开题报告-轿车主要零部件冲铆设备的设计

开题报告设计题目：轿车主要零部件冲铆设备的设计 学生姓名： 学院名称： 机电工程学院 专业名称： 机械电子工程 班级名称： 机电1342班 学 号： 指导教师： 教师职称: 副教授 学 历： 硕士 2017 年 3 月 24 日.课题论证1.1课题研究的目的与意义汽车工业是全球制造业的支柱产业之一，随着汽车制造业激烈的竞争，汽车工业的发展，对汽车经济性要求越来越高。世界汽车工业面临着三大问题：能源，公害，安全，汽车行业的发展主要是围绕这三个问题进行的。其中，能源问题最为突出，节省能源首先是提高汽车的燃油经济性。汽车运行需要耗用大量的燃油，而燃油与汽车的总重量密切相关。想要达到汽车的经济性，不仅仅是汽车的排量，主要的改善之处就是汽车车身的质量。通过改善汽车材料的质量不仅仅可以达到经济醒的要求，还可以提高汽车的性能。研究表明当整车质量降低10%时，燃油经济性提高3.8%，加速时间降低8%，CO排放减少4.5%，刹车距离减少5%，轮胎寿命提高7%，转向力减少6%，可见汽车轻量化的重要性。 为了降低汽车车身质量，办法之一就是使用轻型材料，如铝，塑料等材料。汽车制造业中主要装配工艺是电阻焊和CO2气体保护焊，在大批量生产中这些工艺是可靠的，但是对于薄铝板的连接，电焊是非常困难的，而对于塑料连接，焊接更是不可用的。电焊连接之所以困难，是因为铝的高热传导性，低融化范围和易形成氧化膜。焊接工艺产生的烟雾和污溅，影响安全性和工作环境的清洁。铝制车身的连接在使用传统工艺时有非常多的弊端，甚至不可行，所以采用铆接技术连接车身。但是传统的铆接工艺需要先对铆接材料进行欲冲孔，然后在进行连接，这种工艺比较复杂，不能达到现代工艺的自动化生产要求。自冲铆接克服了它的弊端，可以实现一次冲铆完成。大大的提高了生产的效率。 自冲铆接基本上是一个冷成型而且比较安静的过程，不产生烟雾和污溅，比焊接所需要的能量少。自冲铆接具有以下优点：（1）过程简单，一步完成并且不需要预先打孔；（2）连接快速，可以实现自动化；（3）能量消耗低；（4）抗疲劳性能好；（5）对于有涂层的材料无损害或损害极小；（6）适用于许多不同材料间的连接。因此，在汽车轻量化生产中大多使用自冲铆接。1.2文献综述（相关课题国内外研究的现状）随着汽车轻量化的加速推进，铝合金材料也开始在汽车领域得到广泛应用。达科咨询公司预测，到2025年，铝制车身板与闭合件的用量将从2012年的不到2亿磅增长至40亿磅。与铝合金相匹配的铆接技术也备受关注。自冲铆钉与机械结构性粘合剂的搭配不仅更牢固，而且还具有其他优势。它可以用于连接白车身上的各种相同或不同材料，比如钢-钢和铝-钢连接。1.2.1国内研究现状目前，我国对自冲铆接技术的研究工作开展的还不够深入，相关文献也不是很多，目前国内很少有科研机构和汽车制造企业进行铆接设备的系统性研究，虽然 自冲铆接也是最近十几年才用用于汽车制造业中，但是自冲铆接工艺凭借其诸多优点迅速在国外生产企业中受到广泛应用，93年，奥迪a8汽车车身第一次应用自冲铆接技术。因此，我国迫切需要开展自冲铆接设备的相关研制和产品开发的工作。冲铆机厂家在国内并不是很多,对于普通的自冲铆机来说国产的和进口不存在技术代差,拥有同样的结构构造,进口铆接机的做工和材料都比较好,这是客观事实,当然国产铆接机的价格仅为进口机的三分之一左右,因此国产铆接机的国内市场占有率正在快速提高。比如武汉爱瑞特品牌铆接机做的比较好。上海交通大学提出一种从自冲铆接接头形成到接头性能评价的全数字化方法以实现铆接工艺的优化。1.2.2国外研究现状1985年henrob公司创始人基恩.琼斯先生研发并生产了世界上第一套自冲铆接设备，并逐步为不同工业领域的大量客户提供铆接设备和相应服务。 铆接系统也相应陆续开发出来，并在奥迪、宝马、捷豹、沃尔沃、通用、福特和戴姆勒等大型企业中应用。