En sammanfattning av presshärdningsteknologin

Transkript

1 ISSN X Swerea IVF-rapport En sammanfattning av presshärdningsteknologin Jonas Holmberg

2 Om Swerea IVF AB Swerea IVF är ett ledande svenskt industriforskningsinstitut inom material-, process-, produkt- och produktionsteknik. Vårt mål är att skapa affärsmässig nytta och att stärka våra medlemmars och kunders konkurrens- och innovationsförmåga. Swerea IVF bedriver industrinära forskning och utveckling i samarbete med såväl industri som högskola, i Sverige och internationellt. Våra cirka 150 högt kvalificerade medarbetare med bas i Mölndal och Stockholm arbetar inom följande områden: Arbetsliv, miljö och energi Industriella tillverkningsmetoder Material- och teknikutveckling Polymerer och textil Verksamhetsutveckling och effektivisering Vi arbetar ofta med tillämpade lösningar på konkreta industriella behov. Våra industrierfarna forskare och konsulter kan leverera de snabba och handfasta resultat som företag behöver för att säkra sin konkurrenskraft på marknaden. Swerea IVF ingår i Swerea-koncernen, som består av fem forskningsbolag inom material- och verkstadsteknik: Swerea IVF, Swerea KIMAB, Swerea MEFOS, Swerea SICOMP och Swerea SWECAST. Swerea-koncernen ägs gemensamt av industrin och statliga RISE Holding AB. Swerea IVF AB Box Mölndal Telefon Telefax Swerea IVF-rapport Swerea IVF AB 2009

3 Lättviktsplattform om presshärdning Presshärdning är en teknik som utvecklats och använts i Sverige sedan början av 70-talet. Användandet av presshärdat borstål har framför allt varit inom bilindustrin men flera andra branscher har insett nyttan med materialet och börjat använda det. För bilindustrins del har miljöaspekten drivit på införandet av presshärdat borstål, vilket gett möjlighet att använda tunnare plåtgods med bibehållen eller förbättrad hållfasthet. Införandet av materialet har skett i bilens så kallade Body In White-struktur där framför allt A- och B-stolpar varit lämpliga applikationer, men även stötfångare utformas i borstål. Metoden bygger på att borstålet kallat 22MnB5 bereds genom att det hettas upp till en specifik materialomvandlingstemperatur varpå det formas och härdas i ett presshärdningsverktyg. Detta skapar ett ultrahöghållfastmaterial med en brottgräns upp mot 1500 MPa och förlängningsvärden runt 8 %.

4 Innehållsförteckning Introduktion 3 Trenden 3 Projekt inom området 4 Fordonsföretagen och dess användande 5 Processen 6 Direkt presshärdning 7 Indirekt presshärdning 7 Materialet - borstål 22MnB5 8 Fasomvandling 8 Metallurgi 10 Materialegenskaper 11 Belagd plåt 13 Konstruktion 15 Tillverkare av processlinjer 16 Presshärdningsverktyget 18 Simulering 19 Verktygsslitage 20 Mekaniska efteroperationer av borstålet 20 Metoder utan kontakt med arbetsstycket 20 Plasmaskärning 21 Gasskärning 21 Vattenskärning 22 Laserskärning 22 Metoder med kontakt till arbetsstycket 22 Borrning 22 Kapning 23 Svetsning 23 Gasmetallbågssvetsning - MIG/MAG 24 Induktionssvetsning (högfrekvenssvetsning) 24 Resistansströmsvetsning (RSW) 25 Punktsvetsning 25 Sömsvetsning 26

5 Lasersvetsning 27 Friktionssvetsning 28 Mekaniska förband 28 Stansnitning (Self Piercing Rivet - SPR) 29 Falsning 31 Friction Bit Joining 31 Popnitning 32 Stuknitning 33 Skruvförband 34 Adhesive bonding 34 Skräddarsydda lösningar 35 Tailored blanks-tekniken 36 Patch-tekniken 38 Alternativa tekniker 39 Relevanta artiklar 40 Områden att utveckla 41 Referenser 44

6 Introduktion Presshärdning är en teknik som uppfanns inom stålverket Plannja Hard Tech i Norrbotten. Processen var patenterad och användes uteslutande av SSAB Hardtech under flera år men i slutet av 90-talet blev patentet fritt och tekniken kom alla till del. Detta innebar en enorm processutveckling inom området. Tekniken ligger helt i linje med fordonsindustrins satsning på energisnåla bilar. Förklaringen till detta ligger i att genom användandet av borstål kan en konstruktion dimensioneras ner sina till tunnare godstjocklekar med bibehållen eller förbättrad hållfasthet. Det presshärdade borstålet har utmärkta hållfasthetsegenskaper med en brottgräns upp mot 1500 MPa och dessutom erbjuder materialet en hög hårdhet i kombination med förbättrade slitagegenskaper jämfört med konventionella material. Processen har även andra fördelar som ligger i att återfjädringen minimeras vilket följaktligen leder till att en utmärkt repeterbarhet erhålls mellan de pressade detaljerna. En annan positiv egenskap är den goda svetsbarhen vilket är en följd av att kolhalten är låg i borstålet. Utvecklingen av processen har utformat två huvudsakliga metoder för presshärdning, vilka benämns som den direkta och den indirekta presshärdningen [1]. Trenden Utvecklingen av tekniken och användningen har varit explosionsartad under 2000-talet. Den totala åtgången plan plåt av borstål till presshärdning uppskattades till ton/år i Europa för år Denna siffra har ökat till cirka ton/år under 2008/2009. Samma trend kan noteras i Japan och USA. Vidare kan nämnas att under 2003 fanns 15 presshärdningslinjer i Europa, som har ökat till 42 linjer under Materialet används idag framför allt i stötupptagande delar i bilstrukturen vilket ställer stora krav på materialets hållfasthet. Man strävar mot att i framtiden utöka användandet till andra delar i bilstrukturen både i fram- och bak- vagnen. För att möjligöra detta behöver komponenterna skräddarsys för att göra dem deformationsupptagande i vissa områden och styva i andra områden. Det kan åstadkommas t.ex. genom att införa mjukgörande zoner i den presshärdade komponenten av borstål. Fördelen med det är att konstruktören kan styra hur och var krafter ska tas upp i strukturen men samtidigt skapa styrka där den behövs. Andra tekniker för att göra komponenter deformationsupptagande kan ske genom att man använder skräddarsydda lösningar. Det finns flera olika tekniker men vanligt förekommande är teknikerna Tailored blanks och Patching. Dessa båda tekniker gör det möjligt för konstruktören att skräddarsy sin komponent och skapa zoner i komponenten med önskade hållfasthetsegenskaper [0]. 3

