Pase automáticamente de la soldadura al mecanizado con el cambiador automático de herramientas
Cada segundo cuenta en una línea de producción. Y en esta gestión del tiempo, la pieza rara vez es el factor más importante. No, lo que resta eficacia al proceso de mecanizado es el cambio de herramienta. Los equipos de Stirweld han abordado este problema y han desarrollado una solución totalmente automática. El cambio entre la herramienta de mecanizado y la de soldadura FSW se realiza en menos de un minuto, sin intervención humana.
¿Cómo se puede hacer esto? Para ir rápido durante el cambio, los ingenieros de Stirweld tuvieron la idea de un sistema de mecanizado que se acopla al cabezal de soldadura. «Lo llamamos sencillamente ‘cambiador de herramienta'», explica Laurent Dubourg, doctor en ingeniería y cofundador de la empresa. «El mecanismo se deposita en el lateral del banco de producción y, cuando se requiere el mecanizado, el cabezal de soldadura toma esta herramienta para cambiar de función.”
Soldadura y mecanizado: los puntos clave
La soldadura por fricción-agitación es adecuada para piezas que van desde unos pocos centímetros hasta varios metros. La pieza debe ser plana (2 dimensiones), o circular (2,5 dimensiones).
Soldadura rápida a una velocidad de 1,5 metros por minuto.
El cabezal de soldadura FSW puede montarse en cualquier máquina CNC.
El paso de la soldadura al mecanizado se realiza en menos de un minuto.
El proceso es totalmente automático.
La lubricación se realiza mediante una mezcla de aceite y agua en circuito cerrado.
Los consumibles del cabezal de soldadura pueden utilizarse de forma continua durante 2000 metros.
Esta automatización permite que la soldadura por fricción-agitación sea competitiva en muchos sectores. En las industrias aeroespacial y del automóvil, por ejemplo, la llegada de este proceso de soldadura estandarizado ha reducido a la mitad o incluso a la tercera parte el coste de producción de las placas frías. Estas piezas de aluminio que contienen un disipador de calor deben ser mecanizadas después de la soldadura.
Normalmente, la pieza que se fabrica tiene que ser transportada desde la zona de soldadura hasta la zona de mecanizado. Al combinar los dos trabajos en la misma máquina, los fabricantes ganan en varios sentidos. Ahorran el movimiento de la pieza y la necesidad de una segunda máquina.
Soldadura por fricción-agitación: la respuesta a las necesidades de la industria del automóvil
El ahorro de tiempo en el mecanizado después de la soldadura mejora el tiempo del ciclo. Esto es especialmente importante para el montaje de placas frías, que son esenciales para la refrigeración de vehículos eléctricos e híbridos. Se encuentran en todas las gamas de vehículos eléctricos actuales.
Estos disipadores de calor de aluminio se llenan con agua glicolada. Esta placa fría es actualmente la única técnica capaz de absorber el exceso de calor generado por las baterías eléctricas de forma eficaz y a bajo coste.
Su función es esencial: debe proteger la batería de un desbordamiento térmico que dañaría las células eléctricas. También evita el riesgo de que la batería se incendie.
Al estandarizar la soldadura de una parte crucial de la movilidad eléctrica, los ingenieros de Stirweld están demostrando que esta ganancia de eficiencia puede reproducirse en otras piezas que requieren una soldadura precisa. En la industria del automóvil, por supuesto, pero no exclusivamente.
Aumento de la eficiencia ya cuantificada en las industrias aeroespacial y del automóvil
«Uno de nuestros clientes del sector aeroespacial produce 600 placas frías cada año», revela Laurent Dubourg. «Al utilizar nuestro sistema de cambio automático de herramientas en el cabezal de soldadura Stirweld, podemos producir estas placas frías en tan solo dos días. El cabezal de soldadura y el cambiador de herramientas vuelven a colocarse en un estante y la máquina puede utilizarse para otras operaciones. Nuestro cambiador automático de herramientas para el cabezal de soldadura FSW hace que la fábrica sea más versátil, más adaptable, y a un coste muy razonable porque la propia máquina sigue siendo la misma. Esta soldadura por fricción-agitación en serie ya ha reducido los costes de fabricación por un factor de tres. Al añadir el mecanizado en la misma máquina, estimamos que se reducirá aún más el coste llegando a la mitad. En pocos años, el coste de fabricación se ha reducido en un 85%. Todo ello sin cambiar de máquina.
Qué es la soldadura por fricción-agitación?
La soldadura por fricción-agitación (FSW) es un método de soldadura que no requiere que los materiales alcancen su punto de fusión. Fue inventado en 1991 por Wayne Thomas, del Instituto de Soldadura de Reino Unido. «Es el contacto de la fresa con el metal lo que ablanda el material y mezcla las piezas», explica Valentin Pecqueur, ingeniero de IWE y responsable de Prototipos/Procesamiento en Stirweld. «Es totalmente contrario a la intuición y eso es lo que hace que esta tecnología sea tan genial. De hecho, la fricción eleva la temperatura al 80% del punto de fusión. A esta temperatura, el material se vuelve como plastilina, lo que permite mezclarlo. Y no hay que dejarse llevar: la operación no puede alcanzar el punto de fusión. «A medida que se acerca la temperatura de fusión, el material se vuelve cada vez más maleable y la herramienta FSW puede avanzar y crear el cordón de soldadura. Sin fricción, el material baja inmediatamente de temperatura.