在将铝应用于车身制造时，捷豹路虎率先使用了航空顶尖铆接技术，并且以胶合工艺来提高各部件的连接强度。如今，这一技术已经被奇瑞捷豹路虎引入国内，并应用在全新捷豹XFL身上。奇瑞捷豹路虎全铝车身车间拥有335套机器人，其中自冲铆接机器人数量高达232套，占据了车身车间机器人总数的70%，是目前国内最多的。在奇瑞捷豹路虎全铝车身连接工艺中，铆接胶合技术占比高达72%，位居国内同业第一。欧，美，日等国铝合金板材在汽车上的应用呈快速发展势头。而我国尚处于研发阶段，目前还没有任何一家国产汽车厂有应用铝合金大型板材的实例；现在液压成型的生产线全世界有250条，中国不到五条。目前，国外汽车制造厂商大量采用自冲铆接连接方法实现铝合金连接，该技术目前由英国Henrob,美国Emhart,德国Bollhoff等国外公司所垄断。1.3课题研究的内容、总体方案及技术路线、进度安排等1.3.1研究内容设计的冲铆设备应该能够实现对零件的冲铆工作，设计的冲铆设备主要是冲铆的部位是捷达轿车车前盖，冲压位置准确，冲压力可检测，冲铆设备可以实现工作位置的调整，也可以实现其他工件的冲铆加工，冲铆设备的冲压力可用电机或液压实现，工作过程有安全保护。1.3.2总体方案首先确定被铆接零件的具体参数，然后根据被冲铆件进行冲铆设备机械结构的设计，确定冲铆设备的系统参数，要综合考虑冲铆设备的制造以及经济性等问题。冲铆机按照铆钉冲压的类型有有铆钉冲铆和无铆钉冲铆，本次设计选择有铆钉冲铆工艺；按照冲铆机框架形式有C型框架和E型框架，选用E型冲铆框架；按照冲铆机的布置有固定布置和悬挂布置，选用悬挂式布置；按照铆接机驱动方式有电动伺服传动方式、液压驱动方式、气压驱动方式、机械传动方式，综合考虑选用液压传动方式。(a)机械部分的设计:（1）确定被冲铆件参数确定冲铆设备被冲铆件为捷达轿车车前盖，其车前盖的成型是主要依靠一次性拉伸成形，局部成形，复合成形冲压出来的，捷达车前盖尺寸大致为长宽=10201390mm。捷达车引擎盖被铆接部分是指其内覆盖件与外覆盖件的接触处。捷达车身的材料主要为金属件，其车前盖的材料使用的是3mm厚低碳钢板，内覆盖件的材料也使用了一样的3mm厚低碳钢板冲压件。故冲铆设备冲压件的尺寸为3mm低碳钢板/3mm低碳钢板。（2）铆钉的类型以及参数的设计铆钉主要分为：实心铆钉和半空心铆钉。查阅资料，在汽车生产线中，用到的铆接技术大多都是采用半空心铆钉进行自冲铆接。半空心铆钉铆接的连接过程具体分为以下四个阶段：压紧阶段：板材初压入阶段从铆钉接触上部板料开始，至上板料开始断裂为止，在这一过程中，上板料在铆钉作用下弯曲，局部发生塑性变形，同时下板料也发生弯曲。冲载阶段：这一阶段从在铆钉作用下上板料开始断裂，至下铆钉遇到凹模的反作用力为止，这一阶段中，铆钉胫充当了一个冲头的角色，铆钉下行，使上板料断裂扩展，直至上板料完全被冲断，同时铆钉也部分穿入下板料，并且遇到凹模的反作用力。扩张阶段：在冲头作用下铆钉继续下行，下板料流入凹模，但是由于铆钉遇到凹模的反作用力，使铆钉胫也开始向外扩张，通过下拉产生塑性变形，凹模形状迫使铆钉环形部分进入板料内。墩锻阶段：铆钉继续下行，铆钉尾部充分张开且使板料流动充满模腔，板料紧紧包裹住铆钉尾部，同时铆钉发生墩锻现象，最后铆钉环形部分产生塑性变形并起封头作用，从而在上下板料之间形成一个牢固的机械互锁结构。下图1所示为半空心铆钉铆接过程成型阶段图1 铆接过程成型阶段如图2所示为凹模示意图图 2 凹模（2）驱动方式的确定选用液压驱动方式。首先需要选定以及设计一个符合冲铆设备的液压缸作为冲铆工作的动力来源。需要依靠液压缸提供充足的动力进行冲铆，首先是推动压边圈进行板料的压紧，接着进行板料的冲压（铆钉与凹模配合形成铆扣），完成铆接工作。