汽车上的粘接工艺

来源:荣格国际汽车设计及制造

发布时间:2019年9月3日下午 10:09:39

粘合替代焊接与螺栓连接,成为小型化与轻量化元件理想的连接工艺,并且非常高效经济。小型化更节约材料也更节能。而在轻量结构中,粘接技术能够可靠地连接大量不同的材料,这是其它技术无法企及的。因此,粘接对于汽车工业而言尤为重要。
对于汽车产业而言,可持续而高效的生产方式显得越来越重要。汽车买家们不仅重视可靠性、性价比与能耗,他们之中的大多数人还希望汽车的外观赏心悦目。
 
一辆汽车上需要用到15到18公斤的粘合剂。整个粘合剂产业的年产量有9%用于汽车工业,其中车身上用到的最多。除此以外,粘合剂还应用于从发动机机舱至汽车钥匙等各种部件上。粘合技术对于汽车工业而言是不可取代的,对于轻量化结构和可持续性而言更至关重要。
 
防撞击车身
 
在撞击测试中,大面积使用粘接工艺的汽车明显优于使用焊接工艺。理由显而易见:粘合剂接合各种材料,却不会对它们造成影响或破坏。而使用螺栓和铆钉,因为钻孔冲击而造成孔洞周围出现应力峰值,使得组件变得脆弱。相反,使用粘合剂则因为元件之间大面积的重叠区域,反而增加了强度。
 
图 1:汽车内众多粘合区域中的一部分 ( 图片来源 : DELO)
 
此外,前后车窗通过粘接提升了车身的稳定性,降低了车身的CW值,大大节约能耗。
 
通过传感器实现汽车智能化
 
如今,一辆车内会安装多达100个传感器。自动驾驶这一趋势使得传感器在未来成为不可或缺的全能助手。这些传感器的作用各异:安全性、舒适度、动力传动系统控制等等。
 
传感器必须安装在能够收发和传输信息的位置上,并可靠地将信号传输给控制或评估设备。为了实现它们的功能,并捕捉例如温度、压力、位置或速度等物理值,传感器必须适应它们各自在汽车内由于不同的安装位置所提出的不同要求。具体到每一台传感器,则分别需要一种符合其用途的粘合剂。
 
以霍尔传感器为例,可以很好地展示粘合剂的卓越性能。霍尔传感器是用来获取位置或速度的最佳选择:它们测量轮毂上轮子的转速。为此,使用的粘合剂必须对于油、汽油或刹车液具备极强的抵御能力。同时,它们必须在各种测试中表现良好,例如盐雾试验,回流焊接试验(JEDEC)与震动测试。双重固化(光/厌氧)粘合剂就十分适合这类生产,它们能确保快速预固化,以及可靠的最终固化,即使是阴影区域也不含糊。
 
图 2:霍尔传感器主要用于测轮子的转速 ( 图片来源 : DELO)
 
力求360°环绕视图
 
交通工具上的摄像机有诸多用途,它们用来防止碰撞、识别标志、辅助停车或者探测行人等。同样,粘合剂必须满足极高的要求。举个例子,后视摄像头安装在汽车外部,暴露于各种气候条件下。这就要求后视摄像头能够抵御日夜温差、冬夏环境差别以及因气候而变化的湿度。不过,最严重的影响来自于冬天从道路上扬起的除冰盐,它们可能会加速粘接部位的老化。
 
图 3:汽车上的后视摄像头 ( 图片来源 : DELO)
 
因此显而易见,粘合剂必须具备优秀的抵御性能,以确保粘合部位能够经受极端条件的考验。为了防止对外观造成负面影响,粘合剂还必须具备低释气与低收缩的属性。
 
安全第一——防止显示器碎裂
 
当事故发生时,车辆内部的组件(例如显示器)也会对人造成危险,这一点常被忽略。导航仪(现在被当作中央控制系统)的屏幕越大,这一风险也随之增加。很多制造商选择玻璃作为显示器面板的覆盖材料。玻璃的质量高,手感舒适,但由于其脆弱的特质,玻璃并不是十分安全的材料。
 
SCHOTT和DELO联手研制出车辆显示器专用的抗裂的覆盖玻璃层,这对于汽车安全而言是一大贡献。玻璃被粘合到整个显示器面板的表层,而极度柔软的粘合剂成为两者之间的缓冲。
 
 图4:显示器面板上的粘合点示意图 ( 图片来源 : DELO)
 
一系列的头部碰撞测试显示,高强度的铝矽酸盐玻璃与特殊粘合剂能够通过各种国际标准的碰撞测试。使用的粘合剂柔韧性极强,而且完全透明,为汽车工业的需求而进行了专门的优化。
 
比如它们的折射率经过了调整,减少了三分之二的干扰折射(例如来自日光的折射),提供了良好的色彩对比度。粘接不止提供可靠性,也带来更多益处,它可以避免LCD与覆盖玻璃之间被灰尘污染,因此无需担心覆盖玻璃后方出现湿气凝结。
 
特别的粘接工艺
 
由DELO和Böllhoff合作研发的ONSERT技术,是焊接螺丝的替代品(焊接螺丝通常固定汽车内的钢绳股)。当板材极薄,或者材料无法焊接时,焊接螺丝就体现出局限性。
 
ONSERT技术会使用带有注塑底座的焊接螺丝,这种独一无二的接合技术,将粘合与螺栓连接合二为一。
 
这一方法的特点是固化时间极短。举个例子,光固化的丙烯酸在LED光线下大约需要四秒即完成固化。粘接处随即便可承受负荷,在非常短的时间内就稳固地将螺纹螺丝固定至元件上,随后拧紧,或按需再次松开螺栓连接。
 
图 5:BMW i3 上的 ONSERT 螺钉 ( 图片来源 : BMW/DELO)
 
因此,ONSERTS结合了焊接螺丝的优点,例如高度自动化、较短的生产周期以及较高的负荷承受能力,甚至可以在厚度低于0.5毫米的板材上或者非金属轻量化材料上进行粘合。与在金属板上的焊接元素不同的是,粘合元素在视觉上并不明显,对于外观要求高的元件来说是一种理想的工艺。
 
这项技术已在BMWi3与i8电动车上使用,用来固定线缆、面板和其它组件。
 
美观而现代的设计,兼具可靠性
 
购买汽车时,客户对于外观设计与内部质量都十分重视。尤其是仪表板,必须要外形美观、手感舒适。这也就是为什么要用粘合的方式来固定各种装饰材料,例如排风槽周围的铬环。与螺钉相比,粘合剂更为隐形,而与弹簧扣相比更为可靠。粘合剂拥有良好的耐受性:它们可以轻松地抵御温度波动以及随之带来的材料变形。
 
图 6:仪表盘上粘合装饰件——排风槽周围的铬环 ( 图片来源 : Fotolia)
 
可以用光快速预激活的单组分环氧树脂粘合铬环。预激活的特征是:粘合剂在曝光后的一段时间内仍然保持液体状态,因此也能粘合不透光的组件。
 
结论
 
粘合剂对于汽车工业而言是不可取代的。它们的优点是允许使用各种不同的材料组合,为设计提供了更多新的选择性。粘合剂的附加价值是巨大的,除了它们的主要功能(粘合)以外,他们还能保护零部件不受各种介质的腐蚀,满足轻量化结构和安全可靠的需求。这些都显示粘接是未来的主要接合技术——它是汽车工业持久成功的保障。
 

 

□ 来源:DELO

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