7 Projekt inom området Den initiala utvecklingen kring presshärdning har skett i samband med företaget SSAB Hardtech som idag ingår i företagskoncernen Gestamp. Dessutom har företag Svensk verktygstillverkning understött branschen med simuleringar av processen. En stor del av utvecklingen har skett i nära samarbete med Luleå Tekniska Universitet där ett antal nyckelpersoner utvecklat och förädlat tekniken genom simuleringsarbete. Detta har i sin tur skett i samarbete med Universitetet i Kassel och här nedan listas ett antal projekt som initierats och utförts av flera av de nämnda aktörerna sinsemellan. MERA-programmet Inom MERA-programmet rymdes projektet Metoder för modellering och simulering av process för samtidig formning och härdning av borstål. Målet med projektet var att kunna prediktera slutlig form, materialstruktur och materialegenskaper för presshärdning av ultrahöghållfast borstål. Arbetet leddes av Gestamp Hardtech och LTU och är idag avslutat. COMPLAB 2010 är projekt avser att utföra termomekanisk provning av ultrahöghållfast stål i höga temperaturer och höga hastigheter för att utveckla nya metoder för brottkriterier i ultrahöghållfast material. Målet är att företagen ska kunna simulera och förutsäga risk för förtunning och sprickbildning vid utveckling och design av verktyg och komponenter för tillverkning med varmformning och härdning. OPTUS är ett projekt tillägnat optimal användning av ultrahöghållfast stål i fordonsstrukturer, ett strategiskt projekt för ett mer generellt införande av ultrahöghållfasta material i fordonsstrukturer. Projektets syfte är att studera de mekanismer som bidrar till reducering av hållfastheten vid hål och svetsar i dessa material. Beräkningsmodeller ska tas fram som gör det möjligt att simulera påverkan från svetsar och hål vid utveckling av komponenterna. PROCSIM III är ett projekt initierat för att ta fram metoder vid modellering och simulering av process för samtidig formning och härdning. Målsättningen är att analyserna ska kunna prediktera utfallet av presshärdningsprocessen med en precision som medger att analysmetoderna kan användas för designoptimering av presshärdade produkter samt utveckling av verktyg, process- och tillverkningsteknik. Höghållfasta ståls tribologiska egenskaper är projekt ingår flera delprojekt där ett är inriktat mot tillverkning, särskilt mot kontakten mellan ett varmt ämne av höghållfast stål och ett verktygsstål. Ett annat projekt är mer inriktat mot den färdiga produktens egenskaper, särskilt härdat höghållfast borstål i kontakt med andra konstruktionsstål. Båda studierna är experimentella och de genomförs med användning av experimentell utrustning. Ett viktigt område inom användandet av presshärdat borstål är hur efterbearbetningen sker och hur man kan foga samman olika material så som stål och aluminium. Ett projekt som berört detta område och som är intressant att 4

8 studera vidare vad gäller vilka resultat som erhållits är det internationella Super Light Car-projektet. Detta projekt med 37 samarbetspartners initierades under 2005 för att arbeta med ett Body-In-White (BIW) multimaterialkoncept för en medelstor bilmodell. För den europeiska parten deltog Volkswagen, Fiat, Opel, Volvo, Daimler, Porsche och Renault i samverkan med 30 forskningsorganisationer. Målet var att skapa en viktreduktion på 85 kg för referensmodellen, som baserades på en Golf V, genom användandet av olika material. Avvägningen att minska vikten var den ökade kostnad som viktminskningen orsakade. För detta sattes villkoret att den reducerade vikten inte fick uppgå till mer än 5 Euro/sparat kilo. Projektet var indelat i fyra delprojekt: 1. Konceptutveckling som inbegrep tre huvudsakliga koncept. 1. Stålintensiv konstruktion till en ökad kostnad av <2,5 /kg 2. Super Light Body concept i multimaterial med ett ekonomiskt fokus på <5 /kg 3. Ultra Light Body concept i multimaterial med viktoptimering i fokus med en ökad kostnad på <10 /kg 2. Material och produktionsteknologier innefattande screening av teknologier, formning, fogning samt produktionsplanering 3. Montering av prototypen 4. Analys och simulering, innefattande Life Cycle Analysis (LCA), kostnadsuppskattning samt virtuell och fysisk provning Resultatet av detta arbete visade på att multimaterialkonstruktionen är nyckeln till att nå målet med lägre vikt och minskad CO 2 -emission. Projektet skapade en BIW-design med multimaterial som resulterade i en viktreducering på 37 %. Fordonsföretagen och dess användande Volvo Car Corporation Volvo har valt att använda sig av olika underleverantörer till sina presshärdade detaljer däribland kan nämnas företaget Gestamp HardTech. Enligt offentliga är upp till 15 detaljer presshärdade i bilarna däribland kan nämnas A- och B-balk och bakre stötfångare. Bild 1 återger presshärdade detaljer som används i Volvo XC90 där de rödfärgade delarna motsvarar detaljer som är presshärdade. Exemplet är från 2007 och visar att cirka 6,5% av bilens chassi är tillverkat av presshärdat stål. Vidare kan nämnas att i detta exempel erhålls en viktreducering på 15 kg. I dagens bilar så som XC60 används en allt högre andel borstål med en andel upp mot 11 %. 5

9 Bild 1. Exempel på materialanvändandet i Volvo XC90 [0]. Volkswagen Information från 2007 visar på användandet av borstålet Usibor 1500 P i VW Passat i stolpar och trösklar. Mercedes Information från 2007 visar på användandet av borstål i Mercedes S class i stolpar och trösklar. Audi Audi A4 har man reducerat bilens totalvikt med hjälp av presshärdade detaljer med 11 kg [17]. Processen Vanligtvis kallas processen för presshärdning eller eventuellt varmformning av borstål. Den engelska motsvarigheten är die quenching eller mer vanligt hot stamping/forming/pressing av borstål. Utvecklingen av processen har skapat två huvudsakliga tekniker som används idag, vilka benämns som direkt och indirekt presshärdning. Ursprungligen användes den direkta presshärdningstekniken med en obelagd plåt och idag är denna teknik fortfarande ledande men där man istället använder sig av en plåt belagd med Aluminium/Kisel (AlSi). Den indirekta metoden är en 6