（3）布置方式的选定选定的是悬挂式的布置方式，这种布置可以适应汽车生产线的要求，捷达车前盖需要铆接的位置较多，这种布置可灵活调节冲铆机工作的位置，使冲铆机工作更加简单方便可靠。（b）控制部分冲压设备的动力有机械式、气动、液动共3种形式。液动是利用液体(油或水基液体)压强通过静压力下压，主要用于压力设备；机械式冲床是刚性的，通过惯性力快速下压,但不能调速、调压力；气动工作原理与液动类似，是通过压缩空气传递动力,可实现无级调速和调节压力。液压冲铆机相比较机械式冲铆机结构简单,安全性高,传动平稳，因液体可压缩性的影响，其刚性不如机械式的高。气压相对于液压比较，液压传动易于实现过载保护，以及实现自动化。对于本设计,综合考虑选择液压传动作为冲铆机的动力方式。1.3.3技术路线收集查阅资料,确定系统的参数进行冲铆机构的设计与选型进行悬臂装置的设计与选型 绘制零件图以及装配图 整理编写说明书首先通过查阅收集一些与轿车零部件冲铆设备相关的资料,然后进行反复的研究的思考,来确定此次课题的设计思路。然后进行冲压设备的选定(压力机的标称压力必须大于冲压的工艺力；压力机的装模高度必须符合模具的闭合高度要求;压力机的行程要符合要求。接着进行对活塞杆，液压缸长度，壁厚，外径，缸底和缸盖的参数尺寸等进行设计与选型。进行悬臂装置的设计与选型。最后进行冲铆系统控制部分的设计。进行冲铆冲铆设备零件图以及装配图的绘制。最后整理编写说明书。1.3.4进度安排第一周 查阅，收集资料，熟悉设计题目、翻译外文文献；第二周 阅读材料，收集资料，撰写开题报告；第三周 完成铆钉与凹模的设计与计算；第四周 完成动力装置液压缸的选用与计算；第五周 完成悬吊装置的设计与选型；第六周 进行总机结构草图的绘制；第七周 绘制冲铆装置的零件图；第八周 绘制冲铆装置的装配图；第九周 绘制悬吊装置的零件图；第十周 绘制悬吊装置的装配图；第十一周 进行冲铆设备控制部分的设计；第十二周 详细编写说明书；第十三周 准备毕业设计答辩；1.4注意存在的问题1) 车身冲铆连接脱铆失效，发现压铆头凹模基座侧壁长期受到高周应力而发生疲劳断裂，进而导致压铆过程不稳定，致使白车身部件连接强度下降引起连接件失效。2) 一定要遵守每个压铆紧固件规定尺寸的安装孔。3) 保证在施加安装力之前压铆紧固件的底端（或导向槽）在安装孔中； 4) 保证施加足够的安装力使扣紧环沿着整个周边完全嵌入并使凸台面正好和板接触。1.5参考文献1李晓静,李晓雷.汽车制造业中自冲铆接的新型连接工艺初探J.天津职业院校联合学报,2007,9（5）:16-182Self-Piercing Riveting-design guidelines:www.twi.co.uk/j32k/protected/band3/kschjg002/html3Standard Rivets:/riet-specifications.htm4Self-Piercing Rivets:/rivet-sp.htm5何存兴,液压传动与气压传动,华中科技大学出版社,2002.86成大先,机械设计手册 第四版第四卷，北京:化学工业出版社,2002.17成大先,机械设计手册 第四版第五卷，北京:化学工业出版社,2002.18姜继海,宋锦春,高常识,液压与气压传动,高等教育出版社,2002.19莫文玲,盛嘉茂,简明大学物理,北京:北京大学出版社,2005.210成大先,机械设计手册,单行本.轴承,北京:化学工业出版社,2004.111孙维连,工程材料及机械制造基础,北京:机械工业出版社,2000.1112钟春生,韩静涛,金属塑性变形力计算基础,北京:冶金工业出版社,1994.413董伟,刘树道,机床与液压,北京:北京出版社,2003.514张利平,现代液压技术应用220例,北京:化学工业出版社,2004.815 许秉业,黄炎,刘信声,孙学伟,弹塑性力学在机械工程中的应用,清华大学 工程力学系固