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Econômico e sustentável: KR FORTEC soldam compartimentos de baterias para carros híbridos plug-in

Máxima qualidade de solda combinada com uma tecnologia verde: em metais não-ferrosos com baixa temperatura de fusão e em materiais metálicos, a solda por fricção e mistura – também conhecida como Friction Stir Welding (FSW) – é o processo ideal. A KUKA implementou o seu know-how nesta área em um grande fabricante automotivo e, até agora, colocou em produção de forma bem-sucedida três células de solda por fricção e mistura.


Situação complexa: Compartimentos de baterias para carros híbridos plug-in

Em vez de um carro com motor de combustão, atualmente muitos preferem um carro elétrico. Mas o que muitos não sabem: um carro elétrico precisa de uma "temperatura agradável" – pelo menos as baterias. Pois, somente se estiverem na temperatura certa, elas oferecem o desempenho ideal e atingem a vida útil máxima. Por isso, as baterias de lítio-íon devem ser refrigeradas durante a operação e aquecidas em caso de baixa temperatura ambiente. Esta função é assumida por sistemas de refrigeração que estão integrados no fundo dos suportes de baterias, especialmente em um carro do tipo híbrido plug-in. A fabricação destes compartimentos é extremamente complexa e, por isso, oferece a utilização ideal de um processo FSW baseado em robô.

Friction Stir Welding: Processo de solda para carros híbridos plug-in

Friction Stir Welding baseada em robô na fabricação de baterias: Assim funciona.

Solda por fricção e mistura para carro elétrico com Plug-in-Hybrid

Isso também foi reconhecido por um grande fabricante automotivo, que inicialmente fabricava os compartimentos de baterias com colagem e parafusamento. No entanto, quando este procedimento não logrou o êxito desejado, procurou-se por uma nova solução no mercado. Os requisitos aos compartimentos de baterias são altos: devem estar asseguradas a planicidade das superfícies de montagem de módulos, a vedação dos furos finais e os requisitos dos testes de pressão. Com a solda por fricção e mistura baseada em robô, a KUKA ofereceu ao fabricante automotivo um método econômico e com segurança de processo para a fabricação de carros elétricos híbridos plug-in, que garante a segurança e funcionalidade dos compartimentos de baterias.

Estudos de viabilidade sobre a solda dos compartimentos de baterias

A KUKA acompanhou o cliente desde a primeira ideia, passando por testes, até o fornecimento. "Nós já tínhamos desenvolvido protótipos e executamos diversos testes com eles. Em estudos de viabilidade testamos a aptidão à solda, realizamos análises de alcance e simulações de processo. Quando todos os testes se mostraram mais do que satisfatórios, instalamos o sistema no cliente", explica Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution FSW na KUKA. A célula de solda por fricção e mistura KUKA cell4_FSW, que foi desenvolvida especialmente para o crescente mercado da eletromobilidade e, devido ao seu conceito modular, além da sua excepcional eficiência econômica, oferece um máximo em versatilidade e possibilidades de configuração.

A célula de solda por fricção e mistura KUKA cell4_FSW oferece máxima eficiência de processo graças às duas estações de trabalho.

Em estudos de viabilidade testamos a aptidão à solda, realizamos análises de alcance e simulações de processo. Quando todos os testes se mostraram mais do que satisfatórios, instalamos o sistema no cliente.

Stefan Fröhlke, Senior Manager Process Solution FSW na KUKA

Vantagens da solda por fricção e mistura com ferramenta FSW apropriada

Para fechar o sistema de refrigeração dos modelos Plug-in-Hybrid, a chapa de fundo é unida com o compartimento fundido por meio da solda por fricção e mistura exatamente ao longo dos canais de refrigeração. Para um circuito estanque à pressão, que resiste à pressão alternante, são necessárias uma grande seção transversal de ligação e um cordão bem misturado e estanque. "A solda por fricção e mistura mostrou-se como a tecnologia de junção apropriada, uma vez que os componentes se deformam minimamente através da transferência de calor", explica Stefan Fröhlke o processo. A KUKA aposta na solda por fricção e mistura com ombro estacionário (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). Ou seja: diferente da solda por fricção e mistura clássica, apenas o pino de solda gira em um ombro estacionário. Assim, durante o movimento de avanço ao longo do cordão de solda, surge uma superfície de cordão de solda plana e lisa. Dessa forma é reduzido o dispêndio para o pós-tratamento.
A solda por fricção e mistura é ideal para o compartimento de baterias em um carro acionado eletricamente do tipo híbrido plug-in.