10 nyutvecklad teknik för att möta kraven på en korrosionsskyddande ytbeläggning. Företaget Voestalpine har tagit fram en zinkbeläggning kallad phs-ultraform. Denna belagda plåt måste gå igenom en indirekt process för att förhindra att beläggningen förstörs. Dessutom har denna teknik används för att skapa komplexa geometrier genom att en förformning sker av detaljen. Hur mycket och när respektive process används avgörs av faktorer så som t.ex. komponentens komplexitet, krav på korrosionsskydd, ytbeskaffenhet på färdig detalj. Direkt presshärdning Vid direkt presshärdning kan både en obelagd eller en AlSi belagd plåt användas där det senare alternativet gen en bättre yta för den färdiga produkten vilket innebär att en efterföljande blästring ej är nödvändig. Borstålplåten tas direkt från coil varpå det stansas och sedan transporteras in i en härdugn där det austeniteseras till C. Miljön i ugnen är kontrollerad för att minimera risken för oönskade geometriska förändringar av detaljen såsom oxidtillväxt. Till sist flyttas ämnet snabbt in i verktyget där formas materialet snabbt och kyls under kontrollerade förhållanden. Väl i verktyget vill man snabbt pressa eftersom ämnet kommer i kontakt med syre och kan således börja oxidera. Efter formning tas detaljen ut och efterbearbetas genom klippning eller stansning. Bild 2. Processteg för direkt presshärdning [1]. Vanligtvis lämnar plåten verktyget med en temperatur på C och processtiden i verktyget ligger på 8 10 s. Processparametrar såsom kylningstid, kylsystemdesign, tid i verktyg och urlastningstemperatur styr direkt resultatet av formningen samt slitaget på verktyget [1]. Indirekt presshärdning Vid indirekt presshärdning används som ett komplement till den direkta metoden när man har komplexa detaljer som kräver förformning eller önskemål om en galvanisk zink beläggning. Denna process sker genom att plåten stansas ut direkt från coil. För komplexa geometrier kan det därefter antingen en formning av detalj till slutform sker eller en för-formning av ämnet till detalj. Efter formningen tas den formade detaljen in i en ugn för austenitesering varefter den snabbt 7

11 förflyttas till det kylda verktyget för härdning. Efter härdning tas detaljen ut för rengöring med blästring eftersom härdningen har skapat ett glödskal på ytan av den obelagda plåten. Efter rengöring sker klippning och stansning. Bild 3. Processteg för indirekt presshärdning [1]. Den indirekta metoden tillåter inte användning av AlSi-belagd plåt eftersom denna beläggning skulle flagna av vid det första formningssteget och därpå skapa problem vid det efterföljande varmformningssteget genom att skapa rivskador. Materialet - borstål 22MnB5 Fasomvandling Grundmaterialet borstål har en ferritisk/pearlitisk grundstruktur som kännetecknas av en sträckgräns på cirka 600 MPa och förlängning på cirka 26 % för obelagd plåt och cirka 10 % för AlSi-belagd plåt. Vanligen värms materialet upp till austenitiseringstemperaturen på cirka C och omvandlas till 100 % austenit. I det austenitiska tillståndet har materialet en sträckgräns på 200 MPa och förlängningsvärde på cirka 40 %. Det bör dock påpekas att man kan välja en lägre temperatur och fortfarande få en martensitomvandling. Önskvärt att ta ut ämnet då det har förlängningsvärden runt % och därigenom kan processtiden minskas. När sedan plåten förs in i verktyget för formning och härdning kyls materialet ned och får en fullständigt martensitiskt struktur med en brottgräns på 1500 MPa och ett förlängningsvärde på 8 %. Bild 4 återger omvandlingsförloppet för materialet i ett temperatur tidsdiagram. 8

12 Bild 4. Temperatur tids diagram som beskriver borstålets fasomvandling [2]. Mikrostrukturen för ferrit/pearlitfasen i ett 1 mm tjockt borstålsmaterial från Thyssen Krupp kallat MWB 1500 återges i Bild 5 (A). I detta tillstånd utgör ferritfasen cirka 75 % och resterande består av pearlit. Ferritens kornstorlek beror av parametrar så som valsning och plåttjocklek men normalt ligger storleken i intervallet på 5 20 µm. För tunna plåtar befinner sig pearlitfasen i ferritens korngräns men för tjockare plåt är pearlitfasen mer utsträckt i valsriktning som individuella regioner. Bild 5 (B) återger den fullständigt austenitiserade fasen som materialet befinner sig i innan presshärdningen sker. Slutligen har den färdiga produkten har en fullständigt martensitisk struktur likt den återgiven i Bild 5 (C). 9

13 (A) (B) (C) Bild 5. Bilderna återger mikrostrukturen för 1 mm tjockt Thyssen Krupp MWB 1500 borstål där (A) ferrit/pearlit-fasen i borstålets grundtillstånd, (B) austenitfasen samt (C) martensitfasen efter presshärdningen [0]. Metallurgi Borstålet som används vid presshärdning är ett lågkolhaltigt stål som legeras med mangan, krom, titan, vanadium, molybden, fosfor, svavel och bor. Stålets sammansättning och egenskaper styrs av mängden av varje ingående legeringsämne och här följer en redogörelse för hur individuella legeringsämnen påverkar slutmaterialet. C: Kol används primärt för att öka härdbarheten hos stål då austeniten stabiliseras. För att skapa martensiten styr man på andelen kol och för borstålet bör kolhalten vara mindre än 0,4 wt-%. Däremot kan en hårdhets- och sträckgräns ökning erhållas för kolhalter upp mot 0,85 % C men då försämras materialets duktilitet och svetsbarhet. Mn: Mangan används för att höja materialets seghet och hållfasthet men segheten i materialet bestäms även av andelen kol. Orsaken till detta beteende är att Mn stabiliserar den austenitiska fasen där en ökning av Mn resulterar i en avtagande duktilitet och svetsbarhet. Vidare har Mn en stor inverkan på materialets härdbarhet. Cr: Krom hämmar bildandet av bainitfasen och främjar därigenom martensittillväxten vilket ökar hårdheten. 10

