ロボットFSWがEV生産効率に一石を投じる

摩擦撹拌接合 (FSW) 専用の機械も存在しますが、FSW と従来のサブトラクティブ CNC 加工を組み合わせた機械もあります。 Robotic FSW は、このテクノロジーの少し異なる見方です。 これには、6 軸ロボット、適応型治具、および特定のソフトウェアが組み込まれています。 これらのシステムは比較的コンパクトであり、最も重要なことは、前述の他の形式のテクノロジーに比べて、アプリケーション部品のサイズと構成の点でより高い柔軟性を提供することです。

ロボット FSW を使用するとツーリングが簡単になり、汎用性とワークピースへのアクセスしやすさを最大化するように治具を調整できます。 ワークを機械に入れる必要がないため、ロード/アンロードが簡単になり、ロボットはさまざまな側面や角度からワークにアクセスできます。 別のマシンを購入してロボット システムを拡張する必要はありません。 工場はロボットや追加の設備を追加するだけで、生産レベルの増加に対応できます。

ロボット FSW は、そのあらゆるメリットにより、急速に成長する電気自動車 (EV) 市場で重要な役割を果たしています。 重要な用途の 1 つは、鋳造品、押出材、アルミニウム板を接合してバッテリー トレイなどのアセンブリを製造することです。

トレイは EV バッテリーを保持し、車両の構造要素としても機能します。 さらに、バッテリー トレイには通常、漏れ防止が必要な冷却チャネルが備えられています。 セダン スタイルの車両では、トレイは大きく、通常ホイールベース内で約 2 メートル以上の長さがあり、車両の幅が広がります。 典型的なトレイは、冷却剤用のチャネルとバッテリーの格納容器を備えた底部の鋳物で構成され、上部には密閉するためにアルミニウム板が溶接されています。

このプロセスのために、KUKA Robotics は KUKA cell4_FSW モジュールを設計して、プロセス効率を最大 95% 向上させ、EV メーカーが利用できる構成オプションを最大限に活用できるようにしました。 セルの効率は、別々の挿入領域に配置された 2 つのワークステーションによって決まります。

2D 溶接タスクと 3D 溶接タスクの両方に使用されるセルは拡張可能で、1 台または 2 台の 6 軸ロボットに対応します。 工場はセルの作業エリアに複数のワーククランプツールを配置して、必要に応じてロボットがより大きなコンポーネントを同時に作業できるようにすることができます。

英国ケンブリッジの溶接協会によって 1991 年に特許を取得した FSW は、従来の溶接方法と比較してさまざまな利点を提供します。 低温プロセス (通常、アルミニウムでは 500 ℃ 未満) である FSW は、ワークピースの歪みと残留応力を最小限に抑えながら、疲労性能を向上させ、材料の微小硬度の乱れをほとんど引き起こしません。

FSW は長くて薄いワークピースの溶接を容易にし、特に溶融温度の低い非鉄金属の接合や、アルミニウムとマグネシウム、銅、鋼などの混合材料の接合に適しています。 被削材が決して溶けないため、溶接部には凝固に伴う気孔や亀裂が発生しません。 ロッドやワイヤなどのフィラー材料を使用する従来の溶接とは異なり、FSW 接合にはフィラーと母材の混合に起因する不要な相がありません。 持続可能性の観点からは、温度が低いほどエネルギー消費が少なくなり、このプロセスでは煙や煙が発生せず、静かで、ガスやワイヤーの消耗品も必要ありません。

溶接時、ロボットは厳しい公差と高精度を維持しながら、回転する金属 FSW ピンをワークピースに押し込みます。 その結果、FSW ロボットは、強力な垂直方向の力と横方向の力、およびトルクの両方を生成および制御するのに十分な剛性と強力さを備えている必要があります。

KUKA はセルに KR 500 FORTEC ロボットを採用しており、フライス加工や穴あけなどの重負荷の機械加工作業にも適用できます。 このロボットの定格可搬重量は 500 kg で、重量は約 2,400 kg、作業現場の設置面積は 1,050 mm x 1,050 mm です。 最初の 3 軸にギアを追加することで、ロボットは最大 10,000 N (1,000 kg) の力を生成し、+/- 0.08 mm の姿勢再現性で処理できます。