Công nghệ hàn khuấy ma sát bằng rô-bốt đưa việc sản xuất các phương tiện di chuyển bằng điện lên tầm cao mới

Tám rô-bốt của KUKA, bao gồm ba mô-đun ứng dụng cho Friction Stir Welding (hàn khuấy ma sát) với KR FORTEC trong ba ô cell4_FSW, đã xuất hiện từ năm 2022 tại một nhà cung cấp ô tô lớn ở Bồ Đào Nha. Họ quan tấm đến những gì được cho là tương lại của việc lái xe: Vỏ ắc quy cho ô tô điện, được sản xuất từ hợp kim nhôm, để làm ra các phương tiện nhẹ nhất có thể. Quy trình FSW nói riêng mang ý nghĩa đặc biệt trong bối cảnh này. Bởi vì quy trình sử dụng rô-bốt không chỉ mang lại chất lượng hàn cao nhất với hiệu quả kinh tế tốt mà còn được coi là công nghệ xanh nhờ lượng tiêu thụ năng lượng thấp. Việc sản xuất giá đỡ cho ắc quy ô tô điện được nâng lên một tầm cao hoàn toàn mới. Theo thông tin của các khách hàng thì hiện nay chi phí hàn khuấy ma sát cho một mét đường dẫn rẻ hơn so với lượng tiêu thụ dây tương đương khi hàn khí trơ.

Di động điện ngày càng mở rộng trên toàn thế giới. Trọng tâm trong ô tô điện, ắc quy, được gắn vào sàn của phương tiện bằng một vỏ mà bao gồm một khung từ các thanh nhôm định hình được hàn khí trơ, chúng được đóng lại bằng một tấm kim loại hoặc bằng các thanh nhôm đinh hình kép. KUKA đã hỗ trợ khách hàng sản xuất các loại vỏ này từ nhiều năm và đã sẵn sàng cung cấp ba hệ thống khác nhau. “Chúng tôi đã phát triển theo cùng các yêu cầu của khách hàng – từ các nhiệm vụ hàn riêng lẻ đến dây chuyền sẵn xuất hoàn toàn tự động”, Patxi Blanco, Quản lý khách hàng trọng yếu tại KUKA, người đã đồng hành cùng quy trình sản xuất vỏ ắc quy kết cấu nhẹ ngay từ đầu cho biết.

Tất cả bắt đầu vào năm 2019 khi khách hàng vẫn đang sử dụng loại hệ thống từ nhà sản xuất khác và không hài lòng với chất lượng hàn. Điều này là do các yêu cầu đối với đường hàn trong vỏ ắc quy của ô tô điện rất đặc thù. Ngược lại với các loại xe Hybrid (xe lai sạc điện) thì bộ ắc quy ô tô điện thuần lớn hơn, nặng hơn và được tích hợp trực tiếp vào sàn xe. “Điều này yêu cầu độ cứng cao và bằng việc tích hợp vào sàn thì vỏ có thể bị ảnh hưởng khi va chạm. Điều đó có nghĩa là chúng phải chịu được những lực rất lớn”, Stefan Fröhlke, Quản lý cấp cao Giải pháp Quy trình tại KUKA giải thích.

Patxi Blanco cho biết: “Giải pháp này giúp tiết kiệm hai hệ thống và các chi phí liên quan cho nhân sự và không gian sản xuất với cùng một số lượng sản phẩm”. Giải pháp từ KUKA cực kỳ kinh tế: Rô-bốt hàn khuấy ma sát có thể được sử dụng lên đến 95%, vì các thiết bị đã có thể được tải và dỡ hàng trong một khu vực an toàn riêng biệt trong quá trình hàn. Một ưu điểm tiếp theo: Bằng việc sử dụng rô-bốt thì quá trình này không chỉ năng động hơn, mà diện tích sàn yêu cầu cũng nhỏ hơn.

Đó là lý do tại sao nó không dừng lại chỉ với hai hệ thống. Ba năm sau, không chỉ quá trình hàn đơn giản diễn ra với sự hỗ trợ của rô-bốt mà toàn bộ quá trình sản xuất được tự động hóa. Trong ba ô KUKA cell4_FSW tám rô-bốt hiện đang làm việc theo bốn bước để sản xuất vỏ ắc quy từ các hợp kim nhôm khác nhau phù hợp với các yêu cầu cao. Đầu tiên tấm sàn được hàn và sau đó mài nhẵn ở bước thứ hai. Sau khi hoàn thành tấm, rô-bốt sẽ hàn khung vào tấm sàn và cuối cùng mài nhẵn toàn bộ hộp ắc quy trong bước bốn. “Chúng tôi đã thiết lập và đưa nó vào hoạt động tại nhà máy của chúng tôi ở Augsburg. Khách hàng đã chấp nhận hệ thống ở đó, đó là lý do tại sao việc cài đặt tại chỗ diễn ra nhanh chóng và trơn tru”, Patxi Blanco phát biểu về dự án dài hạn trong di động điện.

Được phát triển đặc biệt cho thị trường di động điện đang lớn mạnh, ô hàn khuấy ma sát KUKA cell4_FSW ngoài việc có hiệu quả kinh tế vượt trội thì còn cung cấp tính linh hoạt tối đa và các tùy chọn cấu hình. “Nhờ độ chính xác của một đường dẫn nhỏ hơn 0,5 mm, các mối hàn hoàn hảo và chính xác cao có thể thực hiện được”, Stefan Fröhlke giải thích. Việc hướng đường dẫn chính xác dựa trên việc sử dụng KR FORTEC 500 R2830 MT, thiết bị này gây ấn tượng với độ cứng và tuổi thọ sử dụng cao. Mặt khác, việc hiệu chỉnh đường dẫn chính xác được hỗ trợ bằng laze để bù cho độ lệch đường dẫn đóng một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng đường hàn trong hàn khuấy ma sát đáp ứng các yêu cầu cao về độ kín và quy trình va chạm.

Dự án dài hạn đã mang lại mối quan hệ hợp tác tốt đẹp giữa KUKA và nhà cung cấp ô tô, và các cuộc đàm phán vẫn đang diễn ra về các nền tảng ắc quy mới. KUKA không chỉ cung cấp hệ thống và kỹ thuật, mà còn cung cấp bí quyết quy trình cần thiết để hỗ trợ tích cực cho những phát triển mới. Bởi vì một điều chắc chắn: Nhu cầu về ô tô điện và giá đỡ cho ắc quy tương ứng sẽ tiếp tục tăng trong tương lai. Các chuyên gia giả định rằng vào năm 2032, lần đầu tiên, nhiều phương tiện điện hơn động cơ đốt trong sẽ được đăng ký ở Đức. Đặc biệt là vì lượng khí thải CO2 có thể giảm được. Và điều này cũng làm tăng nhu cầu về vỏ ắc quy, không chỉ cần nhẹ mà còn phải có độ bền phù hợp.