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Rentable y sostenible: Los KR FORTEC sueldan las carcasas de las baterías para vehículos híbridos enchufables

Máxima calidad de soldadura combinada con una tecnología verde: La soldadura por fricción y agitación (también conocida como Friction Stir Welding (FSW)) es el proceso óptimo para los metales no férreos con una baja temperatura de fusión y los materiales metálicos. KUKA ha aplicado sus conocimientos en este sector para un gran fabricante de automóviles y hasta ahora ha integrado tres células de soldadura por fricción y agitación en la producción.


Una tarea difícil: Carcasas de las baterías para vehículos híbridos enchufables

Hoy en día hay mucha gente que prefiere conducir un vehículo eléctrico en lugar de un vehículo con motor de combustión. Pero lo muchos no saben es que un vehículo eléctrico necesita una "temperatura de confort", al menos las baterías. Esto se debe a que solo aportan el rendimiento óptimo y alcanzan la máxima vida útil si están bien atemperadas. Por lo tanto, las baterías de iones de litio deben refrigerarse durante el funcionamiento y calentarse en caso de que la temperatura ambiente sea baja. Especialmente en el caso de los vehículos del tipo híbrido enchufable, esta tarea se lleva a cabo por sistemas de refrigeración que están integrados en el suelo de los soportes de las baterías. La fabricación de estas carcasas es extremadamente difícil y, por lo tanto, ofrece un uso óptimo para los procedimientos de FSW basados en robots.

Friction Stir Welding: Proceso de soldadura para vehículos híbridos enchufables

Friction Stir Welding basada en robots en la fabricación de baterías: Así funciona.

Soldadura por fricción y agitación para vehículos híbridos enchufables

Esto también lo ha reconocido un gran fabricante de automóviles, que primero fabricaba las carcasas de las baterías mediante pegado y con tornillos. Sin embargo, cuando este procedimiento no tuvo el éxito deseado, fue necesario buscar una nueva solución en el mercado. En este caso, los requisitos para las carcasas de las baterías son elevados: Deben garantizarse la nivelación de las superficies de montaje del módulo, la estanqueidad de los orificios finales y los requisitos de las pruebas de presión. Con la soldadura por fricción y agitación basada en robots, KUKA ofreció al fabricante de automóviles un método económico y seguro para el proceso para la fabricación de vehículos eléctricos híbridos enchufables que garantiza la seguridad y la funcionalidad de las carcasas de las baterías.

Estudios de factibilidad para la soldadura de las carcasas de las baterías

KUKA ha acompañado al cliente desde la concepción de la primera idea, pasando por las pruebas realizadas y hasta el suministro. "Ya habíamos desarrollado prototipos y los habíamos sometido a diferentes pruebas. En los estudios de factibilidad realizados hemos comprobado la adecuación de la soldadura y hemos realizado análisis de accesibilidad y simulaciones de procesos. Debido a que todas las pruebas resultaron ser satisfactorias, hemos procedido a instalar la instalación en la planta del cliente", explica Stefan Fröhlke, gerente principal de soluciones de procesos de FSW en KUKA. La célula de soldadura por fricción y agitación KUKA cell4_FSW ha sido desarrollada especialmente para el mercado creciente de la electromovilidad y, gracias a su concepto modular, ofrece lo mejor en cuanto a versatilidad y muchas posibilidades de configuración, así como una eficiencia rentable excelente.

La célula de soldadura por fricción y agitación KUKA cell4_FSW ofrece el máximo aprovechamiento del proceso gracias a las dos estaciones de trabajo.

En los estudios de factibilidad realizados hemos comprobado la adecuación de la soldadura y hemos realizado análisis de accesibilidad y simulaciones de procesos. Debido a que todas las pruebas resultaron ser satisfactorias, hemos procedido a instalar la instalación en la planta del cliente.

Stefan Fröhlke, gerente principal de soluciones de procesos de FSW en KUKA

Ventajas de la soldadura por fricción y agitación con la herramienta de FSW adecuada

Para cerrar el sistema de refrigeración de los modelos híbridos enchufables, se utiliza el procedimiento de soldadura por fricción y agitación para unir la chapa de fondo exactamente a lo largo de los canales de refrigeración con la carcasa de fundición. Para asegurar un circuito estanco a la presión cambiante, se necesita una sección de unión grande y una costura de soldadura bien agitada y comprimida. "La soldadura por fricción y agitación ha demostrado ser una tecnología de unión adecuada, ya que los componentes se deforman lo menos posible por la entrada de calor", comenta Stefan Fröhlke explicando el procedimiento. Para ello, KUKA apuesta por la soldadura por fricción y agitación con hombro fijo (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). Esto significa que, a diferencia de la soldadura por fricción y agitación clásica, aquí solo gira el lápiz de soldadura en un hombro estacionario. De este modo, se obtiene una superficie de la costura plana y lisa a lo largo de la costura soldada durante el movimiento de avance. Así se reduce el esfuerzo al realizar el mecanizado posterior.
La soldadura por fricción y agitación es ideal para carcasas de baterías en un vehículo de accionamiento eléctrico del tipo híbrido enchufable.

