Zrobotyzowane spawanie kompensatorów drgań w układach wydechowych aut ciężarowych

„Wysokie zapotrzebowanie ilościowe, perfekcyjna regularność dostaw i oczekiwany najwyższy, powtarzalny poziom jakości spowodowały konieczność realizacji projektu przy wsparciu robotyzacji. Udało się osiągnąć wydajność i powtarzalność spawania lepszą, niż to było wstępnie zakładane.” – Jarosław Szytow, dyrektor zakładu produkcyjnego Tru-Flex Polska

Cele:

• zwiększenie wydajności produkcji
• zapewnienie wysokiej powtarzalności i jakości produktu
• zapewnienie terminowości dostaw

Korzyści:

• optymalizacja technologii produkcji kompensatorów
• uzyskanie doskonałej jakości spoin dzięki zrobotyzowanemu spawaniu
• osiągnięcie wyższej niż zakładano wydajności produkcji

Tru-Flex działa w swej branży od ponad 60 lat, i od ponad dekady jest dostawcą poziomu Tier 1, co oznacza bezpośrednie dostawy do montowni samochodów. Od 3 lat działa również w Polsce, w miejscowości Zimna Wódka w województwie opolskim.

Jest wyselekcjonowanym, wysoko cenionym i niezawodnym dostawcą komponentów do fabryk samochodów ciężarowych, pojazdów przemysłowych i rolniczych. Co drugi samochód ciężarowy w USA jest wyposażony w ich produkty. Układ wydechowy w samochodzie ciężarowym musi wytrzymać 2-3 miliony kilometrów i temperaturę rzędu 700 stopni. Dla porównania, przewidywana żywotność układu wydechowego w samochodzie osobowym wynosi zaledwie 200.000 kilometrów. Zatem, wymagania jakościowe układów wydechowych do ciężarówek stawiają producentów przed wyzwaniami zbliżonymi do tych, z którymi mierzą się producenci branży lotniczej.

Firma oferuje wsparcie techniczne i inżynieryjne w trakcie całego cyklu życia produktu lub projektu, począwszy od wstępnej koncepcji projektu i specyfikacji, produkcji i montażu, poprzez wsparcie w fazie życia produktu oraz audyty jakościowe. Autorskie oprogramowanie do weryfikacji projektów oraz usługi testowania produktów już na etapie prototypów zapewniają optymalną wydajność po wprowadzeniu produktu klienta na rynek. Zaangażowanie producenta układów wydechowych wobec klientów potwierdza m.in. utrzymanie rygorystycznego systemu jakości ISO/TS.

Projektowanie układu wydechowego odbywa się na bazie wytycznych przekazanych przez producenta pojazdu. Konstrukcja geometryczna pojazdu jest w każdym samochodzie inna, więc każdy projekt układu wydechowego jest prototypem.

Komponenty układu nie tylko kompensują naprężenia spowodowane rozszerzalnością cieplną, lecz także chronią kosztowne systemy oczyszczania spalin przed nadmiernymi drganiami i wibracjami zarówno silnika, jak i kabiny kierowcy. Wszystkie elastyczne przewody metalowe są zgodne ze standardami Agencji Ochrony Środowiska USA (EPA) i Europejskiej Agencji Środowiska (EEA).

W projekcie spawania kompensatorów z większymi niż zwykle poziomami przesunięć i wibracji, kluczowa stała się technologia spawania pozwalająca na wykonanie wyjątkowo trwałych spoin.

Wysokie zapotrzebowanie ilościowe, perfekcyjna regularność dostaw i oczekiwany najwyższy, powtarzalny poziom jakości spowodowały konieczność realizacji projektu przy wsparciu robotyzacji.

„Rozważając robotyzację, patrzymy na model biznesowy. W niektórych przypadkach, gdy wolumen produkcji jest odpowiednio wysoki, decydujemy się na roboty. Jest dla nas ważne, aby nasi dostawcy – nasi udziałowcy, jak ich nazywamy – znali wymagania naszych klientów i wiedzieli dokładnie, na czym nam zależy” – opowiada Paul Knaapen, dyrektor zarządzający Tru-Flex Europe.

Dodatkowym wyzwaniem był wyjątkowo krótki czas przewidziany na stworzenie stanowisk zrobotyzowanych – cztery miesiące, zamiast początkowo planowanych dwunastu.

Do współpracy przy wdrożeniu zaproszono firmę ROBOPARTNER, która specjalizuje się w robotyzacji spawania.

„Potrzeba zwiększania mocy produkcyjnej, ograniczania przestojów oraz poprawa jakości i wydajności jest obecnie przedmiotem zainteresowań coraz większej liczby przedsiębiorstw. Jest w tym sens – zwłaszcza, gdy dotyczy to procesu spawania, który jest szczególnie podatny na robotyzację” – opowiada Mariusz Misztalski, właściciel firmy ROBOPARTNER.

