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Economico e sostenibile: un KR FORTEC salda gli alloggiamenti delle batterie per le auto ibride plug-in
Massima qualità di saldatura unita a una tecnologia verde: per i metalli non ferrosi con basse temperature di fusione e per i materiali metallici, la saldatura a frizione, nota anche come Friction Stir Welding (FSW), è il processo ideale. KUKA ha applicato il suo know-how in questo settore per una grande casa automobilistica, che impiega con ottimi risultati tre celle per la saldatura a frizione.
Compito difficile da svolgere: gli alloggiamenti delle batterie per veicoli ibridi plug-in
Invece di un'auto con motore a combustione, molti preferiscono guidare un veicolo elettrico. Ma in pochi sanno che un'auto elettrica ha bisogno di una temperatura mite, almeno per quanto riguarda le batterie. Perché solo alla temperatura corretta garantiscono prestazioni ottimali e la massima durata. Pertanto, le batterie agli ioni di litio devono essere raffreddate durante il funzionamento e riscaldate quando la temperatura ambientale è bassa. Soprattutto nei veicoli ibridi plug-in, questo compito è svolto da sistemi di raffreddamento integrati nella parte inferiore dei portabatterie. La produzione di questi alloggiamenti è estremamente difficile e rappresenta perciò un campo di applicazione ideale per i processi FSW robotizzati.
Friction Stir Welding: Processo di saldatura per veicoli ibridi plug-in
Friction Stir Welding robotizzato nella produzione di batterie: ecco come funziona.
Saldatura a frizione per auto elettriche con trazione ibrida plug-in
Anche una grande casa automobilistica, che inizialmente produceva gli alloggiamenti delle batterie con colla e viti, ha dovuto affrontare la questione. Tuttavia, quando si è capito che i vecchi processi non erano la soluzione ottimale, ci si è rivolti al mercato per trovarne una nuova. I requisiti degli alloggiamenti delle batterie sono elevati: è necessario garantire l'uniformità delle superfici di montaggio dei moduli, la tenuta dei fori terminali e soddisfare i requisiti delle prove di pressione. Con la saldatura a frizione robotizzata, KUKA ha offerto alla casa automobilistica un metodo sicuro ed economico per la produzione di auto elettriche ibride plug-in, che garantiva la sicurezza e la funzionalità degli alloggiamenti delle batterie.
Studi di fattibilità per la saldatura degli alloggiamenti delle batterie
KUKA ha affiancato il cliente dall'idea iniziale ai test, fino alla consegna. “Avevamo già sviluppato dei prototipi e li avevamo sottoposti a vari test. Durante gli studi di fattibilità, abbiamo testato la saldabilità, effettuato analisi di raggiungibilità e simulazioni di processo. Quando tutti i test hanno dato risultati più che positivi, abbiamo installato il sistema presso la sede del cliente”, spiega Stefan Fr?hlke, Senior Manager Process Solution FSW di KUKA. Le celle di saldatura a frizione?KUKA cell4_FSW sono state sviluppate appositamente per venire incontro alla crescita del mercato della mobilità elettrica e, grazie al loro concetto modulare, offrono non solo un'eccezionale efficienza economica, ma anche la massima versatilità e numerose possibilità di configurazione.
Grazie a due postazioni di lavoro, la cella per la saldatura a frizione KUKA cell4_FSW permette il massimo carico di lavoro durante il processo.
Durante gli studi di fattibilità, abbiamo testato la saldabilità, effettuato analisi di raggiungibilità e simulazioni di processo. Quando tutti i test hanno dato risultati più che positivi, abbiamo installato il sistema presso la sede del cliente.
I vantaggi della saldatura a frizione con un utensile FSW adatto
Per sigillare il sistema di raffreddamento dei modelli ibridi plug-in, il fondo in lamiera viene unito all'alloggiamento in ghisa in modo preciso lungo i canali di raffreddamento, utilizzando la saldatura a frizione. Per un circuito a tenuta di pressione, in grado di resistere a condizioni variabili di pressione, sono necessarie ampie superfici di accoppiamento e una linea di saldatura omogenea e compatta. “La saldatura a frizione si è dimostrata la tecnologia di giunzione adatta, poiché i componenti si deformano il meno possibile per l'apporto di calore“, spiega Stefan Fr?hlke. Per questo scopo, KUKA utilizza la saldatura a frizione a spalla fissa (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). Ciò significa: diversamente da quanto avviene nella saldatura a frizione classica, ruota solo il perno di saldatura in una spalla fissa. In questo modo, durante il movimento di avanzamento lungo la linea di saldatura, si crea una superficie di giunzione piatta e liscia. Ciò riduce sensibilmente eventuali lavori di rettifica successivi.
La saldatura a frizione è l’ideale per gli alloggiamenti delle batterie dei veicoli a propulsione elettrica di tipo ibrido plug-in.
