Истории применения

Партнерство Ford Motor и Lincoln Electric
Автор: Карл Оккьялини (Carl Occhialini),
технический и торговый представитель в сфере автомобилестроения

Компания Ford полагается на новый процесс сварки для воссоздания легенды автоспорта

Ford GT4016 месяцев – это очень немного, если вам нужно с нуля разработать и построить серийный дорожный автомобиль, который должен стать преемником одной из легенд автоспорта. Больше того, такие сроки можно назвать просто неслыханными. Но когда председатель компании Ford Motor Уильям Клей Форд-младший объявил своим конструкторам и инженерам, что на столетнем параде компании 16 июня 2003 года он хочет увидеть новую версию Ford GT, эта задача стала проектом номер один.

Оригинальная модель Ford GT40 завоевала известность вскоре после того, как директор компании Генри Форд II принял решение положить конец доминированию европейских производителей в международных соревнованиях. В 1966 году GT40 заняла первое, второе и третье места марафона 24 часа Ле-Мана, самой престижной гонке мира. Тем самым компания Ford сместила с трона команду Феррари, которая до того выиграла шесть гонок подряд. После этого GT40 занимала первое месте на протяжении еще четырех последующих лет. До этого американским автомобилям еще никогда не удавалось одержать победу в Ле-Мане.

Хотя новая модель Ford GT сохранила характерный внешний вид, низкий профиль, плавные линии и центральное расположение двигателя своей предшественницы, она немного увеличилась в размерах. Автомобиль стал на 45 см длиннее, почти на 30 см шире и на 10 см выше. Самый большой в линейке Ford двигатель V8 объемом 5,4 литра с наддувом имеет мощность больше 500 л. с. и крутящий момент 678 Н/м – почти столько же, как и чемпионская модель Ле-Мана. 

Рама Ford GT40Чтобы совершить такой технологический подвиг в настолько сжатые сроки, из каждого подразделения компании Ford было отобрано по 30 лучших инженеров, которым было предоставлено отдельное помещение в Детройте.

Следующим этапом стал поиск надежных поставщиков, которые смогли бы работать в настолько динамичном проекте с постоянными изменениями конструкций и технических элементов. Так как в новой модели GT будет использоваться алюминиевая пространственная рама, для Ford было крайне важно найти партнера с большим опытом работы в области сварки алюминия.

В прошлом Ford и ее субподрядчику Metro Technologies, Ltd уже приходилось работать с компанией Lincoln Electric, которая полностью доказала им свой профессионализм. Metro сотрудничала с Lincoln в рамках другого проекта для Ford — изготовления алюминиевых рам для электромобиля Think. Think – это концепт-кар, который представляет собой высокотехнологичный низкоскоростной электромобиль следующего поколения. Проект Think позволил Lincoln и Metro полностью продемонстрировать свой опыт работы с алюминием, поэтому работа над новым Ford GT была поручена тем же компаниям.

И она оказалась непростой – для изготовления рамы каждого автомобиля требуется сварка 35 алюминиевых профилей, семи сложных литых деталей, двух пластичных элементов и нескольких штампованных деталей, для чего нужно больше 450 уникальных сварных соединений. Попытка наладить роботизированную сварку алюминия с настолько большим числом швов была шагом в неизведанную территорию. 

Metro TechnologiesПо словам Рика Теппера, координатора роботизированной сварки Metro, его команда смогла справиться с такой задачей только благодаря командной работе и комплексному анализу: «После того, как в Metro Technologies поступил заказ, мы вместе с MVS (проектировщиком литых деталей и узлов Mayflower Vehicle Systems) приступили к разработке пространственной рамы GT, которая должна была быть достаточно надежной и подходить для серийного производства. Мы использовали опыт работы в других проектах и составили группу поставщиков алюминия второго разряда, которые смогли бы предоставить нам дополнительную поддержку и знания.

Теппер и его команда, а также компания Lincoln с ее колоссальным опытом работы в области сварки, воспользовались всеми своими знаниями, накопленными в проектах с использованием алюминия. Он рассказывает: «При сварке алюминия важно учитывать усадку наплавления и деформации. Но опыт и несколько экспериментов подсказали нам, как можно наладить сварку рам и свести деформации к нескольким миллиметрам.

