Высочайшее качество сварки в сочетании с «зеленой» технологией: сварка трением с перемешиванием, также известная как сварка трением с перемешиванием (FSW), является оптимальным процессом для цветных металлов с низкой температурой плавления и металлических разнородных соединений. Компания KUKA применила свои ноу-хау в этой области для крупного производителя автомобилей и на данный момент успешно запустила в производство три модуля для сварки трением с перемешиванием. Можно было бы не только оптимизировать терморегулирование подключаемых гибридных аккумуляторов, но и реализовать сложную конструкцию корпуса для хранения с меньшими затратами.
Сложный вопрос: корпус аккумуляторной батареи для подключаемых гибридных автомобилей
Электромобилям нужна «комфортная температура» — по крайней мере, их аккумуляторам. Потому что только при правильной температуре они работают оптимально и достигают максимального срока службы. Поэтому батареи необходимо охлаждать во время работы и нагревать при низкой температуре окружающей среды. В частности, в подключаемых гибридных автомобилях эту задачу выполняют системы охлаждения, встроенные в нижнюю часть аккумуляторного отсека. Изготовление этих корпусов чрезвычайно сложно и поэтому оптимально подходит для роботизированных процессов сварки трением с перемешиванием.
Крупный производитель автомобилей также признал это и сначала изготовил корпус аккумулятора с помощью клея и винтов. Однако когда этот процесс не принес желаемого успеха, рынок стал искать новое решение. К корпусу аккумуляторной батареи предъявляются высокие требования: должны быть гарантированы плоскостность монтажных поверхностей модуля, герметичность торцевых отверстий и требования испытаний под давлением. Благодаря роботизированной сварке трением с перемешиванием компания KUKA предложила производителям автомобилей надежный и экономичный метод для подключаемых гибридных автомобилей, гарантирующий безопасность и функциональность корпуса аккумуляторной батареи.
KUKA сопровождала клиента от запроса через испытания до поставки. «Мы уже разработали прототипы и провели с ними различные тесты. В технико-экономических обоснованиях мы проверили пригодность для сварки, провели анализ доступности и моделирование процессов. Когда все тесты были более чем удовлетворительными, мы установили систему на объекте заказчика», — объясняет Штефан Фролке, старший менеджер отдела технологических решений FSW в KUKA. Ячейка для сварки трением с перемешиванием KUKA cell4_FSW, специально разработанная для растущего рынка электромобилей, предлагает максимальную универсальность и варианты конфигурации в дополнение к выдающейся экономической эффективности благодаря своей модульной концепции.
Преимущества сварки трением с перемешиванием с фиксированным плечом
Для герметизации системы охлаждения подключаемых гибридных автомобилей панель пола соединяется с литым корпусом точно по каналам охлаждения с помощью сварки трением с перемешиванием. Для герметичного контура, способного выдерживать переменное давление, требуется большое сечение соединения, а также хорошо перемешанный и уплотненный шов. «Сварка трением с перемешиванием зарекомендовала себя как подходящая технология соединения, поскольку из-за подвода тепла детали деформируются как можно меньше», — объясняет Штефан Фролке. KUKA делает ставку на стационарную сварку трением с перемешиванием (SSFSW). Это означает: в отличие от классической сварки трением с перемешиванием, в неподвижном уступе вращается только сварочный штифт. Это создает ровную, гладкую поверхность шва во время движения подачи вдоль сварного шва.
Индустрия 4.0: прозрачная регистрация данных о качестве
Дополнительные преимущества для клиента со сварочной камерой KUKA cell4_FSW: Мощные роботы серии KR FORTEC могут гарантировать повышенную точность траектории на крупных компонентах благодаря их высокому уровню жесткости и долговечности. «В то же время клиент может использовать нашу систему управления технологическим процессом и документирования (PCD) для отслеживания всех основных параметров процесса и прозрачной регистрации данных о качестве», — подчеркивает портфельный менеджер Тилль Майер. Таким образом, KUKA создала основу для интеграции Industry 4.0, поскольку простой обмен данными с KUKA Remote Service позволяет, среди прочего, быстро оказывать помощь и предотвращает длительные простои.
Зеленая технология с образцовым характером
Процесс не только экономичный и качественный, но и считается экологически чистой технологией. «Благодаря низкому энергопотреблению сварка трением с перемешиванием экологически безопасна, при этом не требуются меры по удалению дыма или антибликовому покрытию», — объясняет Штефан Фролке. Это сочетание качества, экономичности и экологичности убедило заказчика.
История успеха продолжается
После прототипа и фазы испытаний первая ячейка впервые была запущена в производство в Германии в 2016 году и с тех пор послужила образцом для других ячеек в группе. В рамках расширения мощностей по сварке трением с перемешиванием автопроизводитель реструктурировал процесс и передал его своему дочернему предприятию в Швеции, которое построило новый цех специально для этой цели. В связи с этим у KUKA были заказаны еще две ячейки для сварки трением с перемешиванием.
Первая ячейка переехала в Швецию в сентябре 2020 года, а в мае 2021 года две новые ячейки KUKA cell4_FSW были предварительно приняты в Аугсбурге. Всего через два месяца, в июле 2021 года, две ячейки были сданы в эксплуатацию у заказчика. Улучшения по сравнению с первой ячейкой впечатлили всех участников: за счет автоматизации сложной гидравлической системы зажима общее время цикла, включая обработку компонентов, сократилось с 20 до 15 минут, в то же время качество продукта улучшилось благодаря оптимизации. зажимной системы.
