Robotica
SALDATURA ROBOTIZZATA
01/09/2018

La tecnologia Friction Stir Welding trova ampio margine di applicazione nell’aerospace, dove viene richiesta la saldatura di materiali e leghe ultraleggere rispettando i requisiti di ermeticità, resistenza e sicurezza imposti dal settore.

Sviluppato da FANUC in collaborazione con FPT Industrie, StirRob è un robot studiato in particolare per i comparti aerospace e automotive, dove opera con tecnologia Friction Stir Welding, una rivoluzionaria tecnica di saldatura per attrito.

di Francesco Villon

Inventata dal The Welding Institute di Cambridge e brevettata nel 1991, la Friction Stir Welding è una tecnologia relativamente nuova che presenta considerevoli potenzialità di sviluppo e diffusione a livello industriale. FPT Industrie (www.fptindustrie.com), storica azienda del padovano, leader nella produzione di alesatrici e fresatrici di medie e grandi dimensioni, sta sempre più investendo nella realizzazione di soluzioni tecnologiche che hanno come protagonista la saldatura per attrito; insieme a FANUC (www.fanuc.eu/it), player globale di riferimento per l’automazione di fabbrica e la robotica industriale, FPT ha sviluppato un’innovativa soluzione robotizzata FSW, Friction Stir Welding, dedicata in particolare ai settori aerospace, automotive, trasporti e produzione di scambiatori e dissipatori di calore.

StirRob è il robot realizzato per la tecnologia Friction Stir Welding da FPT Industrie in collaborazione con FANUC e dedicato ad applicazioni industriali leggere.

TECNOLOGIA AVANZATA E SOSTENIBILE

La tecnologia FSW prevede la saldatura di due parti di metallo senza l’aggiunta di materiale. La giunzione ha luogo attraverso l’attrito, effettuato da una fresa in rotazione ad alta velocità, che esercita pressione sui pezzi da unire; l’attrito genera calore, senza però mai arrivare al punto di fusione, così da rendere i pezzi malleabili e attuare il rimescolamento dei materiali portati allo stato plastico. A processo terminato, i due materiali saldati sono assolutamente indistinguibili, e la parte dove ha avuto luogo la giunzione presenta delle caratteristiche metallurgiche addirittura superiori a quelle iniziali.

Grazie alla tecnologia FSW è possibile unire tra loro materiali tipicamente molto difficili da saldare tra loro, come, ad esempio, alluminio, leghe di alluminio e rame, assicurando alla saldatura un’inedita resistenza dovuta proprio al rimescolamento delle particelle dei due pezzi uniti. Oltre a consentire lavorazioni fino a oggi considerate molto difficili, quando non impossibili, la FSW ha anche il vantaggio di essere una tecnologia “green”, dal momento che non vengono prodotti fumi e gas dalla fusione dei materiali, e richiede un minor apporto energetico rispetto alla saldatura tradizionale.

PARTNERSHIP PROFICUA

La collaborazione con FANUC ha visto la realizzazione di StirRob, un robot specifico per la Friction Stir Welding che ha l’obiettivo di portare i vantaggi di questa tecnologia già nota in ambito aerospaziale anche a livello industriale, alla portata di applicazioni che prevedono superfici da saldare di dimensioni ridotte e rispettando i requisiti di precisione, ripetibilità ed efficienza produttiva di settori anche altamente competitivi. StirRob raggiunge gli 8 mm di profondità di saldatura per pezzi fino a 1.500 x 1.000 x 600 mm, con una velocità di avanzamento di 1.200 mm/min e di rotazione del mandrino di 2.000 giri/min. I campi di applicazione ideali del robot sono quelli dell’aerospace, per la saldatura di componenti strutturali a sostituzione della rivettatura, con il vantaggio di ridurre il peso, unendo i materiali in modo definitivo come se ne fosse avvenuta la fusione, o per andare a riparare pezzi che presentano una cricca, senza alterare le caratteristiche meccaniche, immettendo un terzo materiale. Inoltre, con la tecnica FSW è possibile realizzare contenitori completamente ermetici per la strumentazione elettronica, altrimenti impossibili da ottenere con la fusione o con il vuoto garantito con la saldatura tradizionale.

La prima applicazione realizzata da FPT, infatti, ha visto la saldatura di composizione dei serbatoi per i lanciatori dei satelliti.

Le medesime necessità di isolamento sono presenti nell’automotive: le auto elettriche, infatti, presentano diversi componenti di elettronica di potenza che devono essere isolati o raffreddati in modo appropriato; la tecnologia FSW consente di realizzare scatole e canali per il passaggio dei liquidi di raffreddamento che sono davvero ermetici. Inoltre, grazie al fatto che la tecnologia FSW permette di unire acciaio e alluminio è possibile proseguire nel percorso di alleggerimento dei telai delle auto, mantenendo, però, l’impiego dell’acciaio in cardini e cerniere, dove è fondamentale.

La saldatura per attrito permette di unire tra loro materiali anche tipicamente difficili da saldare senza aggiungere materiali terzi. La giunzione incrementa addirittura le caratteristiche metallurgiche dei materiali iniziali.

SALDATURA PER ATTRITO

Il processo di saldatura per attrito è un processo deterministico e ripetibile, dal momento che i principali parametri da dover tenere in considerazione sono velocità di rotazione, pressione, temperatura, e forma della fresa. La forza esercitata dalla fresa – e quindi dal robot – nella prima fase è notevole, tale da dover generare sufficiente attrito per poter rendere malleabile il materiale; una volta raggiunta la temperatura necessaria, si genera un’onda di calore davanti alla saldatura che permette al robot di proseguire nel tracciato previsto. Fondamentale diventa il controllo del robot sui 6 assi, che serve a facilitare l’avvio del processo, e l’utilizzo di mandrini in materiali ultraresistenti che consentono di mantenere l’utensile fermo in posizione durante l’intera lavorazione.

Per questi motivi è stato utilizzato un robot FANUC M-900iB/700, un 6 assi rigido e preciso, che consente di esercitare la forza richiesta dalla tecnologia FSW e che ha la caratteristica di essere dotato di un doppio sistema di misura, con encoder montati sia sui motori che sui giunti, necessario per garantire pressione e precisione di contornitura, tipica più delle macchine utensili a controllo numerico che dei robot. Il controllo del robot viene effettuato dall’efficiente FANUC R30-iB Plus, che assicura prestazioni ottimali e massima efficienza produttiva, con gestione del doppio encoder e mappatura tridimensionale della posizione del robot per la gestione della compensazione. Il controllo della tecnologia FSW viene invece affidato a un controllore esterno, sviluppato da FPT, attraverso cui vengono gestiti il movimento del mandrino, il raggiungimento del momento plastico del materiale, attraverso sensori di temperatura, e l’intero processo di saldatura dei materiali. ©TECN’È

Il robot FANUC M-900iB/700, un 6 assi rigido e preciso, presenta tutte le caratteristiche strutturali e di forza necessarie per eseguire lavorazioni con tecnologia FSW.



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