) 对于多点连接设备,不能使用原设备进行补点。如需补点,要另外配置单点连接设备。
(4) 采用抽芯铆钉

3 结束语
随着现代工业发展的要求,未来的板件将进一步朝着复合型、功能型方向发展。由于全社会对环保日趋重视,镀层涂层板材以及轻型材质板材(如汽车用铝合金板材)必将得到更广泛的应用,而传统的点焊工艺很大程度上阻碍了这一发展。因此,如何解决好这些新型板材的连接问题,不仅对这些板材的广泛应用是个关键,而且对现代工业产品的质量提高和成本降低也是至关重要。TOX连接技术必将在此过程中发挥出越来越大的作用。
作为一种新的完善的连接方法,TOX板材冲压连接技术也为设计人员提供了新的设计思路,使设计人员在产品设计中具有更大的选择可能,极大地简化产品的制造工艺,这当然为最终产品的创新提供了一个途径。所以,可以肯定地说,TOX板件冲压连接技术的出现将为板件类工业产品技术水平的提高作出贡献。

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