14 Ti: Titan används för att hämma korntillväxten och därigenom ökar segheten hos materialet. Ti används även för att förbättra egenskaperna för inneslutningar genom att det skapar sfäriskt formade sulfidinneslutningar snarare än utsträckta. Förfiningen av kornen bidrar till ökad duktilitet och dessutom förhindrar titanet att borförgiftning sker. V: Vanadium bidrar till att öka sträck- och brottgränserna för kolstål. V är en av de primära beståndsdelarna i mikrolegerade stål för att öka materialets seghet. Vidare gäller att V bidrar med en ökning av seghet genom att ferritens korn förfinas. Mo: Molybden hämmar ferrit- och pearlitomvandlingen. P: Fosfor används för att öka styrkan och hårdheten i materialet men på bekostnad av duktiliteten och slagsegheten i materialet. Värt att påpeka är att det motsatta förhållandet gäller för härdade och anlöpta stål med hög andel kol. S: Svavel minskar duktiliteten samt slagsegheten. B: Bor stabiliserar ferriten men håller tillbaka ferritomvandlingen eftersom bor har egenskapen att agera som en härdningsagent. En ökning av bor med 30 ppm ger en ekvivalent ökning av materialets förmåga att härda motsvarande vad 0,6 % Mn alternativt 0,7 % Cr alternativt 0,5 % Mo eller 1,5 % Ni ger. Vanligen legeras stålet med ppm bor ger en ökning av materialets härdbarhet för låglegerade stål. Det som sker vid legering med bor är att boret segregeras till austenitkorngränserna vilket medför att kärnbildningen av ferrit hämmas. Orsaken till denna hämmande effekt tros vara att boret i korngränserna sänker ytenergin medan andra menar att det bildas Fe 23 (CB) 6 i austenitkorngränserna som hämmar kärnbildningen av ferrit [0]. Materialegenskaper Det finns en mängd olika leverantörer av borstål och det levereras i olika tillstånd. Dessutom arbetar man fortfarande med at utveckla den kemiska sammansättningen för matt höja brott och sträckgränser ytterligare. Detta sker framförallt genom att öka kolhalten i materialet. Plåten kan antingen vara obelagd för att formas i antingen den direkta- eller den indirekta processen eller så används en belagd plåt. Den belagda plåten kan vara AlSi för den dirketa processen eller en Zn beläggning för den indirekta processen. I Tabell 1 är den kemiska sammansättningen presenterad för ett antal olika leverantörers borstål, definierat som 22MnB5. Tabell 2 åskådliggör de mekaniska egenskaperna för materialen. I tabellerna kan man utläsa att de olika tillverkarna har liknande specifikationer och egenskaper hos sina material. 11

15 Tabell 1. Kemisk sammansättning för olika 22MnB5 borstål. Tabell 2. Mekaniska egenskaper för olika 22MnB5 borstål. Diagrammet i Bild 6 ger en överblick av hur olika material, och borstålet i synnerhet, rangordnas i förhållande till förlängning och sträckgräns. Här kan ses hur kraftigt presshärdningsoperationen förändrar borstålet enligt den gröna pilen. 12

16 Bild 6. Diagram över förlängning mot sträckgräns för vanligt använda stålplåtsmaterial [3]. Belagd plåt Den tribologiska kontakten i ett system som verkar vid förhöjda temperaturer, måste angripas på ett något annorlunda sätt än ett system som opererar i rumstemperatur. Användandet av traditionella smörjmedel vid dessa förhöjda temperaturer kommer att orsaka att smörjmedlet bryts ner och sönderfaller som en effekt av den höga temperaturen. Det finns dock ett antal möjliga smörjmedel, som kan användas, men det bör påpekas att det inte alltid är fördelaktigt att använda smörjmedel vid denna typ av formning. Orsaken till detta är att smörjmedelsfilmerna kan oxidera med det underliggande stålet och skapa hårda nötande oxider. Det finns också en risk att slitagepartiklarna i sig skapar en form av hårdoxid genom att de kompakteras och sintras vid den höga temperaturen. Denna typ av hårdoxid verkar nötande och dess uppkomst och närvaro är svår att förutspå. Vid presshärdning av UHS-stål sker en oxidation både av verktyget och även av plåtytan vilket skapar aggressivt nötande partiklar. Detta kan avhjälpas genom att använda en AlSi beläggning på plåten. Beläggningen förhindrar oxidationen på plåten och därigenom minskas slitaget på verktyget. Beläggningen förhindrar även avkolning av verktygsytan, vilket annars är ett problem vid presshärdning. Studier inom området har gjorts, som visar att en obelagd plåt kan användas under förutsättning att verktygsytan håller hög kvalitét under formning. Man har även sett en positiv effekt av användandet av galvad UHS-plåt jämfört med obelagd plåt [4], [5]. 13

17 AlSi-beläggningen som används på Acelor Mittals borstål, kallat Usibor 1500P, förhindrar som nämnts tidigare oxidation av ämnet och denna metalliska beläggning har en tjocklek på µm. Vidare medger beläggningen att ytbeskaffenheten på färdiog detalj håller bättre kvalité än en obelagd blästrad plåt. Under austenitiseringen i ugnen omvandlas beläggningen till ett legerande skikt bestående av Fe-Al-Si som skapar en stark adhesion till substratet. En begränsning som denna beläggning medför är att upphettningen i härdugnen får inte överstiga 12 K/s, för att den legerande reaktionen ska kunna ske. Dessutom får beläggningen ej befinna sig i ugnen för lång tid eftersom järnet då vandrar upp till ytan. Bild 7 återges vad som sker med beläggningen efter härdning. Ett typiskt utseende på skiktets struktur och hårdhet presenteras. Som framgår av bilden sker en degradering av AlSi-beläggningen under presshärdningsförloppet vilket skapar ett antal skikt med intermetalliska faser i ytan. Detta leder till att ytbeläggningens tjocklek liksom ytråheten ökar. Bild 7. Egenskaper hos AlSi-beläggningen för plåt i borstål för den direkta presshärdningsprocessen [6]. Förutom användandet av en AlSi-beläggning har ytterligare två tekniker utvecklats. Företaget Voestalpine har en egen beläggning av plåten som är Znbaserad. Denna beläggning kallas för phs-ultraform och kräver att plåten formas i den indirekta processen för att förhindra att beläggningen förstörs. En annan beläggning är X-TEC som företaget NANO-X har tagit fram. Denna beläggning används av Thyssen Krupp på vissa plåtar och processen för användandet av densamma är något annorlunda jämfört med den vanliga presshärdningen. Denna formningsoperation är en halv varmformning som sker vid 650 C i > 5 minuter. 14