Las ventajas de una soldadura FSW repetible, adaptable y a baja temperatura
Este aumento de la eficacia (y, por tanto, del rendimiento de la inversión) se basa en tres ventajas que constituyen el núcleo de la estrategia de Stirweld.
La primera ventaja es la repetibilidad que ofrece el proceso de soldadura por fricción-agitación. Esta técnica, inventada en 1991 por Wayne Thomas, del Instituto de Soldadura de Reino Unido, puede aplicarse con una máquina herramienta equipada con un cabezal Stirweld FSW. La repetibilidad del proceso permite mejorar la producción en masa estandarizada. Para ponerlo en perspectiva, sólo se descartan unas pocas piezas en una tirada de producción de un millón. ¡Eso lo cambia todo! La producción en masa adquiere una nueva dimensión.
La segunda ventaja de la soldadura por fricción-agitación proviene de la propia técnica: no es necesario alcanzar el punto de fusión de los metales que se trabajan. En el caso del aluminio, por ejemplo, al 80% del punto de fusión, el material se vuelve tan maleable como la plastilina, lo que permite soldarlo. ¿La ventaja? Una unión más fuerte porque no tiene defectos.
La tercera ventaja es la adaptabilidad. El cabezal FSW permite soldar desde las máquinas-herramienta CNC existentes, ya sean de 3, 4 o 5 ejes. El cabezal de soldadura por fricción-agitación de Stirweld proporciona al centro de mecanizado las funciones necesarias para la soldadura FSW: control y registro de la fuerza, refrigeración, protección del husillo contra las vibraciones.
Aunque no existe una norma para los centros de mecanizado, el cabezal FSW de Stirweld puede adaptarse a todas las máquinas CNC. La oferta de este equipamiento permite reducir drásticamente el coste de inversión de una máquina FSW, ofreciendo al mismo tiempo las mismas prestaciones que una máquina especial de soldadura por fricción-agitación.
Ganancia de ROI en comparación con la soldadura por arco seguida de mecanizado:
Estandarización y automatización del proceso,
Soldadura suave y limitación del mecanizado,
Cabezal de soldadura FSW adaptable y desmontable.
¿Cómo integrar el cabezal de soldadura por fricción-agitación y su equipo de mecanizado?
Cambiar un proceso de fabricación no es una tarea fácil. «Puede dar miedo», dice Gilles Sevestre, CTO y cofundador de Stirweld. «Somos conscientes de ello y hemos establecido un sistema de gestión del cambio. Llevamos a cabo el desarrollo del producto final en una línea piloto, para comprobar que todo funcione bien para nuestros clientes. El objetivo es integrar las herramientas de soldadura y mecanizado sin detener la producción.
Si quiere saber más sobre la integración de un cabezal de soldadura FSW en su centro de mecanizado, lea nuestro artículo.
Ya sea para la industria del automóvil o la aeroespacial, el estudio industrial incluye :
Además de este enfoque en la optimización de la línea de producción, Stirweld también ofrece formación en soldadura por fricción-agitación. Un técnico puede formarse rápidamente en la soldadura FSW y en el uso del cambiador de herramientas. Esta formación puede realizarse de forma presencial o a distancia. Stirweld ofrece varios seminarios web para la formación en FSW:
Soldadura por fricción-agitación: todo lo que necesita saber sobre la soldadura de aluminio
Gestión térmica: placa fría mecanizada y FSW
Soldadura por fricción-agitación: viabilidad y rentabilidad de la soldadura de aluminio
Gestión térmica: la ventaja de la soldadura por fricción-agitación para las placas frías
El FSW: un cost-killer para la industria de la aviación
FSW: una innovadora tecnología de soldadura de aluminio
En 2021, Stirweld ha formado a 453 personas en la tecnología de soldadura por fricción-agitación en todo el mundo.
Nuestra experiencia
El equipo de Stirweld, experto en el campo de la soldadura por fricción-agitación, le ayudará a definir sus parámetros de soldadura, a elegir su herramienta y a diseñar su utillaje.
¿Cuál es el riesgo para el operador de la máquina?
Se ha realizado un análisis de riesgos en el cabezal de soldadura FSW Stirweld y cuenta con la certificación CE: teniendo en cuenta los requisitos europeos de salud, seguridad, eficiencia y protección del medio ambiente.
¿Qué riesgo para una máquina?
Integrar un cabezal FSW en una máquina existente no tiene más impacto que añadir un engranaje angular. En otras palabras: no hay ningún cambio fundamental en la máquina. Por lo tanto, la garantía del fabricante no se ve afectada. Hasta la fecha, el cabezal FSW se ha instalado en más de 25 modelos de máquinas
En resumen, el montaje de un cabezal FSW con su cambiador de herramientas en una máquina herramienta CNC es sencillo, seguro y fiable. De hecho, con sus diversos sistemas (acoplamiento de garras, refrigeración de la herramienta y del cabezal, rodamientos, sensor de fuerza), el cabezal Stirweld FSW y su cambiador de herramientas son seguros para el operario y aseguran el equipo.
Además, la integración de un cabezal FSW y su cambiador de herramientas en un parque de máquinas permite:
Aumentar la flexibilidad del parque de máquinas,
Registrar la fuerza de soldadura para asegurar el control de calidad de la misma,
Registrar los parámetros de soldadura para un control eficaz de la calidad de las piezas,
Pase de la soldadura al mecanizado sin desmontar el cabezal y de forma automática.
