Kombinieren Sie Schweißen und Bearbeiten mit dem automatischen Werkzeugwechsler
In einer Produktionslinie zählt jede Sekunde. Und bei diesem Zeitmanagement ist die Bearbeitung eines Werkstücks selten das Entscheidende. Der Werkzeugwechsel ist das, was die Effizienz der Bearbeitung belastet. Das Stirweld-Team hat sich dieses Problems angenommen und eine vollautomatische Lösung entwickelt. Der Wechsel zwischen dem Werkzeug für die Bearbeitung und dem für das FSW-Schweißen erfolgt in weniger als einer Minute, ohne dass ein Mensch eingreifen muss.
Wie? Um beim Stufenwechsel schnell voranzukommen, hatten die Ingenieure von Stirweld aus Rennes die Idee eines Bearbeitungssystems, das auf den Schweißkopf geclipst wird. „Man nennt das einfach einen „Werkzeugwechsler““, erklärt Laurent Dubourg, Doktor der Ingenieurwissenschaften und Mitbegründer des Unternehmens. „Der Mechanismus wird an der Seite der Fertigungsbank verstaut, und wenn die Bearbeitung erforderlich ist, nimmt der Schweißkopf dieses Werkzeug auf, um seine Funktion zu ändern“.
Schweißen und Bearbeiten: die wichtigsten Punkte
Das Rührreibschweißen ist mit Werkstücken von einigen Zentimetern bis zu mehreren Metern kompatibel. Das Werkstück muss flach (zweidimensional) oder kreisförmig (zweieinhalbdimensional) sein.
Ein schnelles Schweißen mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m pro Minute.
Der FSW-Schweißkopf kann auf allen CNC-Werkzeugmaschinen (CNC-Maschinen) montiert werden.
Der Übergang vom Schweißen zur Bearbeitung erfolgt in weniger als einer Minute.
Der Prozess ist vollautomatisch.
Die Schmierung erfolgt durch ein Öl-Wasser-Gemisch in einem geschlossenen Kreislauf.
Die Verschleißteile des Schweißkopfs halten einem Dauerbetrieb von 2000 Metern stand.
Dank dieser Automatisierung ist das Rührreibschweißen in vielen Branchen wettbewerbsfähig. In der Luft- und Raumfahrt und in der Automobilindustrie zum Beispiel werden die Produktionskosten für Kühlplatten dank der Einführung dieser standardisierten Schweißnaht halbiert bzw. auf ein Drittel reduziert. Diese Aluminiumteile, die einen Wärmetauscher enthalten, müssen nach dem Schweißen noch bearbeitet werden.
Normalerweise muss das Werkstück von der Schweißzone in die Bearbeitungszone befördert werden. Durch die Zusammenlegung dieser beiden Arbeiten auf einer Maschine gewinnen die Hersteller gleich mehrfach. Sie sparen nicht nur den Transport des Werkstücks, sondern auch den Bedarf an einer zweiten Maschine.
Rührreibschweißen: Die Antwort auf die Bedürfnisse der Automobilindustrie
Wenn man bei der Bearbeitung nach dem Schweißen Zeit einspart, kann man die Zykluszeit verbessern. Dieser Vorteil ist besonders wichtig bei der Montage von Kühlplatten, die für die Kühlung von Elektro- und Hybridfahrzeugen unerlässlich sind. Sie sind in allen aktuellen Elektrofahrzeugreihen zu finden.
Diese Wärmetauscher aus Aluminium sind mit einem Wasser-Glykol-Gemisch gefüllt. Diese kalte Platte ist derzeit die einzige Technik, die die von den elektrischen Zellen erzeugte Überhitzung wirksam und kostengünstig absorbieren kann.
Ihre Funktion ist von entscheidender Bedeutung: Sie soll die Batterie vor einem thermischen Durchdrehen schützen, das die elektrischen Zellen beschädigen würde. Außerdem verhindert sie die Gefahr, dass die Batterie in Flammen aufgeht.
Indem sie eine Standardisierung des Schweißens eines entscheidenden Teils der Elektromobilität ermöglichen, zeigen die Stirweld-Ingenieure, dass diese Effizienzsteigerung auch bei anderen Teilen, die eine präzise Schweißung erfordern, reproduziert werden kann. In der Automobilindustrie natürlich, aber nicht nur.
