專家們一致認(rèn)為電動汽車在未來將取代燃油汽車。然而，電動汽車中體積龐大且沉重的電池對其外殼有著特殊的要求。為此，庫卡為一家遍布全球的汽車零件供貨商開發(fā)了三套系統(tǒng)。采用庫卡FSW 應(yīng)用模塊的機器人輔助攪拌摩擦焊接技術(shù)（Friction Stir Welding，縮寫：FSW）搭配庫卡的cell4_FSW，不僅在質(zhì)量上，而且在經(jīng)濟效益和環(huán)保方面，都將生產(chǎn)過程提升到一個全新水平。
攪拌摩擦焊接：質(zhì)量優(yōu)異、經(jīng)濟高效、節(jié)能環(huán)保
2022年，有8臺庫卡機器人（其中包括3臺裝備在cell4_FSW 工作單元的 KR FORTEC 機器人）開始為葡萄牙的一家大型汽車零件供貨商效力。在以輕量化為目標(biāo)的趨勢下， FSW 技術(shù)備受關(guān)注。機器人輔助工藝不僅可以提供優(yōu)異的焊接質(zhì)量和良好的經(jīng)濟效益，而且由于能耗低，節(jié)能環(huán)保，這將電動汽車電池托盤的生產(chǎn)工藝提升到了全新的水平。據(jù)客戶反饋，如今1m的攪拌摩擦焊接的成本已低于弧焊中等量焊絲的成本。
全球電動汽車的保有量不斷攀升。電動汽車的心臟當(dāng)屬電池，它連同電池托盤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(hù)焊接框架組成，此框架再以金屬板或雙壁擠壓型材加以封閉。多年來，庫卡一直對客戶的電池托盤制造給予大力支持，并且已為其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(wù)到全自動生產(chǎn)線。”庫卡的全球大客戶經(jīng)理 Patxi Blanco表示。他從一開始就參與了電池托盤輕量化的工藝開發(fā)。
這一切始于 2019 年，當(dāng)時客戶仍使用其他制造商提供的系統(tǒng)，并且對焊接質(zhì)量不滿意。這是因為電動汽車電池托盤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。這意味著它們必須承受巨大的外力。”庫卡工藝解決方案高級經(jīng)理 Stefan Fr?hlke 解釋道。而攪拌摩擦焊接能滿足電池托盤生產(chǎn)的這些要求。為了提高這家全球汽車零件供貨商的焊接質(zhì)量，庫卡首先開發(fā)了一套包含兩個工作單元的系統(tǒng)，每個單元分別配備1臺 KR FORTEC。由于能夠在一個系統(tǒng)上焊接不同的電池托盤，客戶對這樣的靈活性非常滿意，立即在當(dāng)年就向庫卡訂購了另一套系統(tǒng)。然而，這一次的工作單元只有1臺機器人，但這臺機器人卻可以操作3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(wù)。“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、生產(chǎn)占地面積等成本。”atxi Blanco 說道。庫卡的解決方案經(jīng)濟效益很高，攪拌摩擦焊接機器人的利用率高達(dá) 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(jìn)行上下料。另一個優(yōu)點是這個生產(chǎn)過程不僅更快速靈活，而且占地面積更小。
三年后，不僅簡單的焊接過程是在機器人的輔助下進(jìn)行的，而且整個生產(chǎn)過程也實現(xiàn)了自動化。在3套庫卡 cell4_FSW 工作單元中，8臺機器人分為4個步驟執(zhí)行工作，按照嚴(yán)格的要求生產(chǎn)各種鋁合金材質(zhì)的電池托盤。首先焊接底板，然后去毛刺。底板焊接完成后，機器人將框架焊接到底板上，最后對整個電池托盤進(jìn)行去毛刺。“我們在奧格斯堡的工廠進(jìn)行組裝并調(diào)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庫卡 cell4_FSW 是專為日益增長的電動汽車市場而開發(fā)的，除了很高的經(jīng)濟效益以外，還提供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、高質(zhì)量的焊縫。”Stefan Fr?hlke 解釋道。一方面，由于采用具有高剛性和壽命長的 KR FORTEC機器人KR 500 R2830 MT，可實現(xiàn)精確的軌跡導(dǎo)引。另一方面，用于補償軌跡偏差的精確激光輔助軌跡校準(zhǔn)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(gòu)成了一個特殊的挑戰(zhàn)。通過不斷采用新材料和涂層，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(nèi)的供應(yīng)不成問題。”Patxi Blanco 說道。
這項長期項目使庫卡與汽車零件供貨商建立了良好的合作伙伴關(guān)系，關(guān)于新電池平臺的對話仍在進(jìn)行中。庫卡不僅提供系統(tǒng)和工程技術(shù)，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(guān)電池托盤的需求將繼續(xù)增加。專家認(rèn)為，到 2032 年，德國的電動汽車保有量將首次超過內(nèi)燃機汽車，主要原因之一便是為了減少二氧化碳排放量。這也使得對更輕且更高強度的電池托盤的需求持續(xù)增長。