Industria 4.0: Registro transparente de los datos de calidad

Otras ventajas para el cliente que ofrece la célula de soldadura KUKA cell4_FSW: Mediante el robot de carga pesada de la serie KR FORTEC se puede garantizar una mayor precisión de trayectoria en componentes grandes, gracias a su gran rigidez y vida útil. "Al mismo tiempo, el cliente puede realizar un seguimiento de todos los parámetros de proceso esenciales y registrar de forma transparente todos los datos de calidad a través de nuestro sistema de documentación y de control de procesos (PCD)", subraya el gerente de la gama de productos Till Maier. Esto ha permitido a KUKA crear una base para la integración de Industria 4.0. Además, el intercambio de datos sencillo con el servicio técnico a distancia de KUKA permite una ayuda rápida en caso de se produzcan problemas y evita así los tiempos de inactividad prolongados.

Circulación de forma respetuosa con el medio ambiente: Tecnología verde para los vehículos eléctricos

El procedimiento no solo es económico y de alta calidad, sino que también está considerado como tecnología verde. "Gracias al bajo consumo energético, la soldadura por fricción y agitación es respetuosa con el medio ambiente y además no es necesario utilizar ningún sistema de aspiración de humos o aplicar medidas de protección antideslumbrante", explica Stefan Fröhlke. Esta combinación de calidad, rentabilidad y sostenibilidad ha convencido al cliente.
El procedimiento FSW consume poca energía y, por lo tanto, también es sostenible.

Soldadura por fricción y agitación: La historia de éxito para los vehículos eléctricos continúa

La primera instalación fue puesta en producción en 2016 en Alemania tras una fase de prototipos y de pruebas y desde entonces se utiliza como modelo para la fabricación de las carcasas de las baterías de los vehículos con accionamiento eléctrico dentro del grupo. En el marco de la ampliación de la capacidad de la soldadura por fricción y agitación, el fabricante de automóviles ha reestructurado la responsabilidad del proceso y la ha transferido a su filial a Suecia, que ha construido una nave nueva especialmente para ello. En este proceso, se ha realizado el pedido de otras dos células de soldadura por fricción y agitación a KUKA.

El nuevo concepto de automatización reduce el tiempo de ciclo en un 25 %

La primera celda se trasladó a Suecia en septiembre de 2020 y en mayo de 2021 se realizó la inspección provisional de las dos nuevas celdas KUKA cell4_FSW en Augsburgo. Dos meses más tarde, en julio de 2021, pudieron ponerse en servicio las dos instalaciones en la planta del cliente. Las mejoras en comparación con la primera celda impresionaron a todos los implicados: Mediante la automatización del complejo sistema de sujeción hidráulico se pudo reducir el tiempo de ciclo total, incluida la manipulación de componentes, de los anteriores 20 minutos a los actuales 15 minutos y, al mismo tiempo, mejoró la calidad del producto gracias a la optimización del sistema de sujeción, lo que por ejemplo se puede apreciar en la costura soldada.
Ejemplo de una costura de puntadas para el cierre de los canales de refrigeración. La costura soldada desempeña un papel importante en el vehículo eléctrico.

Altas expectativas con respecto a la soldadura de aleaciones de aluminio

Los requisitos para los componentes críticos para la seguridad de las carcasas de las baterías en el vehículo eran extremadamente altos: La costura soldada debía poder soportar una presión de ruptura muy alta, lo que debía comprobarse mediante una prueba de resistencia. Los dispositivos de sujeción especiales y la herramienta adecuada tuvieron que desarrollarse de nuevo junto con los parámetros de soldadura. Esto podía realizarse exclusivamente con la tecnología FSW, ya que debían soldarse distintas aleaciones de aluminio (aleación forjable en moldeo a presión de aluminio).
La soldadura por fricción y agitación es un procedimiento económico y ecológico para un automóvil con tecnología enchufable.

La colaboración fue muy abierta, con confianza y eficiente y el cliente estaba sorprendido de la rapidez con la que se llevó a cabo la implementación.

Director de proyecto Adel Ben Hassine, del departamento de ingeniería de ventas y propuestas en KUKA

La implementación rápida dio lugar a una gran satisfacción por parte del cliente

Además, la condición para la adjudicación del pedido fue un suministro rápido en un plazo de seis meses. Gracias a la experiencia de KUKA en este sector, se pudieron cumplir todos los requisitos. De este modo, el cliente expresó la mayor satisfacción posible: "La colaboración fue muy abierta, con confianza y eficiente", destacó el director de proyecto Adel Ben Hassine, del departamento de ingeniería de ventas y propuestas en KUKA, "el cliente estaba sorprendido de la rapidez con la que se llevó a cabo la implementación". Además, se lograron beneficios en términos de sostenibilidad: "Las herramientas fueron desarrolladas posteriormente junto con el cliente, de manera que la vida útil de los pines se ha duplicado entretanto."

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