LättUHS Rapport 15. Fallstudier för utvärdering av tillväxt i LättUHS. Arne Melander, Swerea KIMAB

Transkript

1 LättUHS Rapport 15 Fallstudier för utvärdering av tillväxt i LättUHS Arne Melander, Swerea KIMAB arne.melander@swerea.se

2 Fallstudier för utvärdering av tillväxt i LättUHS Author: Arne Melander LättUHS Report No.15 :KIMAB , KIMAB Project No.: , Date: , Status: Open after Abstract I VINNOVA-projektet Lättviktprodukter i ultrahöghållfast stål - LättUHS har fyra konceptfall för UHS-lösningar analyserats. De har tillämpningar i personbils-, nyttofordons- och lastfordonsindustrin. De har använts för att definiera forsknings-uppgifter som tar fram nyckelinformation som behövs för att realisera dessa och liknande UHSlösningar. I denna rapport har ekonomiska förutsättningar, miljöpåverkan och sysselsättningseffekter studerats översiktligt med utgångspunkt från de fyra konceptfallen. De fyra konceptfallen kan som direkt effekt Ge produktion i Sverige med omsättning 70MSEK per år Ge sysselsättning för 70 heltidsarbetande. Ge minskade CO 2 utsläpp på ton per år. Minskad årlig resursförbrukning stål på 2.100ton Till en VINNOVA-kostnad på 7MSEK. Därtill kommer indirekta effekter genom tillämpning av UHSS i andra industriella produkter Corrosion and Metals Research Institute Drottning Kristinas väg 48, SE Stockholm, Sweden Tel. +46 (0) Fax +46 (0) info@kimab.com

3 Table of Contents Inledning... 5 Tröskelbalksstruktur personbil (SP)... 6 Längsgående golvbalk till lastbil (LG)... 9 Spännbleck till lasthållare (PSB) Fäste till servicebil (SF) Diskussion Slutsatser Appendix. Grunddata

4 Inledning I VINNOVA-projektet Lättviktsprodukter i ultrahöghållfasta stål, LättUHS, har inledningsvis ett antal målobjekt identiferats. Målobjekten är exempel på produkter där ultrahöghållfasta stål (UHSS) använts. De nya lösningarna ska enligt projektets mål leda till en ökad vikteffektivitet med minst 30%. Det mått på vikteffektivitet som studerats i de flesta fallen är vikt hos produkten med bivillkoret att oförändrade funktionsegenskaperna erhålls. Baserat på konceptstudier för målobjekten har generiska frågeställningar identifierats som måste lösas för att UHSS-lösningarna ska kunna implementeras industriellt. Detta berör utveckling av formnings-, fognings-, dimensionerings- och reparationsteknik. Denna rapport syftar till att belysa hur ekonomi hos företag och slutkunder, belastning på miljön och sysselsättning påverkas om de aktuella målobjekten kommer i produktion. Fyra målobjekt tas upp i rapporten nämligen Tröskelbalkstruktur personbil(sp) Golvbalk lastbilshytt (LG) Spännbleck till lasthållare personbil (PSB) Fäste sevicebil (SF)

5 Tröskelbalksstruktur personbil (SP) Bakgrund Tröskelbalksstrukturen i en personbil består idag av tre delar, en inner, ett förstärkningsband och en ytterdetalj. Idag tillverkas detaljerna i förzinkad DP600 i 2.0 mm, 0.9 mm respektive 2.0 mm tjocklek. Konventionell plåtpressning utnyttjas där detaljerna tillverkas i linjeverktyg som går i en 120" press, höger och vänster i samma verktygssats, med 4 stycken verktyg. Detaljerna är fogade genom punktsvetsning. I det nu aktuella konceptfallet ersätts tröskel ytter av en rullformad profil i UHSS. Detaljen är tillverkad i DPX1000 och har tjocklek 1.5 mm. Detaljerna rullformas, kapas och ändbearbetas. Den ursprungliga lösningen väger 14 kg (dvs. två detaljer per bil). Konceptlösningen baserad på rullformade detaljer väger 10.5 kg. Det innebär en viktreduktion med 25 % för tröskel ytter. Dagens sidobalkstruktur i DP600 Nytt förslag på rullformad sidobalkstruktur Vad är vikteffektivitet i detta fall För en personbil har karossvikten en betydande inverkan på bränsleekonomi och på avgasemissioner. Fordonsindustrin har överenskommit med EU reduktioner i C0 2 utsläpp per kilometer på nya fordon. Det innebär att 2012 ska utsläppen ligga under 120g/km. En Volvo