18 Därpå sker formning vid 350 C som sedan följs av normal nedkylning och skapar en detalj med en brottgräns på 800 MPa [1]. Det är tydligt att man arbetar intensivt med att finna alternativ till de befintliga beläggningarna dels för att bli av med glödskalet men även för att ge ett bättre korrosionsskydd. Andra typer av beläggningar så som svartoxid är under utveckling men ej använda idag. Dessutom finns tekniker på forskningsnivå där ett alternativ är beskrivet i patent JP och är en presshärdningsmetod som utförs i vakuum. Detta för att förhindra bildandet av ett slitande oxidskikt. Konstruktion Borstålet ger stora frihetsgrader beträffande utformning av detaljer eftersom materialet medger att djupare dragningar och snävare radier kan erhållas jämfört med traditionella material till applikationen. Dessutom, som en följd av den höga hållfastheten, är materialets återfjädring minimal. Materialets egenskaper bidrar till att konstruktionen blir stum vilket kan skapa problem ur krocksynpunkt. För att komma runt detta problem kan mjukgörande zoner införas i materialet som således verkar deformationsupptagande. Utformning och utveckling av denna typ av konstruktion är komplex och bygger på simuleringar i kombination med krocktester. För den indirekta processen måste plåten blästras efter härdning eftersom plåten har ett glödskal. Ytan på plåten efter blästring håller som följd en relativt låg kvalité vilket styr var materialet kan användas. Även den direkta metoden skapar relativt oestetiska ytor men arbete pågår för att finna metoder för att förbättra ytornas finish och möjliggöra användandet av materialet i nya applikationer i fordonsstrukturen. En aspekt vid användandet av borstål som man kanske inte tänker på i första rör hur man handskas med materialet efter krock i en räddningsaktion. Det hårda materialet ställer då höga krav på räddningsutrustningen såsom klippverktyg då den skadade bilen för att möjliggöra en snabb och effektivt öppnande av bilen. Det finns instruktionsguideböcker för räddningspersonal om hur olika bilmodeller är konstruerade och på vilket vis man ska klippa i stolparna för att öppna fordonet. Dessvärre kvarstår problemet med klippförfarandet vilket skapar kraftiga påfrestningar på verktygen men det finns beskrivna tekniker för hur verktyg eller plåten kan värms upp för att underlätt klippningen. På samma sätt är hanteringen av borstålet problematiskt ur reparationssynpunkt. Det finns metoder för att skära och borra i materialet men hur väl en krockskadad bil tål att riktas och repareras är inte lika tydligt beskrivet i litteraturen. Som nämnts tidigare är det en stor fördel vid användandet av borstål att konstruktionen kan dimensioneras och därigenom minskas vikten för detaljen. Bild 8 återger ett exempel på viktminskning i en sidobalk från Volvo i presshärdat borstål. En omdesignen av sidobalken reducerar tjockleken med 0,3 mm vilket resulterar i en viktminskning på 0,6 kg. 15

19 Bild 8. Exempel på viktreducering genom användandet av presshärdat borstål i en Volvo sidobalk [6]. En jämförelse med traditionell formning har genomförts för att ge en bild av förrespektive nackdelarna med användandet av materialet. Tabell 3. Jämförelse av olika egenskaper mellan traditionell kallformning och presshärdning. Tillverkare av processlinjer Det finns ett antal företag som tillverkar presshärdningslinjer till industrin. I fordonsindustrin väljer företagen antingen att ta hem tekniken och göra 16

20 presshärdningen in-house eller att nyttja en underleverantör som t ex företaget Gestamp. Bland de företag som använder tekniken in-house kan nämnas Volkswagen som har sex linjer och BMW som har två linjer. Bland företag som däremot valt att använda en underleverantör till presshärdade detaljer kan nämnas Volvo Cars. Fördelen med att ha processen in-house är att man bygger en stor kunskap om metoden men det innebär en relativt hög investeringskostnad. En typisk linje består av en materialpålastningsenhet, en härdugn, en laststation till pressen, en formnings- och kylningspress samt en avlastningsenhet. För den indirekta presshärdningsmetoden tillkommer även en efterföljande blästringsoperation för att avlägsna plåtens glödskal. Tillverkare av pressar är ofta också leverantörer av pressverktyg. Här nedan presenteras de två största producenterna av presshärdningsanläggningar samt en leverantör av presshärdade komponenter. AP&T AP&T är ett svenskt företag som tillverkar kompletta presshärdningslinjer för industrin. Produktionen av linjerna sker i huvudsak i Sverige men även i Italien. Företaget har vidare service och försäljningskontor i Danmark, Tyskland, Polen, Italien, Japan och USA. I produktprogrammet finns produkter inom automation, pressar samt verktyg. Bild 9 visare ett exempel på ett presshärdningsverktyg från AP&T. Bild 9. Bild på ett presshärdningsverktyg från AP&T [2]. 17

21 Schuler, Schuler är också tillverkare av kompletta presshärdningslinjer och deras koncept heter PCH Pressure Controlled Hardening. Shulers utvecklingscenter för tekniken är beläget i den tyska staden Waghäusel. Härifrån skräddarsyr man maskinen för produkten innefattande även verktyget. Bild 10 återger en typisk presshärdningsenhet tillverkad av Schuler. Här får man även en uppfattning om vilket utrymme som utrustningen kräver. Bild 10. Bild på en presshärdningslinje från Schuler [2]. Gestamp Hardtech Detta är det ledande företaget inom branschen som även var ägare till patentet innan det blev inaktivt. Gestamp är ett ursprungligen ett spanskt företag som köpte SSAB Hardtech. SSAB Hardtech utvecklade tekniken att pressa, forma och härda i ett enda processteg, men såldes till Gestamp under Inom Gestampkoncernen är det Gestamp Hardtech som arbetar bland annat med presshärdningen. Företaget tillverkar och levererar komponenter från Luleå till bilindustrin däribland ett antal presshärdade detaljer. Typiska detaljer som produceras är bl.a. bakaxlar, dörrar, instrumentpaneler, chassimoduler, stötfångare, A- och B-stolpar, där de sistnämnda tillverkas i borstål. Gestamp hardtechs center i Luleå har även ett forsknings- och utvecklingscenter som har nära samarbete med Luleås Tekniska Universitet (LTU). Presshärdningsverktyget Som nämnts tidigare är det ofta tillverkaren av presslinjen som även tillhandhåller presslinjens verktyg. Utformningen av verktyget är ofta komplex och innebär att man måste skräddarsy sin verktygslösning för att anpassa till formen på produkten. En stor del av operationen innebär att härdning sker i verktyget, vilket kräver att kylningen i verktyget måste optimeras så att härdningen kan styras så snabbt och effektivt som möjligt. En annan viktig del är att förstå slitaget, som sker vid dessa förhöjda temperaturer, och hur val av ytbeläggningar på plåten och verktygsytan bör göras. Detta är ett viktigt område som det arbetas intensivt inom. Vid all verktygsutveckling används FE-simulering för att minimera ledtiderna och även riskerna att ett felaktigt verktyg tas fram. Framtagandet av ett verktyg för 18