Bereits quantifizierte Effizienzsteigerung in der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie
„Einer unserer Kunden aus der Luftfahrtindustrie stellt jedes Jahr 600 Kühlplatten her“, berichtet Laurent Dubourg. „Durch den Einsatz unseres automatischen Werkzeugwechselsystems am Stirweld-Schweißkopf können wir diese Kühlplatten in nur zwei Tagen herstellen. Danach stellt man den Schweißkopf und den Werkzeugwechsler wieder in ein Regal und kann seine Bearbeitungsmaschine für andere Arbeiten nutzen. Unser automatischer Werkzeugwechsler für FSW-Schweißköpfe macht die Fabrik vielseitiger und anpassungsfähiger, und das zu einem sehr vernünftigen Preis, da die Maschine die gleiche bleibt. Das serienmäßige Rührreibschweißen hat die Herstellungskosten bereits um das Dreifache gesenkt. Wenn wir die Bearbeitung auf derselben Maschine hinzufügen, schätzen wir, dass sich die Kosten noch einmal halbieren werden.“ Innerhalb weniger Jahre konnten die Herstellungskosten um 85 % gesenkt werden. Und das alles, ohne die Maschine zu wechseln.
Rührreibschweißen, was ist das?
Friction Stir Welding (FSW), auf Deutsch Rührreibschweißen, ist eine Schweißmethode, bei der der Schmelzpunkt der Materialien nicht erreicht werden muss. Sie wurde 1991 von Wayne Thomas vom Welding Institute in Großbritannien erfunden. „Es ist der Kontakt des Fräsers mit dem Metall, der das Material erweicht und die Teile miteinander vermischt“, erklärt Valentin Pecqueur, IWE-Ingenieur und Leiter der Abteilung Prototyping/Pôle Process bei Stirweld. „Das ist völlig kontraintuitiv und genau das macht diese Technologie so genial. Tatsächlich führt die Reibung dazu, dass die Temperatur auf 80 % des Schmelzpunkts steigt. Bei dieser Temperatur wird das Material wie Knetmasse, so dass man es mischen kann“. Und keine Hektik zu erwarten: Der Vorgang kann den Schmelzpunkt nicht erreichen. „Wenn man sich der Schmelztemperatur nähert, wird das Material immer weicher und das FSW-Werkzeug kann sich vorwärts bewegen und so die Schweißnaht erzeugen“. Ohne Reibung sinkt die Temperatur des Materials sofort wieder ab.
Die Vorteile einer wiederholbaren, anpassungsfähigen FSW-Lötung bei niedrigen Temperaturen
Diese Effizienzsteigerung (und damit der ROI – Return on Investment) beruht auf drei Vorteilen, die im Mittelpunkt der Strategie von Stirweld stehen.
Der erste Vorteil ist die Wiederholbarkeit, die das Rührreibschweißverfahren bietet. Diese Technik wurde 1991 von Wayne Thomas vom Welding Institute in Großbritannien erfunden und kann mit einer Werkzeugmaschine mit einem Stirweld FSW-Kopf durchgeführt werden. Durch die Wiederholbarkeit des Prozesses kann die standardisierte Serienproduktion verbessert werden. Um eine Größenordnung zu nennen: Bei einer Produktion von einer Million Stück werden nur wenige Teile verschrottet. Das ändert natürlich alles! Die Massenproduktion nimmt ein neues Ausmaß an.
Der zweite Vorteil des Rührreibschweißens ergibt sich aus der Technik selbst: Es ist nicht nötig, den Schmelzpunkt der bearbeiteten Metalle zu erreichen. Bei Aluminium z. B. wird das Material bei 80 % der Schmelztemperatur so formbar wie Knetmasse, was das Schweißen ermöglicht.
Der Vorteil? Eine widerstandsfähigere, weil fehlerfreie Verbindung.
Dritter Vorteil: die Anpassungsfähigkeit. Der FSW-Kopf ermöglicht das Schweißen auf vorhandenen CNC-Werkzeugmaschinen (CNC-Maschinen), unabhängig davon, ob es sich um eine 3-, 4- oder 5-Achsen-Maschine handelt. Der Stirweld Rührreibschweißkopf bringt die für das FSW-Schweißen erforderlichen Funktionen in das Bearbeitungszentrum ein: Kraftkontrolle und -aufzeichnung, Kühlung, Schutz der Spindel vor Vibrationen.
