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庫卡案例 | 機器人攪拌摩擦焊接全面提升電動汽車電池托盤的生產
導讀：庫卡為一家遍布全球的汽車零件供貨商開發了三套系統。采用庫卡FSW 應用模塊的機器人輔助攪拌摩擦焊接技術（Friction Stir Welding，縮寫：FSW）搭配庫卡的cell4_FSW，不僅在質量上，而且在經濟效益和環保方面，都將生產過程提升到一個全新水平。
【塑料機械網 科技創新】專家們一致認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了三套系統。采用庫卡FSW 應用模塊的機器人輔助攪拌摩擦焊接技術（Friction Stir Welding，縮寫：FSW）搭配庫卡的cell4_FSW，不僅在質量上，而且在經濟效益和環保方面，都將生產過程提升到一個全新水平。
攪拌摩擦焊接：
質量優異、經濟高效、節能環保
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。在以輕量化為目標的趨勢下， FSW 技術備受關注。機器人輔助工藝不僅可以提供優異的焊接質量和良好的經濟效益，而且由于能耗低，節能環保，這將電動汽車電池托盤的生產工藝提升到了全新的水平。據客戶反饋，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。
電動汽車托盤的全自動焊接
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，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。“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線。”庫卡的全球大客戶經理 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。
高要求的電池托盤焊縫
這一切始于 2019 年，當時客戶仍使用其他制造商提供的系統，并且對焊接質量不滿意。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理 Stefan Fröhlke 解釋道。
兩個庫卡 cell4_FSW 工作單元中的攪拌摩擦焊接
而攪拌摩擦焊接能滿足電池托盤生產的這些要求。為了提高這家全球汽車零件供貨商的焊接質量，庫卡首先開發了一套包含兩個工作單元的系統，每個單元分別配備1臺 KR FORTEC。由于能夠在一個系統上焊接不同的電池托盤，客戶對這樣的靈活性非常滿意，立即在當年就向庫卡訂購了另一套系統。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，系統可以執行三個不同的焊接任務。
“這個解決方案在產量相同的情況下，讓我們省下了兩套系統以及人員、生產占地面積等成本。”atxi Blanco 說道。庫卡的解決方案經濟效益很高，攪拌摩擦焊接機器的利用率高達 95%，因為即便在焊接過程中，工裝也可以在單獨的安全區域進行上下料。另一個優點是這個生產過程不僅更快速靈活，而且占地面積更小。
安裝過程快速流暢
三年后，不僅簡單的焊接過程是在機器人的輔助下進行的，而且整個生產過程也實現了自動化。在3套庫卡 cell4_FSW 工作單元中，8臺機器人分為4個步驟執行工作，按照嚴格的要求生產各種鋁合金材質的電池托盤。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，因此之后的現場安裝快速又順利。”Patxi Blanco 在談到這個長期的電動汽車項目時說道。
第一步是挑選底板的單個零件
攪拌摩擦焊接實現高精度
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的，除了很高的經濟效益以外，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，因此可以實現高精度、高質量的焊縫。”Stefan Fröhlke 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。
耐用的工具確保高生產率
事實證明，攪拌摩擦焊接中的工具使用壽命在開發過程中構成了一個特殊的挑戰。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。
KR FORTEC 500 R2830 MT將底板焊接到車架上
電動汽車——未來的話題
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系，關于新電池平臺的對話仍在進行中。庫卡不僅提供系統和工程技術，而且還提供必備的工藝專業知識，并積極支持新的開發。因為有一點是肯定的：未來對電動汽車及相關電池托盤的需求將繼續增加。專家認為，到 2032 年，德國的電動汽車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。這也使得對更輕且更高強度的電池托盤的需求持續增長。
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