Kinh tế và bền vững: KR FORTEC hàn vỏ pin cho ô tô Plug-in Hybrid

Chất lượng hàn cao nhất kết hợp với công nghệ xanh: Đối với các kim loại màu có nhiệt độ nóng chảy thấp và các vật liệu kim loại, hàn khuấy ma sát – còn được gọi là Friction Stir Welding (FSW) – là quy trình tối ưu. KUKA đã sử dụng bí quyết của mình trong lĩnh vực này cho một nhà sản xuất ô tô lớn và cho đến nay đã đưa thành công ba ô hàn khuấy ma sát vào sản xuất.

Vấn đề khó khăn: Vỏ pin cho phương tiện Plug-in Hybrid

Thay vì một chiếc ô tô có động cơ đốt trong, nhiều người hiện nay thích một phương tiện điện hơn. Nhưng điều mà nhiều người không biết: Một chiếc ô tô điện cần có “nhiệt độ tốt” – ít nhất là pin. Bởi chỉ khi ở nhiệt độ thích hợp, chúng mới có thể hoạt động tối ưu và đạt tuổi thọ tối đa. Do đó, các pin lithium-ion phải được làm mát trong quá trình hoạt động và được làm nóng khi nhiệt độ môi trường thấp. Đặc biệt đối với một phương tiện loại Plug-in Hybrid, nhiệm vụ này được thực hiện bởi hệ thống làm mát được tích hợp vào đáy khay pin. Việc sản xuất những vỏ này cực kỳ khó khăn và do đó mang lại cách sử dụng tối ưu cho các quy trình FSW dựa vào rô-bốt.

Hàn khuấy ma sát cho ô tô điện có Plug-in Hybrid

Một nhà sản xuất ô tô lớn cũng đã nhận ra điều này và bước đầu sản xuất vỏ pin bằng chất kết dính và ốc vít. Tuy nhiên, khi quy trình này không mang lại thành công như mong muốn, người ta đã phải tìm kiếm một giải pháp mới trên thị trường. Các yêu cầu về vỏ pin rất cao: Độ phẳng của các bề mặt lắp đặt mô-đun, độ kín của các lỗ cuối và các yêu cầu của thử nghiệm áp suất phải được đảm bảo. Với hàn khuấy ma sát dựa vào rô-bốt, KUKA đã cung cấp cho nhà sản xuất ô tô một phương pháp tiết kiệm và đáng tin cậy về quy trình để sản xuất ô tô điện Plug-in Hybrid, phương pháp mà đảm bảo độ an toàn và chức năng của vỏ pin.

Các nghiên cứu khả thi về hàn vỏ pin

KUKA đồng hành cùng khách hàng từ ý tưởng ban đầu thông qua các cuộc thử nghiệm cho đến khi giao hàng. “Chúng tôi đã phát triển các nguyên mẫu và thực hiện các thử nghiệm khác nhau với chúng. Trong các nghiên cứu khả thi, chúng tôi đã thử nghiệm khả năng hàn, tiến hành các phân tích khả năng tiếp cận và các mô phỏng quy trình. Khi tất cả các thử nghiệm đều đạt yêu cầu, chúng tôi đã lắp đặt hệ thống tại địa điểm của khách hàng,” Stefan Fröhlke, Quản lý cấp cao Giải pháp Quy trình FSW tại KUKA giải thích. Ô hàn khuấy ma sát KUKA cell4_FSW, được phát triển đặc biệt cho thị trường di động điện đang phát triển, cung cấp các tùy chọn cấu hình và tính linh hoạt tối đa bên cạnh hiệu quả kinh tế vượt trội nhờ khái niệm mô-đun của nó.

Ô hàn khuấy ma sát KUKA cell4_FSW khai thác quy trình tối đa nhờ hai trạm làm việc.

Trong các nghiên cứu khả thi, chúng tôi đã thử nghiệm khả năng hàn, tiến hành các phân tích khả năng tiếp cận và các mô phỏng quy trình. Khi tất cả các thử nghiệm đều đạt yêu cầu, chúng tôi đã cài đặt hệ thống tại địa điểm của khách hàng.

Stefan Fröhlke, Quản lý cấp cao Giải pháp Quy trình FSW tại KUKA

Ưu điểm của hàn khuấy ma sát với công cụ FSW phù hợp

Để bịt kín hệ thống làm mát của các mẫu Plug-in Hybrid, tấm sàn được kết nối chính xác với vỏ đúc dọc theo các ống dẫn làm mát bằng cách sử dụng hàn khuấy ma sát. Đối với một mạch kín áp suất mà có thể chịu được áp suất biến đổi, cần có tiết diện kết nối lớn và mối hàn được nối lại và nén chặt. “Hàn ma sát khuấy đã được chứng minh là một công nghệ nối phù hợp, vì các bộ phận ít bị cong vênh do nhiệt đầu vào”, Stefan Fröhlke giải thích quy trình. KUKA phụ thuộc vào hàn khuấy ma sát vai gờ cố định (Stationary Shoulder Friction Stir Welding, SSFSW). Điều đó có nghĩa là: Ngược lại với hàn khuấy ma sát kiểu cổ điển, chỉ có chốt hàn xoay tại một vai gờ cố định. Vai gờ chắc chắn tạo ra bề mặt mối hàn phẳng, mịn trong quá trình chuyển động tiếp liệu dọc theo mối hàn. Do đó, chi phí xử lý hậu kỳ được giảm bớt.

Hàn khuấy ma sát là lý tưởng cho vỏ pin trong một phương tiện chạy bằng điện thuộc loại Plug-in Hybrid.