6 XC90 har idag utsläpp på 217g/km (D5 AWD). Vikteffektivitet i det aktuella fallet innebär oförändrad funktion till lägre vikt. Nya ideer och lösningar som tagits fram i LättUHS i detta fall I LättUHS har ett nytt koncept tagits fram där sidobalkstrukturen bygger på rullformade profiler. Genom använda rullformning som produktionsmetod medges ett mer höghållfast material med möjlighet till viktsbesparing jämfört med konventionell pressteknik. Eftersom sidobalkarna är relativt raka är detta ett lämpligt fall att utnyttja konventionell rullformning. Inom LättUHS har teknik utvecklats att lägga in hål och stansmuttrar i plåten som ett integrerat försteg till rullformningen. Klippning av de rullformade detaljerna sker även integrerat i rullformningslinjen. För att erhålla geometrier i profilernas ändar som passar till fordonets anknytande struktur görs en efterföljande pressnings- och stansningsoperation. Vad betyder LättUHS för produktägaren i detta fall LättUHS SP konceptet bedöms som en intressant lösning att förbättra bränsleekonomin. Lösningen förbättrar dessutom förutsättningarna att uppfylla de CO 2 utsläppsmål som överenskommits med EU. Införandet av den nu aktuella konceptlösningen innebär att CO 2 utsläppen minskar med 0.35g/km. Hög bränsleförbrukning är ett problem speciellt för premiumbilar beroende på deras höga totalvikt. Det nya konceptet har därmed potential att ge fördelar jämfört med dagens stålkonstruktion. Potential på Marknaden. Vid ett scenario där en övergång till en rullformad tröskel medges för samtliga bilmodeller inom VCC, dvs ca fordon per år, ersätts det nuvarande stålbehovet av 6255 ton per år till 4725 ton och år. Reduktionen är 1530 ton. Redan idag återfinns flera olika applikationer på befintliga bilmodeller såsom; Load Floors, Glass Chanels, Window Guides, Seat & Back Frame Components, Front and Dash panels, Drip rails, Door Tracks, Seal Retainers and Winshield headers för att nämna några. Potential för Bränslebesparing. En årsvolym av VCC produktion ( bilar) får en reducerad bränsleförbrukning på cirka 920 m 3 bränsle per år. Det bygger på antagandet att varje fordon kör 1500mil per år och att bränsleförbrukningen är liter diesel per kg*mil. Detta motsvarar ett värde på 11 miljoner SEK per år för kund. Motsvarande reduktion i CO 2 utsläpp är 2400 ton (antagen faktor 2.6 kg CO 2 utsläpp per 1liter diesel bränsle). Om årsproduktionen av fordonet antas brukas under 10 år är den totala reduktionen av CO 2 utsläpp från bränsleförbrukning ton. För varje enskilt fordon innebär SP en ökad produktkostnad på cirka 0 SEK. I praktiken finns möjlighet att sänka produktkostnaden genom en högre grad av materialyttnyttjande samt billigare verktyg jämfört med dagens lösning. Den nya lösningen ger en minskad bränslekostnad på 25 SEK per år. Merkostnaden för SP är därmed intjänad på 0 år för fordonsägaren under förutsättning att produktägaren inte tar ut prisökning utöver kostnadsökningen.

