Korzystasz ze starszej wersji przeglądarki Internet Explorer. Aby zapewnić optymalnie działanie, zaktualizuj przeglądarkę
Ekonomiczne i trwałe: Roboty KR FORTEC spawają obudowy akumulatorów do hybryd plug-in
Najwyższa jakość spawania w połączeniu z „zieloną technologią”: Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem – znane jako Friction Stir Welding (FSW) – jest najbardziej optymalnym procesem w przypadku metali nieżelaznych o niskiej temperaturze topnienia i materiałów metalowych. KUKA skorzystało ze swojego know-how z tego obszaru i wdrożyło dla dużego producenta samochodów trzy moduły do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem.
Trudne zadanie: Obudowy akumulatorów do hybryd plug-in
Obecnie zamiast samochodu z silnikiem spalinowym wiele osób chętniej wybiera samochód elektryczny. Lecz niewielu z nich wie, że: samochód elektrycznych potrzebuje „optymalnej temperatury pracy” – a przynajmniej jego akumulatory. Gdyż tylko w przypadku odpowiedniej temperatury zapewniają one optymalną wydajność i osiągają maksymalną żywotność. Akumulatory litowo-jonowe muszą być zatem chłodzone podczas pracy oraz ogrzewane przy niskich temperaturach otoczenia. W hybrydzie typu plug-in to zadanie przejmują układy chłodzenia, które są zamontowane w blasze podłogowej przy wsporniku akumulatora. Produkcja tych obudów jest niezwykle trudna, dlatego optymalnie nadaje się do tego zrobotyzowana procedura FSW.
Friction Stir Welding: Proces spawania dla hybryd plug-in
Zrobotyzowane spawanie Friction Stir Welding w produkcji akumulatorów: Tak to działa.
Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem do hybryd plug-in
Przekonał się o tym również duży producent samochodów, który do tej pory wykorzystywał do produkcji obudów akumulatorów klejenie i skręcanie. W związku z tym, że ta metoda nie przyniosła pożądanego rezultatu, poszukiwał innego rozwiązania na rynku. Wymagania wobec obudów akumulatorów są bardzo wysokie: Należy zapewnić równe powierzchnie montażowe modułów, szczelne otwory końcowe i pozytywnie przejść próby ciśnieniowe. Dzięki zrobotyzowanemu zgrzewaniu tarciowemu z przemieszaniem KUKA mogła zaoferować producentowi samochodów bezpieczną i ekonomiczną metodę do produkcji hybryd plug-in, gwarantującą bezpieczeństwo i funkcjonalność obudów akumulatorów.
Badania wykonalności dotyczące spawania obudów akumulatorów
Od pierwszego pomysłu, poprzez testy, aż po dostawę – KUKA na każdym etapie towarzyszyła klientowi. „Już wcześniej stworzyliśmy prototypy, które przeszły różne testy. W badaniach wykonalności sprawdziliśmy spawalność, a także przeprowadziliśmy analizy osiągalności i symulacje procesów. A ponieważ wszystkie testy wypadły lepiej niż zadowalająco, zainstalowaliśmy instalację u klienta” – wyjaśnia Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution FSW w firmie KUKA. Moduł do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem KUKA cell4_FSW został opracowany specjalnie dla dynamicznie rozwijającego się rynku elektromobilności i dzięki modułowej koncepcji poza wyjątkową ekonomiczną efektywnością oferuje również maksymalną różnorodność i liczne możliwości konfiguracji.
Moduł do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem KUKA cell4_FSW oferuje maksymalną efektywność procesową dzięki 2 stacjom roboczym.
W badaniach wykonalności sprawdziliśmy spawalność, a także przeprowadziliśmy analizy osiągalności i symulacje procesów. A ponieważ wszystkie testy wypadły lepiej niż zadowalająco, zainstalowaliśmy instalację u klienta.
Zalety zgrzewania tarciowego z przemieszaniem i odpowiednim narzędziem FSW
Aby zamknąć układ chłodzenia w hybrydach plug-in, za pomocą zgrzewania tarciowego z przemieszaniem blacha podłogowa jest łączona z odlewaną obudową dokładnie wzdłuż kanałów chłodzących. Aby stworzyć szczelny obieg, który będzie odporny na skoki ciśnienia, wymagany jest duży przekrój oraz dobrze zmieszana spoina uszczelniająca. „„Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem okazało się być najlepszą technologią łączenia, ponieważ komponenty minimalnie się odkształcają pod wpływem ciepła” – wyjaśnia procedurę Stefan Fröhlke. KUKA stawia na zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem ze sztywnym ramieniem (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). A to oznacza, że: W odróżnieniu od klasycznego zgrzewania tarciowego z przemieszaniem obraca się wyłącznie trzpień zgrzewający w stacjonarnym ramieniu. Przy przesuwie wzdłuż spoiny spawalniczej zapewnia to powstanie równej i gładkiej powierzchni spoiny. Ogranicza to też nakłady na obróbkę końcową.
Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem optymalnie nadaje się do obudów akumulatorów w hybrydach typu plug-in.