Большие ожидания - большое удовлетворение
Требования к критически важным с точки зрения безопасности компонентам корпуса батареи были чрезвычайно высоки: шов должен был выдерживать очень высокое давление разрыва, что должно было быть подтверждено испытанием на прочность. Вместе с параметрами сварки необходимо было заново разработать специальные зажимные устройства и сварочные инструменты. Это можно было реализовать только с помощью технологии FSW, поскольку необходимо было сваривать различные алюминиевые сплавы (деформируемый сплав на алюминиевом литье под давлением).
Быстрая доставка в течение полугода также была условием оформления заказа. Благодаря ноу-хау KUKA в этой области удалось выполнить все требования. Заказчик выразил максимально возможное удовлетворение: «Сотрудничество было очень открытым, доверительным и целеустремленным, — подчеркнул руководитель проекта Адель Бен Хассин, специалист по продажам и предложениям компании KUKA, — и заказчик был удивлен тем, как быстро произошло внедрение. " Преимущество с точки зрения устойчивости: "Инструменты были доработаны вместе с заказчиком таким образом, что срок службы штифтов увеличился вдвое."
ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ ЛУЧИ ЭКОНОМЯТ БОЛЕЕ 30% ЭНЕРГИИ
Новые свободы открываются в области лазерной обработки материалов: с помощью жидкокристаллического модулятора можно свободно программировать профиль луча лазера с высоким временным разрешением. Луч также может быть разделен на одинаковые копии. Вместе с непрерывным мониторингом процесса и интеллектуальным управлением возможно производство без брака. Детали изучаются в рамках проекта ЕС METAMORPHA. Модуль тестируется в трех приложениях совместно с крупными промышленными партнерами. Минимальная цель — 30-процентная экономия энергии по сравнению с обычными процессами.
Технология: быстрая, точная и гибкая
Вы много слышали о лазерах ультракоротких импульсов (USP): с импульсами в пико- или фемтосекундном диапазоне они могут удалять даже самые твердые материалы с точностью до микрометра. Лазеры USP теперь доступны с выходной мощностью в сотни ватт, поэтому исследования и разработки сосредоточены на том, как «пустить мощность в путь».
Институт лазерных технологий Фраунгофера ILT в Аахене работал над этим в течение многих лет. В дополнение к различным лазерам USP команда Fraunhofer ILT также имеет новейшие высокопроизводительные жидкокристаллические модуляторы для формирования луча при лазерной обработке материалов. Эти модуляторы могут работать с мощностью лазера до 150 Вт. В проекте ЕС "METAMORPHA - Индивидуальная микрообработка лазерными лучами, настроенными по амплитуде и фазе" два из них соединены между собой в оптическом модуле. Модуль может формировать профиль балки индивидуально или в виде нескольких балок и совместим с различным обрабатывающим оборудованием, например, 3-осевыми станками, 5-осевыми станками, токарными станками или рулонными станками.
С машинным обучением для производства без брака
Основным преимуществом жидкокристаллических модуляторов является их способность менять инструмент луча более 60 раз в секунду. Это позволяет оптимизировать процесс обработки или изменить процесс в замкнутом контуре управления. Для этого процесс постоянно контролируется и регулируется интеллектуальным контроллером. Параметры процесса и стратегия оптимизируются с помощью машинного обучения, что в конечном итоге должно обеспечить производство деталей со 100-процентным качеством. После соответствующей фазы обучения процессы также могут быть смоделированы, а оптимизированные параметры процесса могут быть заданы заранее. Главной целью проекта является масштабное энергосбережение и ресурсосберегающее производство. В этом особенно заинтересованы три промышленных партнера Ceratizit, thyssenkrupp и Philips.
В thyssenkrupp лазер предназначен для структурирования валиков для тиснения. Сегодня они обрабатываются с помощью электроэрозионной обработки. На это затрачивается более 10 ГВтч в год. Лазер должен сэкономить 90 процентов этого и, кроме того, добиться десятикратного увеличения срока службы валиков для тиснения за счет точной реструктуризации изношенных поверхностей. Ceratizit занимается производством штампов из твердого сплава и штампов для тиснения, а также восстановлением изношенных инструментов. С цепочкой фотонных процессов это должно происходить быстрее и экономичнее. В этом проекте Philips хочет значительно упростить производство продукта потребительского сектора с универсальной лазерной обрабатывающей головкой.
ЕС-Проект МЕТАМОРФА
Вместе партнеры по проекту хотят объединить новейшие лазерные технологии, технологические знания и ноу-хау управления, чтобы заменить устоявшиеся процессы, такие как искровая эрозия или влажное химическое травление, и таким образом сэкономить значительное количество энергии и ресурсов. Обработка инструментов с помощью лазерной обработки материалов также является важным шагом на пути к рациональному использованию ресурсов. В конечном итоге лазерная технология внесет значительный вклад в защиту окружающей среды и здоровья. Проект стартовал 1 сентября 2022 года и будет финансироваться Европейским союзом в течение четырех лет.
