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A solda por fricção e mistura com robôs eleva a produção de veículos elétricos a um novo patamar

No futuro, o carro elétrico substituirá o motor a combustão – os especialistas estão convencidos disso. Os grandes e pesados compartimentos de baterias estão sujeitos a requisitos especiais. A KUKA desenvolveu três instalações para um fornecedor automotivo internacional. Através da solda por fricção e mistura baseada em robô (em inglês friction stir welding, ou FSW) com o módulo de aplicação KUKA FSW e a KUKA cell4_FSW, não apenas é possível levar a fabricação qualitativamente a um novo patamar, mas também econômica e ecologicamente.


Solda por fricção e mistura: Alta qualidade, econômica e sustentável

Desde 2022 oito robôs da KUKA, dos quais três módulos de aplicação para Friction Stir Welding com o KR FORTEC em três células cell4_FSW, se encontram em um grande fornecedor automotivo em Portugal. Eles se ocupam com aquilo que provavelmente será o futuro da locomoção com automóveis: os compartimentos de baterias para o carro elétrico, que são fabricados a partir de diferentes ligas de alumínio, para tornar o veículo o mais leve possível. Essa temática tem uma importância especial, principalmente no que se refere ao processo FSW. Pois o processo baseado em robô não apenas fornece máxima qualidade de solda com boa economia, mas também é considerado como tecnologia verde, graças ao baixo consumo de energia. A fabricação do suporte para a bateria do carro elétrico é elevada a um patamar totalmente novo. Segundo o cliente, atualmente os custos de um metro de linha de solda por fricção e mistura já são mais baixos do que o consumo de arame equivalente na solda com gás de proteção.

Solda por fricção e mistura robotizada: Linha de produção para suportes de baterias

Justamente na eletromobilidade a solda por fricção e mistura de suportes de baterias se estabeleceu em muitos fabricantes e fornecedores da indústria automotiva.

Solda totalmente automática para a E-Mobility

A eletromobilidade vem crescendo no mundo todo. O componente principal no carro elétrico, a bateria, é fixada no assoalho dos veículos com um compartimento, que consiste em um quadro de perfis de extrusão soldado com gás de proteção, que são fechados com uma chapa metálica ou com perfis de extrusão de alumínio de parede dupla. A KUKA acompanha os clientes há vários anos na fabricação destes compartimentos e já forneceu três diferentes instalações. "Crescemos junto com os requisitos do cliente – desde a função de solda em si até a linha de produção totalmente automatizada", diz Patxi Blanco, Global Key Account Manager na KUKA, que acompanhou o processo dos compartimentos de baterias de construção leve desde o início.

Elevados requisitos aos cordões da caixa de baterias

Tudo começou em 2019 quando o cliente ainda usava um tipo de instalação de outro fabricante, e não estava satisfeito com a qualidade da solda. Pois em compartimentos de baterias de carros elétricos, os requisitos ao cordão de solda são muito especiais. Ao contrário dos veículos híbridos, a bateria do carro puramente elétrico é maior e mais pesada, e é integrada diretamente no assoalho. "Isso requer uma alta rigidez e, através da integração no assoalho, os compartimentos são resistentes a impactos (crash). Isso significa que eles precisam resistir a enormes forças", explica Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution na KUKA.

Mais baterias, mais instalações

Ideal para estes requisitos à caixa de baterias é a solda por fricção e mistura (Friction Stir Welding). Para melhorar a qualidade de solda no fornecedor automotivo global, a KUKA desenvolveu primeiramente uma instalação com duas células e respectivamente um KR FORTEC. Devido à flexibilidade de soldar diferentes caixas de baterias em uma mesma instalação, o cliente estava tão satisfeito que no mesmo ano ele encomendou mais uma instalação na KUKA. Dessa vez: uma célula com um robô, que em vez de operar apenas um dispositivo como anteriormente, agora já podia operar três dispositivos. Assim é possível realizar três diferentes tarefas de solda, para as quais, de outro modo, seriam necessárias três instalações não robotizadas. 

Solda por fricção e mistura robotizada para compartimentos de baterias em duas células KUKA cell4_FSW.