Industrie 4.0: Registrar os dados da qualidade de forma transparente

Outras vantagens para o cliente através da célula de solda KUKA cell4_FSW: através de robôs de carga pesada da série KR FORTEC é possível assegurar uma maior precisão de trajetória em componentes grandes, graças à alta rigidez e longa vida útil. "Ao mesmo tempo, através do nosso sistema de controle de processo e de documentação (PCD), o cliente pode acompanhar todos os parâmetros de processo essenciais e registrar de forma transparente os dados da qualidade", enfatiza o Portfolio-Manager Till Maier. Através disso a KUKA criou uma base para a integração da Industrie 4.0. Além disso, a troca de dados simples com o KUKA Remote Service permite uma ajuda rápida em caso de problemas, evitando assim tempos de parada mais longos.

Proceder ecologicamente: Tecnologia verde para o carro elétrico

O processo não é apenas econômico e altamente qualitativo, mas também vale como tecnologia verde. "Graças ao baixo consumo de energia a solda por fricção e mistura é ecológica, além disso, não são necessárias exaustões de gás de fumaça ou medidas de proteção antiofuscante", explica Stefan Fröhlke. Esta combinação de qualidade, rentabilidade e sustentabilidade convenceu o cliente.
O processo FSW consome pouca energia e, por isso, também é sustentável.

Solda por fricção e mistura: A história de sucesso para carros elétricos continua

O primeiro sistema foi colocado em produção em 2016 na Alemanha após uma fase de protótipos e de teste e, desde então, serve como diagrama para a fabricação de compartimentos de baterias de veículos acionados eletricamente no Grupo. No âmbito da expansão da capacidade da solda por fricção e mistura, o fabricante automotivo reestruturou a responsabilidade de processo e a entregou à sua filial da Suécia, que construiu um novo pavilhão especialmente para isso. Neste contexto foram encomendadas mais duas células de solda por fricção e mistura na KUKA.

Novo conceito de automação reduz o tempo de ciclo em 25 %

A primeira célula mudou para a Suécia em setembro de 2020, em maio de 2021 ocorreu a aceitação preliminar das duas novas células KUKA cell4_FSW em Augsburg. Dois meses depois, em julho de 2021, os dois sistemas puderam ser colocados em operação no cliente. As melhorias em relação à primeira célula impressionaram todos os envolvidos: através da automação do complexo sistema de fixação hidráulico foi possível reduzir o tempo total de ciclo, inclusive o manuseio de componentes, anteriormente de 20 minutos agora para 15 minutos; ao mesmo tempo foi melhorada a qualidade do produto através da otimização do sistema de fixação, por exemplo, o cordão de solda.
Exemplo de um cordão meândrico para o fechamento dos canais de refrigeração. O cordão de solda exerce um papel importante no carro elétrico.

Altas expectativas à solda das ligas de alumínio

Os requisitos aos componentes críticos de segurança dos compartimentos de baterias no automóvel eram extremamente altos: o cordão de solda tinha que resistir a uma grande pressão de ruptura, que tinha que ser comprovado por um teste de rigidez. Era necessário desenvolver dispositivos de fixação especiais e a ferramenta apropriada juntamente com os parâmetros de solda. Isso somente era realizável com a tecnologia FSW, uma vez que tinham que ser soldadas diferentes ligas de alumínio (liga forjada em alumínio fundido sob pressão).
A solda por fricção e mistura é um processo econômico e ecológico para um automóvel com tecnologia plug-in.

A colaboração era muito aberta, confiável e objetiva, e o cliente se surpreendeu com a rapidez da execução.

Gerente de Projeto Adel Ben Hassine, Sales & Proposal Engineering na KUKA

A realização rápida resultou em uma grande satisfação do cliente

Além disso, o fornecimento rápido num prazo de seis meses foi a condição para a atribuição do pedido. Graças à expertise da KUKA nesta área, foi possível atender todos os requisitos. Assim o cliente expressou grande satisfação: "A colaboração era muito aberta, confiável e objetiva", enfatizou o Diretor de Projeto Adel Ben Hassine, Sales & Proposal Engineering na KUKA, "e o cliente se surpreendeu com a rapidez da execução." Além disso, foi possível atingir um benefício no quesito sustentabilidade: "As ferramentas foram aprimoradas junto com o cliente de tal forma que a vida útil dos pinos dobrou."

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