Przemysł 4.0: Rejestrowanie danych dotyczących jakości w przejrzysty sposób
Więcej korzyści dla klienta dzięki modułowi spawalniczemu KUKA cell4_FSW: Robot do dużych obciążeń z serii KR FORTEC, oferują dużą sztywność i trwałość, zapewnia większą dokładność torową w przypadku dużych podzespołów. „Jednocześnie dzięki naszemu systemowi kontroli procesów i dokumentacji (PCD) klient może śledzić wszystkie najważniejsze parametry procesu i w przejrzysty sposób rejestrować dane dotyczące jakości” – podkreśla manager ds. portfolio Till Maier. W ten sposób KUKA stworzyła bazę do integracji Przemysłu 4.0. Dodatkowo łatwa wymiana danych z KUKA Remote Service zapewnia szybką pomoc w razie problemów i zapobiega dłuższym czasom przestojów.
Ekologiczna jazda: Zielona technologia dla samochodów elektrycznych
Oferuje ona wysoką jakość i jest nie tylko ekonomiczna, lecz również uznawana za „zieloną technologię”. „Dzięki niskiemu zużyciu energii zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem jest przyjazne dla środowiska i nie wymaga stosowania układów odsysania pyłu ani osłon chroniących przed oślepieniem” – wyjaśnia Stefan Fröhlke. I właśnie to połączenie jakości, rentowności i zrównoważonego rozwoju ostatecznie przekonało klienta.
Procedura FSW zużywa mniej energii, dlatego jest bardziej zrównoważona.
Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem: Historia sukcesu samochodów elektrycznych trwa nadal
Pierwsza instalacja została po raz pierwszy włączona do produkcji w Niemczech już w 2016 roku po fazie prototypowej i testowej. Od tego czasu służy w koncernie jako instalacja do produkcji obudów akumulatorów do samochodów elektrycznych. W ramach rozszerzenia działalności związanej ze zgrzewaniem tarciowym z przemieszaniem producent samochodów na nowo zdefiniował odpowiedzialność procesową i oddelegował to zadanie do swojej spółki-córki w Szwecji, która specjalnie po to wybudowała nową halę. Dlatego też w KUKA zamówiono dwa kolejne moduły do zgrzewania tarciowego z przemieszaniem.
Nowa koncepcja automatyzacji skraca czas taktu o 25%
Pierwszy moduł został przeniesiony we wrześniu 2020 roku do Szwecji, a w maju 2021 roku nastąpił wstępny odbiór dwóch nowych modułów KUKA cell4_FSW w Augsburgu. Już dwa miesiące później – w lipcu 2021 roku – udało się uruchomić obie instalacje u klienta. Unowocześnienia, jakie wprowadzono w stosunku do pierwszego modułu, wzbudziły zainteresowanie wszystkich: Dzięki automatyzacji kompleksowego hydraulicznego systemu zaciskowego udało się skrócić całkowity czas taktu oraz czas manipulowania podzespołami z 20 do 15 minut i jednocześnie dzięki optymalizacji systemu zaciskowego poprawiono jakość produktu np. spoiny spawalniczej.
Przykład spoiny zamykającej kanały chłodzące. Spoina spawalnicza odgrywa bardzo ważną rolę w samochodach elektrycznych.
Wysokie oczekiwania w stosunku do spawania stopów aluminium
Wymagania wobec krytycznych dla bezpieczeństwa podzespołów obudowy akumulatora w samochodach były ekstremalnie wysokie: Spoina spawalnicza powinna być odporna na bardzo wysokie ciśnienie rozrywające, co miało zostać potwierdzone w teście wytrzymałości. Konieczne było zaprojektowanie specjalnych mechanizmów zaciskowych i odpowiednich narzędzi z zupełnie nowymi parametrami spawania. Udało się to tylko i wyłącznie dzięki technologi FSW, ponieważ spawane były różne stopy aluminium (kute stopy aluminium przeznaczone do odlewania ciśnieniowego).
Zgrzewanie tarciowe z przemieszaniem jest ekonomicznym i ekologicznym procesem, przeznaczonym dla hybryd plug-in.
Współpraca była bardzo otwarta, pełna wzajemnego zaufania i skoncentrowana na wyznaczonym celu, a klient był zaskoczony, jak szybko nastąpiło wdrożenie.
Klient był bardzo zadowolony z szybkiego wdrożenia
Szybka dostawa w ciągu sześciu miesięcy była zresztą warunkiem otrzymania zlecenia. Dzięki doświadczeniu KUKA w tym obszarze udało się spełnić wszystkie wymagania klienta. To wzbudziło jego zadowolenie: „Współpraca była bardzo otwarta, pełna wzajemnego zaufania i skoncentrowana na wyznaczonym celu” – podkreśla kierownik projektu Adel Ben Hassine, Sales & Proposal Engineering w firmie KUKA. „Klient był zaskoczony, jak szybko nastąpiło wdrożenie.” Dodatkową korzyścią było zwiększenie wytrzymałości narzędzi: „We współpracy z klientem udało się stworzyć takie narzędzia, które pozwoliły na dwukrotne wydłużenie żywotność styków.”