ROI-Gewinn im Vergleich zu Lichtbogenschweißen mit anschließender maschineller Bearbeitung :
Standardisierung und Automatisierung des Prozesses,
Glatte Schweißnaht und Begrenzung der Bearbeitung,
Anpassbarer und abnehmbarer FSW-Schweißkopf.
Wie kann man den Rührreibschweißkopf und seine Bearbeitungsausrüstung integrieren?
Die Änderung eines Herstellungsprozesses ist keine Kleinigkeit. „Das kann einem Angst machen“, sagt Gilles Sevestre, CTO von Stirweld und Mitbegründer. „Wir sind uns dessen bewusst und haben eine Begleitung der Veränderung eingeführt. Wir führen die Entwicklung des Endprodukts bei uns auf einer Pilotlinie durch, um zu prüfen, ob bei unseren Kunden alles reibungslos funktioniert. Das Ziel: die Schweiß- und Bearbeitungswerkzeuge ohne jegliche Produktionsunterbrechung zu integrieren“.
Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Sie einen FSW-Schweißkopf in Ihr Bearbeitungszentrum integrieren können, lesen Sie unseren Artikel
Ob für die Automobil- oder die Luft- und Raumfahrtindustrie, die industrielle Planung umfasst :
Zusätzlich zu diesen Überlegungen zur Optimierung der Produktionskette bietet Stirweld auch Schulungen zum Rührreibschweißen an. Ein Zerspannungsmechaniker kann sich schnell im FSW-Schweißen und im Umgang mit dem Werkzeugwechsler schulen lassen. Diese Schulung kann als Präsenzschulung oder als Fernschulung durchgeführt werden. Stirweld bietet dazu mehrere Webinare an.
Rührreibschweißen: Alles, was Sie über das Schweißen von Aluminium wissen müssen
Wärmemanagement: gefräste Kühlplatte und FSW
Rührreibschweißen: Zukunftsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit beim Schweißen von Aluminium
Wärmemanagement: Der Vorteil des Rührreibschweißens bei Kühlplatten
FSW: Ein Kostenkiller für die Luftfahrtindustrie
FSW: eine innovative Technologie zum Schweißen von Aluminium
Rührreibschweißen : Kühlplattenschweißen in Aluminiumschmelze für E-Mobilität
Stirweld hat 2021 weltweit 453 Personen in der Technologie des Rührreibschweißens geschult.
Unsere Expertise
Das Stirweld-Team, Experten auf dem Gebiet des Rührreibschweißens, unterstützt Sie bei der Festlegung Ihrer Schweißparameter, bei der Auswahl Ihres Werkzeugs und bei der Konzeption Ihrer Werkzeuge.
Welches Risiko besteht für den Bediener der Maschine? Für den FSW Stirweld-Kopf wurde eine Risikoanalyse durchgeführt und er ist CE-zertifiziert: Berücksichtigung der europäischen Anforderungen an Gesundheit, Sicherheit, Leistung und Umweltschutz.
Welches Risiko besteht für eine Maschine? Die Integration eines FSW-Kopfes in eine bestehende Maschine hat nicht mehr Auswirkungen als das Hinzufügen eines Winkelgetriebes. Mit anderen Worten: Es gibt keine grundlegenden Änderungen an der Maschine. Die Herstellergarantie wird daher nicht beeinflusst. Der FSW-Kopf wurde bislang in mehr als 25 Maschinenmodellen eingebaut.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Montage eines FSW-Kopfes mit seinem Werkzeugwechsler auf einer CNC-Werkzeugmaschine einfach, sicher und zuverlässig ist. Denn mit seinen verschiedenen Systemen (Klauenkupplung, Werkzeug- und Kopfkühlung, Lager, Kraftsensor) ist der Stirweld FSW-Kopf mit Werkzeugwechsler sicher für den Bediener und sichert die Ausrüstung.
Darüber hinaus ermöglicht die Integration eines FSW-Kopfes und seines Werkzeugwechslers in einen Maschinenpark :
Die Flexibilität des Maschinenparks zu erhöhen,
Die Schweißkraft aufzuzeichnen, um eine Qualitätskontrolle der Schweißnaht zu gewährleisten,
Die Schweißparameter für eine effiziente Qualitätskontrolle der Teile zu speichern,
Automatisch vom Schweißen zur Bearbeitung überzugehen, ohne den Kopf abzunehmen.
