Роботизированное FSW повышает эффективность производства электромобилей

Существуют машины, предназначенные исключительно для сварки трением с перемешиванием (FSW), в то время как другие сочетают FSW с традиционной субтрактивной обработкой с ЧПУ. Robotic FSW — это немного другой взгляд на технологию; он включает в себя 6-осевой робот, адаптивное крепление и специальное программное обеспечение. Эти системы сравнительно компактны и, что наиболее важно, обеспечивают большую гибкость с точки зрения размеров и конфигураций прикладных деталей, чем другие формы упомянутой технологии.

Инструменты с помощью роботизированной FSW просты, а крепления можно адаптировать для максимальной универсальности и доступности заготовок. Поскольку заготовкам не нужно поступать в станок, загрузка/выгрузка упрощается, и робот может получить доступ к заготовке с разных сторон и под разными углами. Масштабирование роботизированной системы с приобретением другой машины не требуется; магазины просто добавляют робота или дополнительное приспособление для увеличения уровня производства.

Благодаря всем своим преимуществам роботы FSW играют ключевую роль на быстрорастущем рынке электромобилей (EV). Одним из важных применений является соединение отливок, профилей и листового алюминия для изготовления таких узлов, как аккумуляторные лотки.

Лотки вмещают аккумуляторы электромобиля, а также служат конструктивными элементами автомобиля. Кроме того, аккумуляторный отсек обычно имеет охлаждающие каналы, которые должны быть герметичными. В автомобилях типа седан поддоны большие, обычно около 2 метров в длину и более в пределах колесной базы, но при этом увеличивают ширину автомобиля. Типовой лоток может состоять из нижней отливки с каналами для охлаждающей жидкости и защитной оболочки для аккумуляторов с приваренной к верху алюминиевой пластиной для ее герметизации.

Для этого процесса компания KUKA Robotics разработала модули KUKA cell4_FSW, которые обеспечивают повышение эффективности процесса до 95 процентов и максимизируют доступные варианты конфигурации для производителей электромобилей. Эффективность ячейки достигается за счет двух рабочих станций, расположенных в разных местах установки.

Ячейки, используемые как для 2D-, так и для 3D-сварки, являются масштабируемыми и вмещают одного или двух 6-осевых роботов. Производственные предприятия могут расположить несколько инструментов для зажима заготовок в рабочей зоне ячейки, чтобы при необходимости роботы могли одновременно работать с более крупными деталями.

Запатентованный в 1991 году Институтом сварки в Кембридже, Англия, метод FSW предлагает ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами сварки. Процесс FSW при более низкой температуре (обычно менее 500 градусов Цельсия в алюминии) минимизирует деформацию и остаточные напряжения в заготовках, одновременно улучшая усталостные характеристики и практически не вызывая нарушений микротвердости материала.

FSW облегчает сварку длинных и тонких заготовок и особенно подходит для соединения цветных металлов с низкой температурой плавления, а также для соединений смешанных материалов, таких как алюминий с магнием, медью или сталью. Поскольку рабочий материал никогда не плавится, полученные сварные швы не страдают от пористости и растрескивания, связанных с затвердеванием. В отличие от обычных сварных швов, в которых используется присадочный материал, такой как стержень или проволока, соединение FSW не имеет нежелательных фаз, возникающих из-за смеси присадочного и основного металла. С точки зрения устойчивого развития, более низкие температуры потребляют меньше энергии, процесс не образует дыма и дыма, работает тихо и не требует газа или расходных материалов для проволоки.

Во время сварки робот проталкивает вращающийся металлический штифт FSW через детали, сохраняя при этом жесткие допуски и высокую точность. В результате робот FSW должен быть жестким и достаточно мощным, чтобы создавать и контролировать как сильные вертикальные, так и поперечные силы, а также крутящий момент.

В качестве ячейки KUKA использует робота KR 500 FORTEC, который также подходит для тяжелых операций обработки, таких как фрезерование и сверление. Робот с полезной нагрузкой 500 кг весит около 2400 кг и занимает площадь цеха 1050 на 1050 мм. Дополнительная передача на первых трех осях позволяет роботу генерировать и выдерживать силу до 10 000 Н (1000 кг) с повторяемостью положения +/- 0,08 мм.