Este brazo robótico en el Laboratorio de Ingeniería Aplicada de PNNL, apodado afeccionando “Bubba”, se utiliza para probar la agitación de fricción robótica. Aquí, se muestra con un accesorio de revocación de fricción estándar. Crédito: Andrea Starr | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Una herramienta giratoria se sumerge en dos piezas de metal, girando a una alta velocidad de velocidad. A medida que la herramienta comienza a moverse, suaviza y mezcla el metal, creando una poderosa soldadura, una que puede unirse de forma segura materiales similares y diferentes (particularmente metales y aleaciones) sin remaches, sujetadores o adhesivo. Esta técnica de fabricación avanzada, calificada soldadura por revocación de fricción– requiere solo una fracción de la energía requerida por las técnicas convencionales, pero hoy no se usa en muchas líneas de ensamblaje.
¿Por qué? Porque la soldadura por fricción ejerce una fuerza tremenda (hasta 5,000 libras) y algo necesita capturar esa fuerza. Actualmente, el proceso requiere un yunque rígido y perfectamente formado debajo del material que se está soldando. Para muchas líneas de ensamblaje, ese requisito es difícil de cumplir.
“Cuando la herramienta de agitación de fricción calienta el material, ejerce una gran cantidad de fuerza que debemos limitar para garantizar una soldadura precisa y segura”, dijo Mitch Blocher, un ingeniero mecánico del Laboratorio Nacional del Pacífico del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) (PNNL). “Básicamente, toda la historia de la fricción, la forma en que lo haces es colocando un yunque rígido debajo del material”.
Ahora, un avance en PNNL podría agitar la fricción libres de esas limitaciones, y abrir la puerta para un mayor uso de la técnica de fabricación avanzada en líneas de ensamblaje comercial.
Aquí está el roce
Actualmente, la soldadura por fricción no es ampliamente aplicable en la mayoría de las líneas de ensamblaje.
“Hay algunas soldaduras por fricción que se realiza en la fabricación de vehículos”, dijo Piyush Upadhyay, científico de materiales senior de PNNL. “Pero, por lo general, está limitado a dos láminas planas soldadas sobre un yunque rígido”.
Caso en cuestión: Hace 10 años, PNNL trabajó con varias compañías, incluidas General Motors, hasta Aplicar soldadura por fricción en la producción de puertas de automóviles. El proceso implicó soldar hojas planas antes de estamparlas en la forma 3D de la puerta de un automóvil.
Una puerta de automóvil soldada por fricción hecho posible por la investigación de fabricación avanzada de PNNL. Crédito: TWB Company, LLC
Ese enfoque no funciona para piezas de automóviles más grandes y complejas que no se pueden estampar en forma: por ejemplo, los rieles del techo y los marcos de metal que rodean las puertas.
“Si quieres fricción, agita todo lo que no sea plano, necesitarás un yunque en forma de esa parte”, explicó Upadhyay. “Si está soldando un riel de techo, necesitará un yunque en forma de riel de techo. Para una línea de ensamblaje del mundo real, eso es demasiado engorroso”.
Muchos componentes fabricados para vehículos aún dependen de la soldadura por puntos y los adhesivos para unirse. El equipo de PNNL sabía que si podían diseñar un nuevo sistema de fijación más maniobrable para soldar por fricción, los fabricantes podrían producir esos mismos componentes con materiales más ligeros, soldaduras más fuertes y menores costos de energía.
Autoxcidting fricción agitación
Ingrese el nuevo método: soldadura de revocación de fricción de autoestima.
“Comenzamos diciendo: ‘Muy bien, vamos a deshacernos del yunque'”, dijo Blocher. “Por supuesto, no fue tan simple”.
Las herramientas de agitación de fricción se han unido a los brazos robóticos en el pasado, pero siempre requirieron un yunque separado. Sin embargo, la revocación de fricción de autoexaminación utiliza un accesorio para un brazo robótico que incluye tanto la herramienta de agitación de fricción como una placa de respaldo en miniatura. Si el enfoque antiguo era un brazo que sostenía un lápiz, el nuevo enfoque es un brazo que sostiene tanto un lápiz como un portapapeles.
El accesorio de fricción de autoexaminación, que se muestra aquí, elimina la necesidad de un yunque separado y puede unirse al extremo de un brazo robótico. Crédito: Mitch Blocher y Derek Munson | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
El nuevo accesorio esencialmente pellizca el material objetivo entre la herramienta de agitación de fricción y la placa de respaldo, ejerciendo la fuerza necesaria y eliminando la necesidad de un yunque de forma personalizada separada.
El objetivo: soldadura por fricción maniobrable y conmovedora libremente que se despliega en los brazos robóticos utilizados en líneas de ensamblaje comercial típicas.
Sin embargo, todavía existe el problema de las miles de libras de fuerza ejercidas por la herramienta de revisión por fricción. Debido a que la agitación de fricción de autoexaminación utiliza una placa de respaldo incorporada, en lugar de un yunque, el sistema no solo debe ejercer, sino también resistir, esa fuerza.
Solo hay un problema: la mayoría de las líneas de ensamblaje no emplean robots de soldadura que sean lo suficientemente fuertes como para manejar eso.
“La mayor parte de la soldadura en la fabricación de vehículos requiere una fuerza muy mínima, ya que el material se derrite en el proceso. La agitación de fricción no derrite el material, por lo que empujar hacia y a través del material requiere una cantidad significativa de fuerza”, dijo Upadhyay.
El equipo de PNNL está en el proceso de agregar otra capacidad a sus herramientas de agitación de fricción de autoexaminación: un sistema hidráulico que alimenta el accesorio y crea un circuito cerrado para la fuerza que genera. Actualmente, el sistema hidráulico puede capturar la fuerza a partir de la presión y/o inclinación de la herramienta. Los investigadores ahora están desarrollando nuevos mecanismos para capturar grados adicionales de movimiento y desarrollar un sistema que permita que el accesorio atraiga el material a la herramienta.
La versión experimental actual del accesorio de fricción de autoexamtura. Crédito: Andrea Starr | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
“Una vez que esto se perfeccione, no habrá accesorios, ni yunque ni fuerza transmitida a la línea de ensamblaje”, dijo Blocher. “El único trabajo del robot será mantener el accesorio de fricción en su lugar y mantener la posición correcta”.
Después de eso, los investigadores empaquetarán la fricción de autoexaminación de la fricción en una forma más ergonómica, “endurecida en la industria” para que la tecnología pueda aplicarse en las líneas de ensamblaje del mundo real.
Proporcionado por el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico
Cita: la técnica de agitación de fricción de ‘autoexputación’ elimina las barreras para la fabricación de los Estados Unidos (2025, 18 de septiembre) Recuperado el 18 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-1xturing-friction-technique-barriers.html
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