Industria 4.0: Registrazione trasparente dei dati sulla qualità
Ulteriori vantaggi per il cliente offerti dalla cella di saldatura KUKA cell4_FSW: i robot per impieghi gravosi della serie KR FORTEC garantiscono una maggiore precisione di traiettoria con componenti di grandi dimensioni, grazie alla loro elevata rigidità e durata. “Allo stesso tempo, grazie al nostro sistema di controllo e documentazione del processo (PCD), il cliente può tenere traccia di tutti i più importanti parametri di processo e registrare in modo trasparente i dati sulla qualità”, sottolinea il Portfolio Manager Till Maier. In questo modo, KUKA ha creato una base per l'integrazione dell'Industria 4.0. Inoltre, lo scambio di dati con il servizio di assistenza remota KUKA garantisce reazioni rapide in caso di problemi, evitando così tempi di fermo prolungati.
Per un piacere di guida ecologico: tecnologia verde nell'auto elettrica
Il processo non solo garantisce economicità e alta qualità, ma è anche considerato una tecnologia verde.?“Grazie al basso consumo energetico, la saldatura a frizione è ecologica; inoltre, non sono necessarie misure di aspirazione dei fumi o per evitare l’abbagliamento”, spiega Stefan Fr?hlke. Questa combinazione di qualità, economia e sostenibilità ha convinto il cliente.
Con il suo basso consumo di energia, il processo FSW si distingue per la sostenibilità.
Saldatura a frizione e rimescolamento: Continua il successo delle auto elettriche
Dopo una fase di prototipi e test, il primo impianto è stato messo in produzione in Germania nel 2016. Da allora è stato utilizzato come modello per la produzione di alloggiamenti delle batterie per i veicoli a propulsione elettrica del gruppo. Nell'ambito dell'espansione della capacità produttiva con la saldatura a frizione, la casa automobilistica ha ricollocato il processo e l'ha affidato alla sua filiale in Svezia, dove è stato costruito un nuovo capannone appositamente per questo scopo. Nel frattempo, sono state ordinate a KUKA altre due celle per la saldatura a frizione.
Un nuovo concetto di automazione riduce il tempo di ciclo del 25%
La prima cella è stata trasferita in Svezia nel settembre 2020 e le due nuove celle KUKA cell4_FSW sono state sottoposte ad un collaudo preliminare ad Augusta nel maggio 2021. Solo due mesi dopo, nel luglio 2021, i due impianti sono stati messi in funzione presso la sede del cliente. I miglioramenti rispetto alla prima cella hanno impressionato tutti gli interessati: automatizzando il complesso sistema di serraggio idraulico, il tempo di ciclo totale, compresa la movimentazione dei componenti, è stato ridotto dai precedenti 20 minuti agli attuali 15. Allo stesso tempo, la qualità del prodotto, come il cordone di saldatura, è migliorata grazie all'ottimizzazione del sistema di serraggio.
Esempio di saldatura a labirinto per la chiusura dei canali di raffreddamento. I cordoni di saldatura hanno un ruolo importante nella produzione di auto elettriche.
Grandi aspettative per la saldatura delle leghe di alluminio
Ai componenti critici per la sicurezza dell'alloggiamento della batteria dell'auto venivano posti requisiti estremamente rigorosi: Il cordone di saldatura doveva essere in grado di resistere a una pressione di scoppio molto elevata, da dimostrare durante un test di resistenza. è stato necessario sviluppare ex novo speciali dispositivi di serraggio e l'utensile adatto, per soddisfare i parametri di saldatura. Ciò è stato possibile solo con la tecnologia FSW, in quanto era necessario saldare diverse leghe di alluminio (da quelle battute a quelle pressofuse).
La saldatura a frizione è un processo economico ed ecologico per le auto con tecnologia plug-in.
La collaborazione è stata molto aperta, incentrata sulla fiducia e orientata agli obiettivi. Il cliente è rimasto sorpreso dalla rapidità dell'implementazione.
La rapida implementazione è stata particolarmente apprezzata dal cliente
Inoltre, per aggiudicarsi l’ordine, occorreva garantire una consegna rapida entro sei mesi. Grazie alla competenza di KUKA in questo settore, tutti i requisiti sono stati soddisfatti. In questo modo, il cliente è rimasto assolutamente soddisfatto: “La collaborazione è stata molto aperta, incentrata sulla fiducia e orientata agli obiettivi”, ha sottolineato il responsabile del progetto Adel Ben Hassine, Sales & Proposal Engineering presso KUKA, “e il cliente è rimasto sorpreso dalla rapidità dell'implementazione.” Inoltre, è stato possibile ottenere un vantaggio in termini di sostenibilità: “Con il cliente abbiamo sviluppato ulteriormente gli strumenti, in modo da raddoppiare la durata dei perni.”
