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.

Situa??o complexa: Compartimentos de baterias para carros híbridos plug-in

Em vez de um carro com motor de combust?o, atualmente muitos preferem um carro elétrico. Mas o que muitos n?o 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 opera??o e aquecidas em caso de baixa temperatura ambiente. Esta fun??o é assumida por sistemas de refrigera??o que est?o integrados no fundo dos suportes de baterias, especialmente em um carro do tipo híbrido plug-in. A fabrica??o destes compartimentos é extremamente complexa e, por isso, oferece a utiliza??o ideal de um processo FSW baseado em rob?.

Solda por fric??o 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 n?o logrou o êxito desejado, procurou-se por uma nova solu??o no mercado. Os requisitos aos compartimentos de baterias s?o altos: devem estar asseguradas a planicidade das superfícies de montagem de módulos, a veda??o dos furos finais e os requisitos dos testes de press?o. Com a solda por fric??o e mistura baseada em rob?, a KUKA ofereceu ao fabricante automotivo um método econ?mico e com seguran?a de processo para a fabrica??o de carros elétricos híbridos plug-in, que garante a seguran?a 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 aptid?o à solda, realizamos análises de alcance e simula??es de processo. Quando todos os testes se mostraram mais do que satisfatórios, instalamos o sistema no cliente", explica Stefan Fr?hlke, Senior Manager Process Solution FSW na KUKA. A célula de solda por fric??o 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 econ?mica, oferece um máximo em versatilidade e possibilidades de configura??o.

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 fric??o e mistura com ferramenta FSW apropriada

Para fechar o sistema de refrigera??o dos modelos Plug-in-Hybrid, a chapa de fundo é unida com o compartimento fundido por meio da solda por fric??o e mistura exatamente ao longo dos canais de refrigera??o. Para um circuito estanque à press?o, que resiste à press?o alternante, s?o necessárias uma grande se??o transversal de liga??o e um cord?o bem misturado e estanque. "A solda por fric??o e mistura mostrou-se como a tecnologia de jun??o apropriada, uma vez que os componentes se deformam minimamente através da transferência de calor", explica Stefan Fr?hlke o processo. A KUKA aposta na solda por fric??o e mistura com ombro estacionário (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). Ou seja: diferente da solda por fric??o e mistura clássica, apenas o pino de solda gira em um ombro estacionário. Assim, durante o movimento de avan?o ao longo do cord?o de solda, surge uma superfície de cord?o 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 rob?s de carga pesada da série KR FORTEC é possível assegurar uma maior precis?o de trajetória em componentes grandes, gra?as à alta rigidez e longa vida útil. "Ao mesmo tempo, através do nosso sistema de controle de processo e de documenta??o (PCD), o cliente pode acompanhar todos os parametros 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 integra??o 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 n?o é apenas econ?mico e altamente qualitativo, mas também vale como tecnologia verde.?"Gra?as ao baixo consumo de energia a solda por fric??o e mistura é ecológica, além disso, n?o s?o necessárias exaust?es de gás de fuma?a ou medidas de prote??o antiofuscante", explica Stefan Fr?hlke. Esta combina??o de qualidade, rentabilidade e sustentabilidade convenceu o cliente.

O processo FSW consome pouca energia e, por isso, também é sustentável.

Solda por fric??o e mistura: A história de sucesso para carros elétricos continua

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

Novo conceito de automa??o reduz o tempo de ciclo em 25 %

A primeira célula mudou para a Suécia em setembro de 2020, em maio de 2021 ocorreu a aceita??o preliminar das duas novas células KUKA cell4_FSW em Augsburg. Dois meses depois, em julho de 2021, os dois sistemas puderam ser colocados em opera??o no cliente. As melhorias em rela??o à primeira célula impressionaram todos os envolvidos: através da automa??o do complexo sistema de fixa??o 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 otimiza??o do sistema de fixa??o, por exemplo, o cord?o 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 seguran?a dos compartimentos de baterias no automóvel eram extremamente altos: o cord?o de solda tinha que resistir a uma grande press?o de ruptura, que tinha que ser comprovado por um teste de rigidez. Era necessário desenvolver dispositivos de fixa??o especiais e a ferramenta apropriada juntamente com os parametros 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 press?o).

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 realiza??o rápida resultou em uma grande satisfa??o do cliente

Além disso, o fornecimento rápido num prazo de seis meses foi a condi??o para a atribui??o do pedido. Gra?as à expertise da KUKA nesta área, foi possível atender todos os requisitos. Assim o cliente expressou grande satisfa??o: "A colabora??o 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 execu??o." 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."