電動汽車未來將取代內燃機汽車，專家們對此深信不疑。然而，體積龐大且沉重的電池外殼有特殊要求。KUKA 為一家遍布全球的汽車零件供貨商開發(fā)了三套系統(tǒng)。采用 KUKA FSW 應用模塊的機器人輔助摩擦攪拌焊接技術（英文：friction stir welding，縮寫：FSW）搭配 KUKA cell4_FSW，不僅在質量上，而且在經(jīng)濟和生態(tài)上，都將生產(chǎn)過程提升到一個全新水平。
共有八臺 KUKA 機器人，其中包括三個攪拌摩擦焊接的應用模塊和 cell4_FSW 工作單元中的三個 KR FORTEC，自 2022 起為葡萄牙的一家大型汽車零件供貨商效力。這些機器人所肩負的任務，可以說是行車駕駛的未來：采用多種鋁合金制成的電動汽車電池外殼，旨在讓汽車重量減至最輕。在以輕質化為目標的趨勢下，尤其是 FSW 技術備受關注。因為機器人輔助工藝方法不僅可以提供優(yōu)異的焊接質量和良好的經(jīng)濟效益，而且由于能耗低，也被認為是綠色技術，將電動汽車電池架的生產(chǎn)過程提升至全新水平。據(jù)客戶表示，如今一米長的攪拌摩擦焊接的成本已低于氣體保護焊的同等焊絲消耗量。
全球電動汽車的保有量不斷攀升。電動汽車的心臟當屬電池了，它連同電池外殼一起緊固在車輛底盤上，該外殼由一個采用多個擠壓型材制成的氣體保護焊接框架組成，而此框架再以金屬板或雙壁擠壓型材加以封閉。多年來，KUKA 一直對客戶制造電池外殼給與大力支持，并且已提供了三種不同的系統(tǒng)。“我們隨著客戶所提出的要求不斷成長，從單獨的焊接任務到全自動生產(chǎn)線”，KUKA 的全球大客戶經(jīng)理 Patxi Blanco 如此表示。他從一開始就參與了輕型結構電池外殼的生產(chǎn)流程。
這一切始于 2019 年，當時客戶仍使用其他制造商提供的一種系統(tǒng)，并且對焊接質量不滿意。這是因為電動汽車電池外殼的焊縫要求非常特殊。與混合動力車型不同，純電動汽車的電池更大更重，并且直接整合到底盤上。“這需要具有很強的剛性，而且由于外殼整合到底盤中，因此必需考慮到有碰撞可能。這表示它們必須承受巨大的外力”，KUKA 工藝解決方案高級經(jīng)理 Stefan Fr?hlke 解釋道。
攪拌摩擦焊接 (Friction Stir Welding) 完美符合對于電池箱的這些要求。為了提高這家全球汽車零件供貨商的焊接質量，KUKA 首先開發(fā)了一套包含兩個工作單元的系統(tǒng)，每個單元分別配備一臺 KR FORTEC。由于能夠在一個系統(tǒng)上焊接不同的電池箱，客戶對這樣的靈活性非常滿意，立即在當年就向 KUKA 訂購了另一套系統(tǒng)。然而：這一次的工作單元只有一臺機器人，但這臺機器人卻可以操作三個工裝，不像之前只能操作一個。因此，系統(tǒng)可以執(zhí)行三個不同的焊接任務；否則，就會需要三套非機器人輔助的系統(tǒng)。
“這個解決方案在產(chǎn)量相同的情況下，讓我們省下了兩套系統(tǒng)以及人員和生產(chǎn)占地面積等成本”，Patxi Blanco 說道。KUKA 的解決方案經(jīng)濟效益極高：攪拌摩擦焊接機器人的利用率高達 95%，因為即便在焊接過程中，工裝也可以在單獨的安全區(qū)域進行上下料。另一個優(yōu)點：由于采用機器人，這個生產(chǎn)過程不僅更快速靈活，而且占地面積更小。
我們在奧格斯堡的工廠進行組裝并調試?？蛻艟驮谀抢矧炇障到y(tǒng)，因此之后的現(xiàn)場安裝快速又順利。
這也是為什么不繼續(xù)采用兩套系統(tǒng)的原因。三年后，不僅簡單的焊接過程是在機器人的輔助下進行的，而且整個生產(chǎn)過程也實現(xiàn)了自動化。在三個 KUKA cell4_FSW 工作單元中，八臺機器人分為四個步驟執(zhí)行工作，按照嚴格的要求生產(chǎn)各種鋁合金材質的電池外殼。首先焊接底板，然后第二步去毛刺。底板焊接完成后，機器人將框架焊接到底板上，最后第四步對整個電池箱進行去毛刺。“我們在奧格斯堡的工廠進行組裝并調試。客戶就在那里驗收系統(tǒng)，因此之后的現(xiàn)場安裝快速又順利。”Patxi Blanco 在談到這個長期的電動汽車項目時說道。
攪拌摩擦焊接工作單元 KUKA cell4_FSW 是專為日益增長的電動汽車市場而開發(fā)的，除了極高的經(jīng)濟效益以外，還提供最多元的功能性和配置方法。“由于軌跡精度小于 0.5 mm，因此可以實現(xiàn)高精度和完美的焊縫”，Stefan Fröhlke 解釋道。一方面，由于采用具有高剛性和使用壽命長的 KR FORTEC 500 R2830 MT，可實現(xiàn)精確的軌跡導引；另一方面，用于補償軌跡偏差的精確激光輔助軌跡校準也發(fā)揮了重要作用，可確保攪拌摩擦焊中的焊縫滿足對密封性和碰撞承受能力的高要求。
事實證明，攪拌摩擦焊接中的工具使用壽命在開發(fā)過程中構成了一個特殊的挑戰(zhàn)。通過不斷采用新材料和涂層來改進機器人的肩部和銷釘，工具的使用壽命得以顯著延長。“這使客戶的生產(chǎn)率翻倍。通過擴大額外庫存量，必要時我們還可以確保幾天內的供應不成問題”，Patxi Blanco 說道。
這項長期項目計劃使 KUKA 與汽車零件供貨商建立了良好的合作伙伴關系，關于新電池平臺的對話仍在進行中。KUKA 不僅提供系統(tǒng)和工程技術，而且還提供必備的工藝專業(yè)知識，并積極支持新的開發(fā)。因為有一點是肯定的：未來對電動汽車及相關電池架的需求將繼續(xù)增加。專家認為，到 2032 年，電動汽車在德國的保有量將首次超過內燃機汽車，主要原因之一便是為了減少二氧化碳排放量。這也使得對輕型且具有一定強度的電池外殼的需求持續(xù)增長。