22 presshärdning är mer komplext än framtagandet av ett konventionellt pressverktyg eftersom materialet förändras så mycket mer under formningsoperationen. Simuleringen av detta måste återspegla hur kylningen påverkar härdningen av materialet och hur och när fasomvandlingar i materialet sker. Nedan följer en beskrivning av viktiga stegen i simuleringsprocessen av presshärdning. Simulering För att på ett korrekt sätt skapa en simuleringsmodell av presshärdningsförloppet måste man i simuleringen ta hänsyn till mekaniska, termiska och mikrostrukturella förändringar som sker i och med det formade materialet. De mekaniska data beskriver parametrar såsom Youngs modul, transversal kontraktion, sann spänningskurva samt friktionskoefficienten. De termiska data beskriver den termiska expansionen, värmeledningen, värmekapaciteten, värmeförflyttningen samt värmeskingringen som sker i materialen. Den mikrostrukturella input som ges till simuleringen kan beskrivas av volymförändringar i materialet, den latenta värmen, tid/temperaturomvandlingskurvor. För att genomföra en analys krävs således materialdata som täcker formningstemperaturer och deformationshastigheter i intervallet C. En annan viktig faktor att ta med är ytförhållandet som råder vilket kommer att förändras och signifikant påverka värmeledningsförmågan samt friktionen mellan verktyget och plåten. Beträffande friktionssimuleringar så pågår intensiv forskning inom detta på LTU. För att simulera formningsprocessen måste förenklingar och antaganden användas. Ett exempel på detta är en förenklad isotermisk modell där ingen temperaturförändring sker under deformationsförloppet eftersom formningen är så snabb. Vanliga formningshastigheter ligger på 500 mm/s. Däremot måste hänsyn tas till kylningen i plåten av verktyget. Under detta förlopp arbetar man med att simulera omvandlingen på mikrostrukturell nivå då materialet omvandlas först från ferrit/pearlit till fullständig austenit och därefter under formning och härdning i verktyget till fullständig martensit. För kylningsprocessen eftersträvar man en snabb och homogen kylning av det formade plåtmaterialet och normalt sker kylningen i intervallet C/s. Höga kylhastigheter är en förutsättning för att skapa total martensitomvandling i materialet vilket resulterar i det höghållfasta stålet. För att erhålla denna effektiva kylning krävs en väl genomarbetad verktygsdesign. Verktyget måste kunna absorbera och forsla bort den signifikanta mängden värmeenergi genom integrerade kylkanaler i verktyget. Dessutom måste en homogen kylning erhållas för att minimera risken för distorsion i slutprodukten. För detta ändamål genomförs termiska FE-analyser vilket genererar uppskattningar av temperaturdistributionen i verktyget och plåten. Detta FE-verktyg används dels till att studera om man har otillräcklig kylning och till att beräkna cykeltider för kyloperationen. Andra områden som är viktiga och intressanta att simulera är införande av hål och klippning innan formning. Simulering av detta kan visa på hur hål eller 19

23 klippningar påverkas av formningen och hur de flyttar sig eller förändras geometriskt. Det är högst önskvärt att införa så mycket av den slutliga geometrin innan formning eftersom det är så svårt att efterbearbeta det hårda materialet. Ett område som knyter an till detta är att simulera hur, var och när sprickor uppstår i materialet när t ex hål införs innan formning. Det finns färdiga programvaror för detta där programmet proopto kan nämnas som ett. Verktygsslitage Att ytbelägga presshärdningsverktygen är en nödvändighet eftersom formningsmetoden skapar kraftigt slitage på verktygen. På den obelagda plåten skapas ett hårt oxidskikt som sliter abrasivt på verktyget. Den belagda plåten utsätter verktyget för högt slitage ofta i form av adhesivt slitage från kletning av AlSi beläggningen. Idag arbetar man med att ta fram lämpliga beläggningar för verktygen och företaget Orelikon Balzers har idag två förslag som till viss del minskar slitaget. Till obelagd plåt rekommenderas beläggningen Balinit Alcrona mod och till belagd plåt används också beläggningen Balinit Alcorna mod men i kombination med en smörjning kallad Balinit Lumena. Det bör nämnas att arbete pågår med att ta fram nya beläggningar och verifiering av befintlig beläggning. Mekaniska efteroperationer av borstålet Efter presshärdningsoperationen sker en efterbehandling där oönskat material tas bort. Detta är vanligtvis material som använts för att hålla plåten vid formning eller material som ska tas bort från konstruktionen i form av hålbild. Dessutom kräver den indirekta formningsprocessen en efterföljande blästringsoperation för att avlägsna glödskalet. En efterbehandling som inte omnämns i litteraturen är polering av borstålet för att skapa estetiska ytor. Önskvärt är att bredda användandet av materialet vilket i så fall kan komma att innebära att materialet är synligt och således måste ges ett estetiskt acceptabelt intryck. Val av metod beror på vad som ska tas bort och de vanligaste teknikerna beskrivs härefter utifrån om borttagandet sker med kontakt mellan det valda verktyget och plåten eller inte. Metoder utan kontakt med arbetsstycket Inom detta område finns fyra ledande tekniker vilka Bild 11 återger i och vidare beskrivning av teknikerna följer. 20

24 Bild 11. Olika metoder för skärning utan kontakt med arbetsstycket beskrivna av plasma-, gas-, vatten- och laserskärning [7]. Plasmaskärning Plasmaskärningsmetoden bygger på att en koncentrerad elektrisk ljusbåge smälter materialet med den höga temperatur som plasmaljusbågen har. Processen använder sig av en inert gas som med hög hastighet blåses ut ur munstycket varvid en elektrisk ljusbåge skapas som bildar plasmat som utför skäroperationen. Plasmat förs över ytan som ska kapas med tillräcklig hastighet för att blåsa bort det smälta materialet. Skärströmmen som skapar ljusbågen kan varieras för att skära i olika tjocklekar i intervallet 0,5 160 mm. Dessutom, kan val av processgas göras för att skära i olika material så som kolstål, höglegerat stål, aluminium, koppar eller andra legeringar. Den koncentrerade ljusbågen, som skapas, har fördelen att endast ha liten värmepåverkan på materialet som ska kapas. Dessutom kan man använda högre skärhastigheter än vid gasskärning [7]. Gasskärning Gasskärning eller oxyfuel-skärning är skärmetoden som endast går att använda för järn och stål. Metoden bygger på att en flamma skapas som hettar upp metallen till en specifik temperatur. När rätt temperatur är uppnådd tillförs syre till den upphettade delen varvid syret reagerar med metallen och skapar järnoxid och värme. Denna värme kommer sedan att göra så att klippningen fortsätter. Fördelen med tekniken är att man skapar järnoxid som har drygt halva smältpunkten jämfört med metallens varvid järnoxiden direkt smälter och flyter bort från klippzonen [7]. 21