Aby spełnić założenia projektu, należało zoptymalizować czas spawania detalu oraz dostosować technologię do różnych gatunków stali nierdzewnej, z których miał powstać detal tak, aby zapewnić doskonałą jakość produktu końcowego.

Hala produkcyjna Tru-Flex Polska

Wdrożenie
„W tym przypadku trudność procesu nie polegała na połączeniu rur 5-calowych, ale na przetopieniu warstwy 5 różnych materiałów jednocześnie, w czasie 30 sekund. Wykonaliśmy szereg testów, aby dobrać najwłaściwszą technologię” – opowiada Mariusz Misztalski.

Nietypowa konstrukcja złączy, kilka warstw materiałów różnoimiennych i tempo spawania wymusiły konieczność specjalnego pochylenia się nad technologią spawania. Pospawanie spoin o eliptycznych kształtach było możliwe jedynie przy zastosowaniu zsynchronizowanych ruchów robota z pozycjonerem o poziomej osi obrotu. Elastyczne mieszki kompensatorów drgań były również powodem nieszablonowego podejścia do projektowania przyrządów spawalniczych, których zadaniem jest powtarzalne bazowanie i utrzymanie skomplikowanej, ściśle określonej geometrii całego złożenia przy spawaniu. Zbudowane przyrządy charakteryzują się solidną, sztywną konstrukcją, odpowiednimi regulacjami oraz umiarkowaną wagą.

Szczelność wszystkich spoin gwarantuje przetopienie wszystkich warstw materiału jednocześnie, na całym obwodzie detalu. Opieranie się na bieżących testach było właściwą drogą do uzyskania pożądanych efektów technologicznych.

Dostarczone dwie cele zrobotyzowane zapewniają wysoki stopień uniwersalności. Przyrządy spawalnicze mogą być naprzemienne wymieniane w dowolnej strefie pracy, których każda z maszyn posiada dwie: lewą i prawą. Pozwala to na elastyczne wykorzystywanie maszyn do aktualnej produkcji poszczególnych referencji. Ułatwieniem jest system samodzielnego wykrywania danego przyrządu spawalniczego przez robota, co eliminuje potencjalne awarie spowodowane błędnym wyborem programu przez operatora. Całość sprowadza się jedynie do wypięcia wtyczki przemysłowej i podmiany przyrządu i ponownego wpięcia wtyczki nowego przyrządu.

Każde stanowisko zrobotyzowane posiada 2 strefy pracy – w jednej realizowany jest proces spawania, a w drugiej następuje wymiana detali przez operatora przy zachowaniu najsurowszych norm bezpieczeństwa.

„Do budowy stanowisk użyliśmy sprzętu sprawdzonych producentów – takich jak m.in.: roboty Kawasaki z pozycjonerami ASTOR, zestawy spawalnicze Fronius CMT, szybkobieżne albany ASSA ABLOY, czy jednostki filtracyjne KEMPER. Zależało nam również, aby stanowiska były niezawodne, bezpieczne i zapewniały Klientowi najwyższą funkcjonalność. Dlatego już na etapie projektowania przemyśleliśmy takie rozwiązania jak: automatyczne wykrywanie przyrządów spawalniczych przez robota, centralny panel sterujący, wspólna platforma podłogowa czy zintegrowana filtrowentylacja” – opowiada Mariusz Misztalski.

Za bezpieczeństwo odpowiada certyfikowany system Kawasaki Cubic-S, który nadzoruje pracę robota, pozycjonerów i współpracuje z urządzeniami zabezpieczającymi jak: kurtyny optyczne, szybkobieżne albany, zamki elektromagnetyczne, czy przyciski E-STOP. Dodatkowo system daje możliwość konfiguracji wirtualnych ścian, zgodnych z modelem rzeczywistej celi spawalniczej, co wpływa na szybką reakcję podczas ewentualnego zagrożenia. Palnik spawalniczy zamontowany jest na kiści robota za pośrednictwem magnetycznego złącza antykolizyjnego Fronius. To rozwiązanie gwarantuje powrót punktu TCP do niezmienionej pozycji.

Dodatkową korzyścią w procesie, potwierdzającą zaawansowaną wiedzę i doświadczenie firmy ROBOPARTNER, jest osiągnięcie poziomu jakości spoin B, który jest najwyższym możliwym poziomem jakości wg PN-EN ISO 5817.

„W nowoczesnych zakładach produkcyjnych sprawą najwyższej wagi jest zapewnienie elastyczności działania, tak aby móc szybko reagować na wymagania i potrzeby rynku. Tempo i wydajność produkcji muszą być nieustannie optymalizowane, bez kompromisów w sferze jakości. W tym procesie niewątpliwym wsparciem jest robotyzacja spawania” – komentuje Andrzej Garbacki, członek zarządu operacyjnego w firmie ASTOR.