Le FSW robotique fait sensation dans l’efficacité de la production de véhicules électriques

Il existe des machines uniquement dédiées au soudage par friction malaxage (FSW), tandis que d'autres combinent le FSW avec l'usinage CNC soustractif conventionnel. Robotic FSW est une approche légèrement différente de la technologie ; il intègre un robot 6 axes, un montage adaptatif et un logiciel spécifique. Ces systèmes sont relativement compacts et, surtout, offrent plus de flexibilité en termes de tailles et de configurations de pièces d'application que les autres formes de technologie mentionnées.

L'outillage est simple avec le robot FSW, et les fixations peuvent être adaptées pour maximiser la polyvalence et l'accessibilité aux pièces. Étant donné que les pièces à usiner n'ont pas besoin d'entrer dans une machine, le chargement/déchargement est plus simple et le robot peut accéder au travail depuis plusieurs côtés et angles. La mise à l'échelle d'un système robotique avec l'acquisition d'une autre machine n'est pas nécessaire ; les ateliers ajoutent simplement un robot ou un dispositif supplémentaire pour s'adapter à des niveaux de production accrus.

En raison de tous ses avantages, le robot FSW joue un rôle clé sur le marché en croissance rapide des véhicules électriques (VE). Une application importante consiste à assembler des pièces moulées, des extrusions et des tôles d'aluminium pour fabriquer des assemblages tels que des plateaux de batterie.

Les plateaux contiennent les batteries du VE et servent également d’éléments structurels pour le véhicule. De plus, un bac à batterie comporte généralement des canaux de refroidissement qui doivent être étanches. Dans les véhicules de type berline, les plateaux sont grands, généralement d'environ 2 mètres de long ou plus dans l'empattement, tout en s'étendant sur la largeur du véhicule. Un plateau typique peut être constitué d'un fond moulé avec des canaux pour le liquide de refroidissement et un confinement pour les batteries avec une plaque d'aluminium soudée au sommet pour le sceller.

Pour ce processus, KUKA Robotics a conçu ses modules KUKA cell4_FSW pour fournir jusqu'à 95 % d'efficacité de processus en plus et pour maximiser les options de configuration disponibles pour les fabricants de véhicules électriques. L'efficacité de la cellule résulte de deux postes de travail situés dans des zones d'insertion distinctes.

Utilisées pour les tâches de soudage 2D et 3D, les cellules sont évolutives et peuvent accueillir un ou deux robots 6 axes. Les ateliers peuvent disposer plusieurs outils de serrage de pièces dans la zone de travail de la cellule afin que les robots puissent travailler simultanément sur des composants plus grands si nécessaire.

Breveté en 1991 par le Welding Institute de Cambridge, en Angleterre, le FSW offre de nombreux avantages par rapport aux méthodes de soudage traditionnelles. Processus à basse température (généralement moins de 500 degrés C dans l'aluminium), FSW minimise la distorsion et les contraintes résiduelles dans les pièces tout en améliorant les performances en fatigue et en provoquant peu ou pas de perturbation de la microdureté du matériau.

FSW facilite le soudage de pièces longues et fines et est particulièrement adapté à l'assemblage de métaux non ferreux à faible température de fusion, ainsi qu'aux assemblages de matériaux mixtes comme l'aluminium avec le magnésium, le cuivre ou l'acier. Étant donné que le matériau de travail ne fond jamais, les soudures résultantes ne souffrent pas de porosités ni de fissures liées à la solidification. Contrairement aux soudures conventionnelles qui utilisent un matériau d'apport, tel qu'une tige ou un fil, le joint FSW ne présente aucune phase indésirable résultant d'un mélange de métal d'apport et de métal de base. D'un point de vue durable, les températures plus basses consomment moins d'énergie et le processus ne génère aucune fumée, est silencieux et ne nécessite aucun consommable de gaz ou de fil.

Lors du soudage, le robot pousse la goupille métallique rotative FSW à travers les pièces tout en maintenant des tolérances serrées et une grande précision. En conséquence, un robot FSW doit être suffisamment rigide et puissant pour générer et contrôler à la fois de fortes forces verticales et transversales ainsi que du couple.

Pour sa cellule, KUKA utilise son robot KR 500 FORTEC, également applicable aux opérations d'usinage lourdes telles que le fraisage et le perçage. Le robot, avec une charge utile nominale de 500 kg, pèse environ 2 400 kg et a une empreinte au sol de 1 050 mm sur 1 050 mm. Un engrenage supplémentaire sur les trois premiers axes permet au robot de générer et de gérer jusqu'à 10 000 N (1 000 kg) de force, avec une répétabilité de pose de +/- 0,08 mm.