Мы говорим о спортивном автомобиле мощностью 500 л. с., которая разгоняется до 60 миль/час за 4 секунды и имеет максимальную скорость около 320 км/ч. Поэтому сварные соединения должны быть безупречными». 

Роботизированная сварочная системаПо словам Теппера, ключом к изготовлению алюминиевой рам с настолько большим числом соединений стало последовательное выполнение операций. Поочередная сварка с обеих сторон рамы позволяет каждой из них несколько остыть перед возобновлением работы, тем самым намного снижая уровень деформаций и усадки.

Для этого проекта Lincoln и Metro подготовили четыре сварочные станции с пятью роботами. В их составе были использованы источники питания Power Wave® 455M и высокоскоростные шестиосные манипуляторы FANUC® 120iLB с максимальным радиусом охвата 175 см. Каждая из этих станций производит от 100 до 125 соединений. Для фиксации деталей во время сварки используются вращающиеся механизмы позиционирования.

Что касается сварочных материалов, команда выбрала MIG-проволоку SuperGlaze® диаметром 1.2 мм из алюминия марки 4043. Из-за своей мягкости сплав 4043 часто вызывает сложности с подачей проволоки. Чтобы справиться с этой проблемой, были использованы горелки Binzel® и пуш-пульные системы подачи MK Products®. В качестве защитного газа был выбран аргон. Затем Lincoln Electric интегрировала все эти компоненты в единую систему, благодаря чему Metro приходилось работать только с одним партнером, который взял на себя всю ответственность за сварочные посты, оборудование и процессы.

Алюминиевая автомобильная рамаКарл Оккьялини, который представляет Lincoln Electric в сфере автомобилестроения, рассказывает: «Lincoln Electric – это единый поставщик всего необходимого для сварки в этом проекте. Только так Ford смог бы уложиться в поставленные сроки. Раньше мне приходилось сталкиваться с ситуациями, когда за роботов отвечала одна компания, расходные материалы – другая, аппараты – третья, и так далее. В итоге, когда возникала проблема, все начинали показывать друг на друга пальцем вместо того, чтобы хотя бы попробовать найти решение».  

Перед началом сварочных работ Том Ларкинс, инженер-технолог Подразделения автоматизации Lincoln Electric, воспользовался программой симуляции роботизированной дуговой сварки UltraArc® от компании Delmia (ранее известной как Deneb) для имитации будущего процесса сварки. Воссоздав трехмерные виртуальные модели роботов, горелок, кабелей и свариваемых деталей, он смог спланировать точное положение каждого компонента системы в каждый момент времени, учесть особенности сварки в труднодоступных местах и предотвратить столкновения подвижных элементов.

«Этот инструмент позволил нам определить, подойдут ли для проекта те или иные детали, – рассказывает Ларкинс. – Это помогло нам намного снизить финансовые и временные затраты».

Данные программы Delmia позволили технологу по робототехнике Lincoln, Марти Сиделлу, составить программу для роботов.

Автоматическая сварочная системаОн рассказывает: «У нас возникли определенные проблемы с перемещением манипуляторов сверху вниз, потому что токоподводы не могли достичь некоторых соединений. Поэтому, чтобы добиться максимального охвата и идеально точного позиционирования, нам пришлось использовать роботы и программы Delmia на все 100%.

Кроме того, Сиделлу пришлось столкнуться с постоянными изменениями в конструкции автомобиля. Когда возникала необходимость изменить расположение одного из 40 или 50 сварных соединений в программе каждого робота, это приводило к эффекту домино, из-за которого приходилось заново программировать всю последовательность сварки. Еще больше программирование осложняло то, что на каждой сварочной станции одновременно вели сварку два робота, что требовало точной синхронизации их работы. В таких случаях любое изменение требовало коррекции программы обоих роботов.

«В программе приходится учитывать не только сварку, но и взаимное пространственное расположение обоих роботов, иначе они могут столкнуться», – говорит Сиделл.

Для этого он сделал программу одного из роботов «второстепенной», из-за чего он должен был возвращаться в исходное положение каждый раз, как мешал другому продолжить работу.

Кроме того, из-за большого числа соединений роботам часто мешали фиксирующие детали.

Алюминиевая сварная рама«Снимаю шляпу перед Metro. Они всегда были готовы прийти на помощь и переместить зажимы в другое место, чтобы роботы могли продолжить сварку», – говорит Сиделл.