7 Potential för Produktion i Sverige Tillväxt och sysselsättning. SP en består av rullformade profiler med efterbearbetning. Internationellt framstående tillverkare av sådana komponenter finns i Sverige, tex. Bendiro. De kan även ta ett fullt produktansvar för leverans till Karossfabrik hos fordonstillverkare. Goda förutsättningar finns därför att SP lösningen tillverkas i Sverige. Tillverkningskostnad motsvarande SP till fordon per år är cirka 50MSEK. Denna tillverkning förväntas ske hos underleverantör till produktägaren där det är ny produktionsvolym. Det motsvarar alltså volymtillväxt hos denne underleverantör. Sysselsättningseffekten av denna merproduktion kan uppskattas till 50 manår hos underleverantören. Hur troligt är det att SP kommer i produktion? Viktbesparing har ett relativt högt värde för tyngre premiumpersonbilar. Detta talar för innovativa lättviktslösningar som SP. Genom att produktionsmetoden är kostnadseffektiv för storserieproduktion är lösningen ekonomiskt attraktiv. Vidare medger en rullformad applikation en mycket god materialutnyttjandegrad, jämfört med konventionell pressning, vilket bidrar till en bättre ekonomi för produkten genom ett mindre skrotavfall. Den potentiella besparingen är här stor med dagens ökade stålpriser. För denna applikation beräknas materialyttnyttjandet vara ca. 90% jämfört med ca. 60% för dagens pressade lösning. Det finns emellertid ett antal tekniska problem som måste lösas innan beslut tas om införande av SP lösningen. Detta rör kapabilitet i toleranser samt krock och utmattningsegenskaper hos den nya sidostrukturlösningen. Bedömningen är att lösningen har goda förutsättningar komma in i framtida fordon. De största utmaningarna, för införande, återfinns dock i den begränsade geometri som en rullformad applikation idag kan möta. Denna begränsning ställer, för implementering på kaross, i flera fall större krav på de omkringliggande delsystemen i form av avancerade lösningar map fogning, sammansättningssekvenser och geometrier. Detta gäller speciellt om man försöker ersätta en redan konventionellt pressad applikation med en rullformad i en befintlig bilmodell. Därför är det mycket viktigt att man redan i tidiga skede, dvs. nya karosskoncept, tar hänsyn till rullformningens styrkor respektive svagheter för att fullt växla ut fördelarna och möjliggöra för flera applikationer. Vilka färdigheter har LättUHS-plattformen erhållit genom arbetet med detta fall Plattformen har fått ökad kunskap och erfarenhet av konstruktion och tillverkning av balkkonstruktioner för upptagning av utmattnings- och krocklaster. Kunskap har tagits fram om hur en komplicerad detalj i ett fordon kan tillverkas med rullformning och tillhörande för och efterbearbetningsoperationer. En nära samverkan mellan personal vid industri och institut har lett till att situationer kunnat utredas som ligger nära de fall som erhålls i praktiska applikationer men som är svåra att efterlikna i ren laboratorieprovning. Beredskapen att hitta lösningar där rullformning är en nyckeltillverkningsteknik har höjts väsentligt.

