Så här klarar du utmaningen vid hybridsammanfogning med en sticksträngapplicering
Materialbesparingen på mer än 20 procent är bara en av de många fördelarna med sticksträngar jämfört med traditionell strängapplicering. Lär dig hur du kan ta produktiviteten, säkerheten och kvaliteten i din hybridsammanfogningsprocess till nästa nivå – samtidigt som du sänker din totala ägandekostnad.
10 sep 2019
Utpressning av lim vid punktsvetsar
I och med dagens lätta konstruktioner i flera olika material har hybridsammanfogning blivit en av de viktigaste trenderna för karosseritillämpningar. Vid hybridsammanfogning kombineras höghållfasta limförband med andra sammanfogningstekniker som punktsvetsning, fastsättning med friktionsborrning eller självstansande nitning Detta ger stora fördelar:
- Den högre strukturella hållfastheten och styvheten förbättrar köregenskaperna och krocksäkerheten
- Förbindningen skyddas bättre mot korrosion
- Tack vare höghållfasta lim kan antalet punktsvetsar reduceras
Utmaningar vid hybridsammanfogning
Utblåsning: limmet förstörs vid punktsvetsar
Att kombinera adhesiv dispensering med andra tekniker för sammanfogning innebär många utmaningar. Vid svets- eller nitpunkter kan adhesiva material tryckas ut. Detta leder till materialförluster och omarbetningar. Tillsammans med punktsvetsning kan limmet förstöras av hettan vid svetsning varvid giftiga gaser bildas. Dessutom krävs högre svetsström och längre tid för genomsvetsning. Vanliga fel som kan uppstå:
- Utpressning: Vid punktsvetsar pressas det adhesiva material ut. Detta resulterar i att KTL-badet kontamineras och leder till omarbetningar och materialförluster.
- Utblåsning: Om limmet förstörs av uppvärmningen vid punktsvetsning kan det blåsas ut.
Sticksträngapplicering, problemlösaren
Vid sticksträngapplicering skapas materialgap i punktsvetsens förbränningsområde.
För att lösa dessa utmaningar erbjuder Atlas Copco ett appliceringsmönster som är särskilt utvecklat för hybridsammanfogning. Den så kallade sticksträngen är en applicering som lämnar definierade gap vid svetsområden vilket ger många fördelar:
- Minskad förbrukning av adhesiva material och sänkta kostnader
- Den exakta appliceringen eliminerar de omarbetningar som orsakas av att material trycks ut vid svetspunkterna
- Inga giftiga ångor vid användning i kombination med punktsvetsning varför luftutsugningsssystem inte längre behövs
- Minskad limmängd innebär lägre vikt och sänkta CO2-utsläpp
Sticksträngtekniken kan ge materialbesparingar på upp till 22 procent
Materialbesparingar med stickstränglösningen
De potentiella materialbesparingarna är mycket stora. Om vi exempelvis använder beräkningen för en typisk sidopanel med 54 svetspunkter vid framdörren och 44 svetspunkter vid bakdörren så ger det totalt 98 svetspunkter. Vid applicering av en kontinuerlig sträng med 3 mm diameter så appliceras en materialvolym på totalt 38 ccm.
Vid applicering av en sticksträng med ett gap på 12 mm sparar du upp till 0,0848 ccm material per svetspunkt. Med 98 svetspunkter ger detta en besparing på 8,3 ccm per sidopanel – detta ger en materialbesparing på 22 procent.
Besparingspotential – sticksträngapplicering
| Beräkningsexempel | |
|---|---|
| Strängdiameter | 3 mm |
| Adhesiva gap | 12 mm |
| Materialbesparing per punkt: | 0,15 cm * 0,15 cm * 3,14 * 1,2 cm = 0,0848 ccm |
| Materialbesparingar per sidopanel (98 svetspunkter): | 98 * 0,0848 ccm = 8,3 ccm |
| Materialbesparingar per kaross: | 2*8,3 ccm = 16,6 ccm |
| Materialbesparingar per dag (1 000 karosser): | 16,6 ccm * 1,355 g/ccm = 22,5 kg |
| Kostnadsbesparing per dag: | 22,5 kg * 14 €/kg = 315 € (endast sidopaneler) |
| Kostnadsbesparingar per år: | 315 € * 225 = ca. 70 875 € (endast sidopaneler) |
Utmaningar vid sticksträngapplicering: robothastighet och flexibilitet
Relationen mellan växlingstid och robothastighet vid sticksträngapplicering
Fördelarna med sticksträngar vid hybridsammanfogning är exceptionella jämfört med applicering av kontinuerlig sträng. Det finns dock betydande utmaningar i appliceringsprocessen gällande robothastigheten och flexibiliteten vid applicering. Produktionslinjer med höga volymer kräver robothastigheter på upp till 500 mm/s och mer. Samtidigt blir fordonens geometrier allt mer komplexa. Strängens och stränggapens storlekar måste vara helt definierbara – och de måste appliceras på ett exakt och tillförlitligt sätt på fordonsdelen. Men tiden för växling mellan robot, kontrollsystem och applikator sänker ventilnålens reaktionstid för öppning och stängning i munstycket. Det är här traditionella applikatorsystem slår i taket.
