Il FSW robotico provoca scalpore nell’efficienza della produzione di veicoli elettrici

Esistono macchine dedicate esclusivamente alla saldatura ad attrito (FSW), mentre altre combinano FSW con la lavorazione CNC sottrattiva convenzionale. Il Robotic FSW è una versione leggermente diversa della tecnologia; incorpora un robot a 6 assi, attrezzature adattive e software specifico. Questi sistemi sono relativamente compatti e, cosa più importante, forniscono maggiore flessibilità in termini di dimensioni e configurazioni delle parti applicative rispetto alle altre forme della tecnologia citata.

L'attrezzatura è semplice con il FSW robotizzato e l'attrezzatura può essere personalizzata per massimizzare la versatilità e l'accessibilità ai pezzi. Poiché i pezzi non devono entrare in una macchina, il carico/scarico è più semplice e il robot può accedere al lavoro da più lati e angolazioni. Non è necessario il ridimensionamento di un sistema robotico con l’acquisizione di un’altra macchina; i negozi aggiungono semplicemente un robot o attrezzature aggiuntive per far fronte all’aumento dei livelli di produzione.

Grazie a tutti i vantaggi che offre, il FSW robotico sta svolgendo un ruolo chiave nel mercato dei veicoli elettrici (EV) in rapida crescita. Un'applicazione significativa è l'unione di getti, estrusioni e lamiere di alluminio per produrre assemblaggi come i vassoi delle batterie.

I vassoi contengono le batterie dei veicoli elettrici e fungono anche da elementi strutturali per il veicolo. Inoltre, il vano batteria è generalmente dotato di canali di raffreddamento che devono essere a tenuta stagna. Nei veicoli in stile berlina, i vassoi sono grandi, in genere lunghi circa 2 metri o più all'interno del passo, estendendo la larghezza del veicolo. Un tipico vassoio può essere costituito da una fusione inferiore con canali per il liquido refrigerante e contenimento per le batterie con una piastra in alluminio saldata alla parte superiore per sigillarla.

Per questo processo, KUKA Robotics ha progettato i suoi moduli KUKA cell4_FSW per fornire fino al 95% in più di efficienza del processo e per massimizzare le opzioni di configurazione disponibili per i produttori di veicoli elettrici. L'efficienza della cella deriva da due postazioni di lavoro situate in aree di inserimento separate.

Utilizzate sia per attività di saldatura 2D che 3D, le celle sono scalabili e possono ospitare uno o due robot a 6 assi. Le officine possono disporre diversi strumenti di bloccaggio del pezzo nell'area di lavoro della cella in modo che i robot possano lavorare contemporaneamente su componenti più grandi, se necessario.

Brevettato nel 1991 dal Welding Institute, Cambridge, Inghilterra, FSW offre una serie di vantaggi rispetto ai metodi di saldatura tradizionali. Un processo a temperatura più bassa (tipicamente inferiore a 500 gradi C nell'alluminio), FSW riduce al minimo la distorsione e le sollecitazioni residue nei pezzi, migliorando al contempo le prestazioni di fatica e causando pochi o nessun disturbo della microdurezza del materiale.

FSW facilita la saldatura di pezzi lunghi e sottili ed è particolarmente adatto per unire metalli non ferrosi con una bassa temperatura di fusione e anche per giunzioni di materiali misti come alluminio con magnesio, rame o acciaio. Poiché il materiale da lavorare non si scioglie mai, le saldature risultanti non soffrono di porosità e fessurazioni legate alla solidificazione. A differenza delle saldature convenzionali che utilizzano materiale di apporto, come bacchetta o filo, il giunto FSW non presenta fasi indesiderate risultanti da una miscela di materiale di apporto e metallo base. Da un punto di vista della sostenibilità, temperature più basse consumano meno energia e il processo non genera vapori o fumi, è silenzioso e non richiede gas o materiali di consumo.

Durante la saldatura, il robot spinge il perno FSW metallico rotante attraverso i pezzi mantenendo tolleranze strette ed elevata precisione. Di conseguenza, un robot FSW deve essere rigido e sufficientemente potente da generare e controllare sia le forti forze verticali e trasversali, sia la coppia.

Per la sua cella KUKA utilizza il robot KR 500 FORTEC, utilizzabile anche per lavorazioni pesanti come fresatura e foratura. Il robot, con un carico utile nominale di 500 kg, pesa circa 2.400 kg e ha un ingombro in officina di 1.050 x 1.050 mm. Un ingranaggio aggiuntivo sui primi tre assi consente al robot di generare e gestire fino a 10.000 N (1.000 kg) di forza, con una ripetibilità di posa di +/- 0,08 mm.