25 Vattenskärning Vattenskärning är en metod som används för material eller detaljer som är känsliga för höga temperaturer, vilket ofta är ett problem vid klippning eller skärning i metaller. Metoden innebär att en vattenstråle med hög hastighet och under högt tryck förs mot metallytan. För att skära i metaller tillsätts ett abrasivt material såsom sand i vattenblandningen. Metoden lämpar sig för att skapa fina konturer med hög precision i material som kolstål, rostfritt stål, titan osv. med vanliga skärhastigheter på upp mot 25,000 mm/min [7]. Laserskärning Denna teknik utnyttjar en koncentrerad laserstråle för att skära. Metoden för att skära kan väljas till att smälta, bränna, förånga eller blåsa bort materialet med en gasflamma. Fördelen med tekniken är att den är beröringsfri och skär med hög precision. Tack vare användandet av en smal stråle erhålls en minimal värmepåverkan, snittfogen ligger i intervallet 0,1 0,6 mm i bredd. Dessutom är skärkvaliteten hög i olika material där ett kolstål kan skäras upp till tjocklekar på 25 mm. Ytterligare en fördel är att ingen efterbehandling krävs. Med förångningskapning hettar strålen upp materialet till materialets kokpunkt varvid en nyckelhålskrater bildas. Nyckelhålet i sin tur leder till en drastisk ökning av djupet på hålet varvid det förångade materialet hjälper till att smälta väggarna. Metoden med smältning och blåsning använder ett högt gastryck för att blåsa bort det smälta materialet från den skärande zonen. Detta innebär att kraften som krävs kan sänkas eftersom jetgasstrålen blåser bort det smälta materialet och förhindrar att temperaturen hos metallen stiger ännu mer [7]. Metoder med kontakt till arbetsstycket På samma vis som vid skärning utan kontakt med det presshärdade stålet är det svårt att klippa det presshärdade borstålet med kontakt. Detta ställer höga krav på de material som ska bearbeta arbetsstycket och kräver ofta ytbeläggningar i kombination med väldigt god smörjning. De vanligaste teknikerna inom detta område är borrning, kapning samt fräsning och härefter följer redogörelser för hur detta kan ske. Borrning Borrning i presshärdat borstål är problematiskt eftersom materialet är så hårt i det härdade tillståndet. I artiklar finns det beskrivet att hårdmetallbelagda borrar kan klara av att borra i borstål. Lämpligen används ett wolframkarbid (WC) belagd borr då borrningen sker med högt tryck och hög hastighet lämpligen i intervallet rpm. En förutsättning för detta är användandet av lämpligt smörjmedel. Då kan man uppskattningsvis använda sitt borr till cirka 100 hål. Det tyska företaget DentFix säljer bitborret Boron killer enligt Bild 12 vilket man anger är det enda borr som går att använda på borstålen. 22

26 Bild 12. Borret DF-1690 från DentFix är ett borr som tål att borra med i härdat borstål [18]. Kapning På samma vis som för borrning i det presshärdade borstålet ställs höga krav på val av sågblad och smörjning när man kapar i materialet. Ett exempel är användandet av ett abrasivt sågblad för att avlägsna punktsvetsar i borstål. Dock påpekas det i artiklar att man bör akta sig för gnistorna som bildas eftersom dessa kan orsaka stor skada. Svetsning Fogning av borstålet är nödvändigt och det kan röra sig om flera olika material. Vid vanlig stål stål-fogning kan en teknik som svetsning användas och framför allt då punktsvetsning. Svetsning bygger på att man skapar en sammanfogning mellan arbetsstycken med/utan fyllnadsmaterial eller mellan arbetsstycke och fyllnadsmaterial. Detta kan ske genom att energi tillförs antingen genom lokal uppvärmning till minst ämnets smälttemperatur, eller genom att använda plastisk lokal flytning eller genom atomär diffusion. För att erhålla detta finns flera möjliga metoder. Den mest använda metoden för detta inom bilindustrin är resistanspunktsvetsning men även lasersvetsning och ljusbågssvetsning används. Fördelen med lasersvetsning jämfört med ljusbågssvetsning är att värmepåverkan är betydligt mindre vilket är viktig när man vill foga i presshärdat borstål. 23

27 Gasmetallbågssvetsning - MIG/MAG Enligt denna svetsmetod används växel- eller likström för att skapa en ljusbåge mellan arbetsmaterialet och elektroden som är tillsatsmaterialet. Ljusbågen omges av en skyddsgas bestående av koldioxid eller argon och koldioxidatmosfär. Användandet av en kontrollerad atmosfär möjliggör skapandet av en slätare svets med mindre sprut. Genom att kortsluta droppövergången av tillsatsmaterialet skapas en cold metal transfer (CMT) metod, även kallad kortbågesvetsning. Svetsningen med låg svetsström och bågspänning och lämpar sig för svetsning av tunn plåt. Metoden lämpar sig för svetsning i borstål eftersom värmetillförsel är låg jämfört med en konventionell kortbågsprocess. CMT processen sker genom att fyllmaterialet ständigt matas fram och tas bort. Denna pulsade process medför att temperaturen kan hållas nere avsevärt jämfört med traditionell svetsning. Bild 13. Översikt av MIG/MAG svetsmetoden [14]. Induktionssvetsning (högfrekvenssvetsning) Induktionssvetsningen skapar en stumfog som är något tjockare än plåten på ovansidan av svetsen. Tekniken har likheter med motståndssvetsning där förbandet skapas genom resistiv uppvärmning. Uppvärmning genereras genom att en högfrekvent ström induceras i arbetsstycket varpå en efterföljande operation pressar samman fogytorna. Vidare tillåter metoden endast raka svetsar som maximalt är 1 m långa. 24