Công nghiệp 4.0: Thu thập dữ liệu chất lượng một cách minh bạch

Những lợi ích khác cho khách hàng với ô hàn KUKA cell4_FSW: Bằng rô-bốt tải nặng thuộc dòng KR FORTEC, thì việc tăng độ chính xác của đường dẫn trên các linh kiện lớn có thể được đảm bảo nhờ độ cứng và tuổi thọ cao. “Đồng thời, khách hàng có thể sử dụng hệ thống tài liệu và kiểm soát quy trình (PCD) của chúng tôi để theo dõi tất cả các thông số quy trình thiết yếu và có dữ liệu chất lượng được ghi lại một cách minh bạch”, người quản lý danh mục đầu tư Till Maier nhấn mạnh. Bằng cách này, KUKA đã tạo cơ sở cho sự hội nhập của Công nghiệp 4.0. Ngoài ra, việc trao đổi dữ liệu đơn giản với dịch vụ từ xa KUKA cho phép trợ giúp nhanh chóng về các sự cố và do đó tránh được thời gian ngừng hoạt động lâu hơn.

Lái xe có ý thức về môi trường: Công nghệ xanh cho ô tô điện

Quá trình này không chỉ tiết kiệm và có chất lượng cao mà còn được coi là một công nghệ xanh. “Nhờ mức tiêu thụ năng lượng thấp, hàn khuấy ma sát thân thiện với môi trường, thêm nữa không cần các biện pháp hút khói hoặc chống lóa”, Stefan Fröhlke giải thích. Sự kết hợp giữa chất lượng, tính kinh tế và tính bền vững này đã thuyết phục được khách hàng.

Quá trình FSW tiêu thụ ít năng lượng và do đó cũng bền vững.

Hàn khuấy ma sát: Câu chuyện thành công cho ô tô điện được tiếp diễn

Sau giai đoạn thử nghiệm và chạy mẫu, hệ thống đầu tiên đã được đưa vào sản xuất lần đầu ở Đức vào năm 2016 và kể từ đó đã đóng vai trò là kế hoạch chi tiết để sản xuất vỏ pin cho các phương tiện chạy bằng điện trong tập đoàn. Trong khuôn khổ của việc mở rộng công suất hàn khuấy ma sát, nhà sản xuất ô tô đã cơ cấu lại trách nhiệm quy trình và giao nó cho công ty con của mình ở Thụy Điển, công ty này đã xây dựng một hội trường mới đặc biệt cho mục đích này. Trong bối cảnh này, KUKA đã có thêm hai đơn hàng ô hàn khuấy ma sát.

Khái niệm tự động hóa mới giúp giảm 25% thời gian chu kỳ

Ô đầu tiên được chuyển đến Thụy Điển vào tháng 9 năm 2020 và vào tháng 5 năm 2021, hai ô KUKA cell4_FSW mới đã được chấp nhận sơ bộ ở Augsburg. Chỉ hai tháng sau, vào tháng 7 năm 2021, cả hai hệ thống đã được đưa vào vận hành tại địa điểm của khách hàng. Những cải tiến so với ô đầu tiên đã gây ấn tượng với mọi người tham gia: Bằng cách tự động hóa hệ thống kẹp thủy lực phức tạp, thời gian tổng chu kỳ, bao gồm cả việc xử lý linh kiện, đã giảm từ 20 phút xuống còn 15 phút, đồng thời, việc tối ưu hóa hệ thống kẹp đã cải thiện chất lượng của sản phẩm, chẳng hạn như mối hàn.

Ví dụ về mối hàn uốn khúc để đóng các kênh làm mát. Mối hàn đóng một vai trò quan trọng trong ô tô điện.

Kỳ vọng cao đối với hàn hợp kim nhôm

Các yêu cầu đối với các bộ phận quan trọng về an toàn của vỏ pin trong ô tô là rất cao: Mối hàn phải có khả năng chịu được áp suất nổ rất cao, điều này phải được chứng minh trong một bài kiểm tra độ bền. Các thiết bị kẹp đặc biệt và dụng cụ phù hợp phải được phát triển mới cùng với các thông số hàn. Điều này chỉ có thể được thực hiện với công nghệ FSW, vì các hợp kim nhôm khác nhau (hợp kim rèn trên nhôm đúc) phải được hàn.

Hàn khuấy ma sát là một quy trình mang tính kinh tế và sinh thái cho một chiếc ô tô công nghệ Plug-in.

Sự hợp tác rất cởi mở, tin tưởng và hướng tới mục tiêu và khách hàng đã rất ngạc nhiên về tốc độ triển khai của dự án.

Trưởng phòng dự án Adel Ben Hassine, bộ phận Kỹ thuật bán hàng & Đề xuất tại KUKA

Triển khai nhanh chóng dẫn đến sự hài lòng tuyệt vời của khách hàng

Giao hàng nhanh trong vòng sáu tháng cũng là một điều kiện để đặt hàng. Nhờ chuyên môn của KUKA trong lĩnh vực này, tất cả các yêu cầu đều có thể được đáp ứng. Đây là cách khách hàng thể hiện sự hài lòng tối đa: Trưởng phòng dự án Adel Ben Hassine, Bộ phận Kỹ thuật Bán hàng & Đề xuất tại KUKA nhấn mạnh: “Sự hợp tác rất cởi mở, tin tưởng và hướng đến mục tiêu, và khách hàng đã rất ngạc nhiên về tốc độ triển khai.” Ngoài ra, một lợi ích đã đạt được liên quan đến tính bền vững: “Các công cụ đã được phát triển thêm cùng với khách hàng mà theo đó tuổi thọ của các chốt hiện đã tăng gấp đôi.”