Zrobotyzowane spawanie kompensatorów drgań w układach wydechowych samochodów ciężarowych

Firma 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 trzech 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 produkty firmy Tru-Flex.

Tru-Flex 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.

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 Tru-Flex są zgodne ze standardami Agencji Ochrony Środowiska USA (EPA) i Europejskiej Agencji Środowiska (EEA). Produkty Tru-Flex są poddawane licznym, rygorystycznym testom potwierdzającym przewidywaną długą żywotność produktu, jego tajemnicę chroni ponad 40 patentów.

WYZWANIA

W projekcie spawania kompensatorów z większymi niż zwykle poziomami przesunięć i wibracji, kluczowa stała się technologia spawania pozwalająca na wykonanie wyjątkowo trwałych spoin. Duże zapotrzebowanie ilościowe, perfekcyjna regularność dostaw i oczekiwany najwyższy, powtarzalny poziom jakości spowodowały konieczność realizacji projektu przy wsparciu robotyzacji.

"Rozważając robotyzację, patrzymy na model biznesu. W niektórych przypadkach, gdy wolumen produkcji jest odpowiednio duży, 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 zaproszono firmę Robopartner, która specjalizuje się w robotyzacji spawania, szczególny nacisk stawiając na rozwój wiedzy i praktyki w zakresie zaawansowanych technologii 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" mówi 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.

WDROŻENIE

Nietypowa konstrukcja złączy, kilka warstw różnych materiałów i tempo spawania wymusiły konieczność specjalnego zajęcia się 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.

"Trudność procesu nie polegała na połączeniu rur 5-calowych, ale na przetopieniu warstwy 5 różnych materiałów jednocześnie i w czasie 30 sekund. Wykonaliśmy szereg testów, aby dobrać najwłaściwszą technologię" - opowiada Mariusz Misztalski, technolog spawalnik.

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 ma 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 ma dwie 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" - stwierdza 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.

KORZYŚCI

Renoma wiąże się z wielką odpowiedzialnością. Klienci Tru-Flex mogą być pewni, że otrzymają produkty spełniające ich unikatowe wymagania zarówno w zakresie jakości, jak i czasu realizacji zleceń. Robotyzacja znacząco wspiera proces dostarczania wartości dla klienta, ale sukces projektu i biznesu zawsze zależy od ludzi, ich specjalistycznej wiedzy, zaangażowania i współpracy.

"Projekt został zrealizowany zgodnie z założeniami. Udało się osiągnąć wydajność i powtarzalność spawania lepszą, niż to było wstępnie zakładane. Przy kolejnych projektach firma Robopartner będzie naszym integratorem pierwszego wyboru" - podsumowuje Jarosław Szytow, dyrektor Zakładu Produkcyjnego Tru-Flex Polska.

Joanna Kowalkowska, ASTOR
Mariusz Misztalski, Robopartner