В общей сложности на программирование роботов ушло шесть недель.

На первой станции установлен робот, который Оккьялини называет «двойным чертовым колесом», потому он включает два вращающихся вокруг друг друга фиксирующих зажима, которые при этом еще независимо вращаются вокруг своей оси. На этой станции привариваются крепления для переднего и заднего бамперов, узлы трансмиссии и стабилизирующие брусы.

На станциях 2 и 3 используется по два обращенных робота, которые закреплены над рабочим изделием, чтобы обеспечить максимальный охват. На второй станции свариваются задние подузлы и основные литые детали, на третьей – передние подузлы.

На четвертой станции установлено еще два обращенных робота, которые сваривают между собой передние и задние узлы автомобиля и присоединяют кабину.

Для изготовления пространственных рам Ford GT были выбраны аппараты Power Wave 455M. В немалой степени этому способствовала поддержка Технологии контроля формы волны™, которая входит в состав программы технологических инноваций компании Lincoln под названием Nextweld®. Технология управления формой волны — это разработанная Lincoln технологическая платформа, которая позволяет точно контролировать форму волны сварочного тока. Так как форма волны регулируется программой, а не посредством смены компонентов электроники, технология управления формой волны позволяет индивидуально настроить оптимальные параметры практически для любой задачи сварки, что позволяет обеспечить высокую производительность и качество сварки широкого ряда материалов. Такие возможности делают систему сварку поистине универсальной и эффективной.

Кроме того, Теппер оценил запатентованный Lincoln процесс Pulse-On-Pulse™. Он оказался для Metro незаменимым способом обеспечить должное качество сварки алюминиевых деталей из сплава 6061 T6 толщиной от 1.5 до 8 миллиметров. Режим Pulse-On-Pulse позволяет использовать меньшую силу сварочного тока в случаях, когда необходимо свести к минимуму деформации тонкопрофильного алюминия. Кроме того, инвертерный источник питания с цифровым управлением Power Wave 455M поддерживает высокотехнологичные процедуры поджигания дуги, которые снижают риск образования пористости и обеспечивают ровные сварные швы с хорошим внешним видом. Режим Pulse-On-Pulse позволяет использовать меньшую силу сварочного тока в случаях, когда необходимо свести к минимуму деформации тонкопрофильного алюминия.

Теппер отметил еще одно преимущество оборудования Lincoln: «В режиме Pulse-On-Pulse почти полностью отсутствует разбрызгивание. После сварки на чистку уходит очень мало времени».

Что касается подключений, Теппер говорит: «В общем-то, пользоваться роботами с панелями управления Lincoln оказалось очень просто. После того, как мы (Metro, Lincoln и Ford) составили схему сварочных работ, у нас не возникло никаких проблем». Весь производственный процесс от начала и до конца работал идеально. Как рассказывает Теппер, уже четвертую раму можно было использовать для серийного производства, несмотря на сложные волнистые сварные швы.

Ford GT40После изготовления рам кузова на них устанавливают комплектующие от других поставщиков: алюминиевые панели кузова от фирмы Mayflower, интерьер от Lear, электронику от United Technologies Automotive и привод от Roush Industries, ведущий мост – от Ricardo, Inc.

За три месяца до празднования столетнего юбилея компании на дороги было выпущено девять прототипов для тестирования нового автомобиля. К крайнему сроку 16 июня было готово три серийные модели, одну из которых вел сам директор компании Билл Форд.

Два других GT были предоставлены прессе. В данный момент они проходят тестирование самыми авторитетными автомобильными изданиями и журналистами мира. Еще 15 автомобилей было выпущено для краш-тестов и других испытаний.

500 л. с.После изготовления этих 18 Ford GT сварочные станции и другое производственное оборудование будет демонтировано и отправлено в компанию Milford в Детройте, где будет проходить серийное производство. Планируется, что в день будет изготавливаться по 8 автомобилей. При работе пять дней в неделю на протяжении двух с половиной лет будет создано около 4500 экземпляров стоимостью 140 000–150 000 долларов каждый.

Если верить первоначальной реакции СМИ, спрос на новые Ford GT намного превысит предложение.

 

ПОКАЗАТЬ ВСЕ