Econômica e dinamicamente: Assim surge a caixa de baterias para o veículo elétrico

"Por meio dessa solução é possível economizar duas instalações, bem como os respectivos custos envolvidos para pessoal e área de produção, com a mesma quantidade produzida", diz Patxi Blanco. A solução da KUKA também é extremamente econômica: o robô de solda por fricção e mistura pode ser usado até 95 por cento, uma vez que durante o processo de solda os dispositivos já podem ser carregados e descarregados em uma área de segurança própria. Outra vantagem: através do robô, o processo não é apenas mais dinâmico, mas requer também uma área menor.


Realizamos a montagem e a colocação em funcionamento em nossa fábrica em Augsburg. Lá o cliente fez a aceitação do equipamento, motivo pelo qual a instalação no local ocorreu de forma rápida e sem problemas.

Patxi Blanco, Global Key Account Manager na KUKA

Vantagem: Instalação rápida e fácil

Por conseguinte, não se limitou aos dois sistemas. Três anos mais tarde, não apenas o processo de solda simples ocorre com a ajuda de robôs, mas toda a produção está automatizada. Atualmente oito robôs, em três células KUKA cell4_FSW, trabalham em quatro passos para produzir os compartimentos de baterias de diferentes ligas de alumínio, de acordo com os elevados requisitos. Primeiramente é soldado o painel do assoalho e, no segundo passo, é feito o rebarbamento. Quando o painel está pronto, os robôs soldam o quadro no painel do assoalho e, finalmente, no passo quatro rebarbam toda a caixa de baterias. "Realizamos em nossa fábrica em Augsburg a montagem e a colocação em funcionamento. Lá o cliente fez a aceitação do equipamento, motivo pelo qual a instalação no local ocorreu de forma rápida e sem problemas", diz Patxi Blanco sobre o projeto de longa data na eletromobilidade.

No primeiro passo trata-se do comissionamento das peças avulsas para os painéis do assoalho.

Solda por fricção e mistura para máxima precisão

Desenvolvida especialmente para o mercado em expansão da eletromobilidade, a célula de solda por fricção e mistura KUKA cell4_FSW, além da excepcional eficiência econômica, oferece máxima versatilidade e possibilidades de configuração. "Graças a uma precisão de trajetória menor que 0,5 milímetros, são possíveis cordões de solda altamente precisos e perfeitos", explica Stefan Fröhlke. A condução exata da trajetória baseia-se, por um lado, no uso do KR FORTEC 500 R2830 MT, que convence através de uma alta rigidez e vida útil. Por outro lado, a calibração de trajetória exata baseada em laser, para compensar desvios de trajetória, tem uma parcela significativa no fato do cordão de solda na solda por fricção e mistura atender aos elevados requisitos de estanqueidade e processo de colisão.

A ferramenta de longa vida útil provê alta produtividade

No decorrer do desenvolvimento, a vida útil da ferramenta na solda por fricção e mistura revelou-se como um desafio especial. Através da constante melhoria do ombro e do pino no robô, graças ao uso de novos materiais e revestimentos, foi possível prolongar significativamente a vida útil da ferramenta. "Com isso foi possível dobrar a produtividade para o cliente. Através da criação de níveis adicionais de estoques, podemos assegurar além disso o suprimento dentro de poucos dias", diz Patxi Blanco.

O KR FORTEC 500 R2830 MT solda o painel do assoalho no quadro.

Mobilidade elétrica – o tema do futuro

Através do projeto de longo prazo surgiu uma boa parceria entre a KUKA e o fornecedor automotivo, e continuamos em contato para novas plataformas de baterias. Com isso a KUKA não apenas fornece o sistema e a engenharia, mas também o know-how de processo necessário para apoiar ativamente os novos desenvolvimentos. Uma coisa é certa: a demanda por carros elétricos e respectivamente com um suporte para a bateria, continuará a aumentar no futuro. Os especialistas preveem que em 2032, pela primeira vez, serão registrados mais veículos elétricos do que com motores a combustão na Alemanha. Não por último, devido às baixas emissões de CO2. Consequentemente, também aumenta a demanda de compartimentos de baterias, que não apenas são leves, mas também apresentam a robustez correspondente.

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