Exempel: krav på omkopplingstider vid en robothastighet på 350 mm/s:
- 34,2 ms vid 12 mm applicering eller gap
- 28,5 ms vid 10 mm applicering eller gap
- 22,8 ms vid 8 mm applicering eller gap
Inlärning via robotens styrsystem
I många industriella dispenseringssystem måste sticksträngen programmeras via robotens styrsystem genom att strängens och gapets längd anges manuellt. Växlingstiden måste anpassas efter robothastigheten för att få strängens och gapets längd att motsvara specifikationen i mm. Detta kräver omfattande programmering vilket resulterar i högre kostnader.
Utförande via systemstyrning
Moderna, industriella adhesiva dispenseringssystem från Atlas Copcos SCA-produktserie erbjuder en speciell programvara för sticksträngsapplicering. Strängens och gapets längder kan anges direkt i programmet. Robotens styrsystem startar bara programmet med signalen ”applicator open”. Styrenheten reglerar helt autonomt ventilen enligt angivna sträng- och gaplängder i kombination med robothastigheten. Återkopplingen utförs av en lägesgivare och inkluderas i beräkningen. Robotprogrammeraren behöver bara välja hastighet, startsignal och robotbana. Alla andra signaler för applikatorn hanteras inom appliceringsprogrammet.
Fördelarna med programvaruvarubaserad programmering:
- Automatisk beräkning av växlingstider
- Exakt utlösning av applikatorventilen
- Hög flexibilitet: Upp till 128 sekvenser (sträng och gap) är möjliga inom ett program
- Låg programmeringströskel och liten risk för operatörsfel
Användningsfall: sticksträngapplicering med hög hastighet
Pneumatisk sticksträngapplikator med hög hastighet för uppvärmda och ouppvärmda material.
En asiatisk biltillverkare bestämde sig för att kombinera höghållfast limning med punktsvetsning i den inre ramen, golvramen, mittre tunneln, instrumentbrädan och hjulhusen på en ny karossplattform. Målet var att förbättra styvheten, krocksäkerheten och den totala körupplevelsen. En intern undersökning visade att den färdiga bilens körbeteende förbättrades avsevärt med upp till 50 meter lim i karossen. Man kom fram till att sticksträngen var den appliceringsmetod som var bäst lämpad för denna förbindningsutmaning. Det möjliggör en bred spridning mellan punktsvetsarna på karossen utan att optimala 70 meter överskrids. Kravet på OEM var en robothastighet på minst 500 mm/s – utan att kompromissa med appliceringskvaliteten och processens tillförlitlighet.
För denna kund utvecklade Atlas Copco en speciell applikator som säkerställde en tillförlitlig höghastighetsprocess enligt kundens specifikation. Lösningen blev en pneumatisk applikator med en dubbelverkande cylinder och extremt snabbväxlande luftventiler. För att öka nålrörelsens hastighet omarbetade och utvidgade Atlas Copco ventilöppningarna. Luften evakueras snabbare vid öppning och stängning av munstycket. I dag använder denna asiatiska OEM mer än 100 system från Atlas Copco i sin karossproduktionslinje – och samarbetar fortsatt med Atlas Copco för att ytterligare öka robothastigheten.
Sammanfattning: Varför du ska investera i en stickstränglösning
Sticksträngen är en verklig problemlösare vid hybridsammanfogning särskilt när den kombineras med punktsvetsning. Med materialbesparingar på upp till 20 procent kan betydande kostnadsbesparingar uppnås tillsammans med många andra fördelar som ökar din produktivitet, säkerhet och kvalitet – och minskar den totala ägandekostnaden. Men robothastigheten kan vara en utmaning i appliceringsprocessen. I och med de ökande kraven från industrin har många av de traditionella appliceringssystemen nått sin övre gräns. Atlas Copco har utvecklat en särskild höghastighetsapplikator som presterar tillförlitligt vid robothastigheter på 500 mm/s eller mer. Samtidigt förenklas programmeringen av den dedikerade programvaran.