28 Bild 14. Översikt av svetstekniken induktionssvetsning [14]. Resistansströmsvetsning (RSW) Punktsvetsning Punktsvetsning är en form av motståndssvetsning som bygger på att arbetsmaterialen kläms ihop med två elektroder varpå en ström leds mellan elektroderna. Resistansen för denna ström genererar höga temperaturer i arbetsmaterialet vilket resulterar i att materialen lokalt smälter samman. De huvudsakliga fördelarna med metoden är att den är relativt billig och snabb samtidigt som den skapar en högpresterande fog. Metoden används inom bilindustrin och framförallt för att sammanfoga stål stålkonstruktioner men även aluminium aluminiumkonstruktioner. Dock gör aluminiums materialegenskaper som elektrisk och termisk ledningsförmåga att det blir svårare att sammanfoga. I litteraturen har det rapporterats om sammanfogning av aluminium och stål med punktsvetsning men vid en sådan fogning skapas spröda intermetalliska faser under diffusionsfasen som begränsar fogens hållfasthet. För att kringgå detta kan ett material införas mellan stålet och aluminiumet. Detta mellanliggande material ska då vara mer kompatibelt för att skapa en bra sammanfogning med respektive material. De intermetalliska faserna reduceras då men medför en högre materialkostnad. Dock ska det påpekas att idag finns ingen RSW-teknik för att sammanfoga stål och aluminium. 25

29 Bild 15. Översikt av svetstekniken punktsvetsning [14]. Sömsvetsning Sömsvetsning är en dynamisk variant av punktsvetsning som skapar en överlappsfog som är tjockare än plåten där de stavformiga elektroderna ersatts av rullpar mellan vilka arbetsstycket matas fram under tryck. Elektrodrullarna ligger an mot arbetsstycket under svetsförloppet och metoden tillåter endast raka svetsar som maximalt är 1 m långa. Bild 16. Översikt av svetstekniken sömsvetsning [14]. 26

30 Lasersvetsning Lasersvetsning är en teknik som används för synliga ytor och med vilken man kan göra långa svetsfogar i kurviga former. Metoden går ut på att en fokuserad laserstråle genererar en uppvärmning och smältning av arbetsmaterialet. Egenskaperna hos laserstrålen gör att man inte behöver vara i direkt anslutning till arbetsstycket vid svetsningen. Det finns två typer av lasersvetsning, värmeledningssvetsning och nyckelhålssvetsning. Vid värmeledningssvetsning värmer en punktformig laserkälla arbetsmaterialet genom att den punktformiga strålen rör sig över arbetsstycket. Detta medför att en halvcirkelformad smälta bildas där strålen träffar ytan. Vid nyckelhålssvetsning fokuseras istället strålen. När materialet värms upp sker en förångning varvid en kavitet bildas som går djupt ner i materialet, enligt Bild 17. Med denna svetsmetod bildas ett hålrum och för att skapa en acceptabel fog måste man i vissa falla fylla fogen med tillsatsmedel för att få en fullgod fyllning. En variant av detta är laserhybridsvetsning som kombinerar lasersvetsningen med konventionell MIG/MAG-svetsning, vilket har fördelen att fylla igen fogspalten. Bild 17. Närbild på hur uppvärmningen vid lasersvetsning sker [14]. Bild 18. Översikt av svetsmetoden lasersvetsning [14]. 27

31 Friktionssvetsning Friktionssvetsning är en metod som ger en fullständig uppsmältning mellan fogytorna. Det åstadkoms genom att de delar som ska sammanfogas roterar/gnids mot varandra under högt tryck. När rätt svetstemperatur uppnåtts stoppas rotationen men trycket bibehålls tills sammansvetsningen är färdig. En utveckling av tekniken har skett till friktionspunktsvetsning som utnyttjar ett verktyg som penetrerar sig ner i plåten varpå friktionen gör materialet formbart. Med denna teknik är det möjligt att foga samma stål och aluminium där nyckeln till att lyckas skapa en fog mellan de två materialen ligger i att inte smälta materialen. Istället resulterar den genererade friktionsvärmen i att göra materialen mjuka och smidbara. Denna teknik har lägre temperaturer och minimerar således även bildandet av intermetalliska faser. Information från 2005 rapporterar om att Mazda använder sig av denna teknik för att foga samman vissa aluminiumdetaljer till stålramen. Mekaniska förband Som nämnts tidigare är det relativt svårt att använda sig av svetsning för att sammanfoga stål och aluminium. Orsakerna till det är givna av materialens egenskaper där aluminium har hög termisk värmeledningsförmåga, låg smältpunkt och ett naturligt oxidlager, vilket gör svetsningen väldigt svår och komplex. Dessutom har stål och aluminium relativt skilda smältpunkter. Det finns dock en önskan inom bilindustrin att finna nya fogningstekniker som lämpar sig för fogning av de två materialen. Metoder, som studerats tidigare är mekanisk stuknitning, friktionssvetsning och stansnitning. För mekanisk stuknitning skapas en lokal fog med hjälp av en stans och dess dyna, vilket gör metoden billig men fogens styrka är relativt låg. Friktionspunktsvetsning är en relativt ny metod som utnyttjar friktionsvärmen för att skapa en fog. Dessvärre är hastigheten för att skapa flera svetspunkter för låg. Mekanisk fogning innefattar en grupp av metoder som är vanligt förekommande inom industrin. De vanligaste teknikerna är användandet av skruvförband, nitning eller bockning/stansnitning. Fördelen med dessa tekniker är att materialen inte påverkas termiskt av fogningen och att olika typer av materialen kan fogas samman. Dessvärre är åtkomligheten den huvudsakliga nackdelen vad gäller dessa tekniker. Inom området nitning finns ett antal olika tekniker utvecklade beroende på materialens egenskaper och här följer en kort redogörelse för olika teknikerna. 28

32 Bild 19. Exempel på olika typer av mekaniska fogar inkluderat nitar, stansnitar, stuknitning samt skruvförband. Stansnitning (Self Piercing Rivet - SPR) Stansnitning är en nitmetod som skapar en fog utan att man behöver borra hål i arbetsstycket. Fogningshastigheten är lika hög som vid punktsvetsning. Fördelen med metoden är att en högkvalitativ fog snabbt kan skapas. En härdad cylindrisk nit pressas genom det material som ska sammanfogas. Således kommer arbetsmaterialet och niten att deformeras när stansningen sker. Niten deformeras koniskt och skapar en låsning. Denna metod kan sammanfoga aluminium med aluminium, stål med stål samt stål med aluminium. Dock används inte metoden idag för sammanfogning av UHSstål eftersom de nitar som finns på marknaden idag inte kan penetrera så hårda material. Detta är ett område att arbeta vidare inom. Nitens geometri och hårdhet bör utvecklas för att erhålla en nit som håller för det hårdare materialet. Nackdelen med metoden är att det krävs relativt höga krafter för att skapa förbandet. Typiska värden är i intervallet kn och för att hantera dessa höga krafter krävs tunga ramverk, vilket i sig begränsar metodens åtkomstmöjlighet. Bild 20. Tvärsnitt av en stansnit [11]. 29