8 Längsgående golvbalk till lastbil (LG) Bakgrund Scania lastbilar har idag en hyttkonstruktion som baseras på kolstål med hållfasthet upp till 260MPa. De längsgående golvbalkarna har idag tjockleken 2.0mm i stålet Rephos 220 (H220PD). Vikten på varje balk är 7.2 kg. I LättUHS har en ersättare till denna konstruktion tagits fram baserad på en rullformad profil i stålet DPX1000. Plåttjockleken är 1.25mm. Den nya balken väger 4.5 kg. Det innebär en viktbesparing på 38%. Längsgående golvbalk Scania hytt Golvbalk demonstrator från LättUHS Vad är vikteffektivitet i detta fall För en lastbil utgör hyttens golvbalkar en liten del av den totala vikten men har trots det en väsentlig inverkan på avgasemissionen genom att lastbilen har en hög körsträcka. Genom att fordonen går långa sträckor per år blir kostnadsbesparingen i bränsleförbrukning dessutom väsentlig. Lägre vikt kan också utnyttjas till högre nyttolast för de fordon som är begränsade av vikt, vilket leder till lägre avgasemissioner och lägre bränsleförbrukning räknat per tonkm. Dessutom leder detta till färre fordon på vägarna. Lägre bränsleförbrukning och högre nyttolast är också viktiga för slutkunden, bränslet är en av de största kostnadsposterna för en brukare av fordonet. Viktreduktion i vissa delar av fordonet kan dessutom ha en stor påverkan på fordonets funktion, detta gäller speciellt korta dragbilar som tenderar att bli framtunga vid körning utan trailer. En viktreduktion som skjuter tyngdpunkten bakåt/nedåt på fordonet är av betydande funktionellt värde. Oförändrade krock och utmattningsegenskaper men lägre vikt eftersträvas därför för golvbalken. Nya ideer och lösningar som tagits fram i LättUHS i detta fall I LättUHS har en ny lösning för golvbalken tagits fram som bygger på rullformning av UHSS. Golvbalken är relativt rak varför den lämpar sig för rullformning. I LättUHS har teknik tagits fram för håltagning och mutterstansning i en förstation till rullformning. Kapning av den rullformade profilen sker integrerat i rullformningslinjen. Golvbalken har ett antal gemensamma ytor med övrig golvstruktur via sk jogglingar i profilens fläns. Jogglingarna uppnås via efterföljande formningsoperationer. Golvbalken punktsvetsas till övriga plåtdetaljer i golvet.

9 Vad betyder LättUHS för produktägaren i detta fall LättUHS konceptet bedöms som en intressant lösning att ytterligare höja konkurrenskraften hos Scanias lastbilar. Det har därmed potential att ge Scania fördelar jämfört med dagens HSS konstruktion. Scania har därför gjort bedömningen att fallet drivs vidare till en demonstrator. Potential på Marknaden. Den nya golvbalken kan ersätta dagens konstruktion på Scania s G-och R-hytter, och kan möjligen utvecklas för att täcka även P-hytter. Totalt betyder det cirka st hytter per år vid en möjlig introduktionstidpunkt. Det motsvarar att dagens 1508 ton i form av en HSS konstruktion ersätts med 930 ton UHSS konstruktion. Tekniken som används i golvbalken bedöms ha stor potential för ett flertal artiklar i nya produkter, där anpassningar kan göras vid nykonstruktion. Potential för Bränslebesparing. Om Scania s hela årsproduktion av lastbilar utrustas med den nya golvbalken innebär det en reducerad bränsleförbrukning på 1350 m 3 bränsle per år. Detta bygger på antagandet att fordonen går i fjärrtrafik och kör mil per år samt att en lastbil som är lastad till 30 ton drar 3lit diesel per mil. Bränsleförbrukningen antas vara linjär i vikt och i körsträcka. Besparingen i bränsleförbrukning blir då liter diesel per inbesparat kg*mil. Det motsvarar ett värde på 16 MSEK (dieselpris 12 kr/liter) per år för kund. Motsvarande reduktion i CO 2 utsläpp är 3510 ton, under antagande om 2.6 kg CO 2 per liter diesel.. Golvbalken leder till en minskad produktkostnad på 5-10% per artikel. Golvbalken leder till en minskad bränslekostnad på cirka 165 SEK per år. Eftersom produktionskostnaden sjunker, blir det en Win-Win-situation, där både Scania och kunden tjänar på lösningen. Potential för Produktion i Sverige tillväxt och sysselsättning. Golvbalken består av rullformade och efterformade profiler samt fästelement. Internationellt framstående tillverkare av sådana komponenter finns i Sverige, tex Bendiro. Dessa företag har produktion i Sverige. De kan även kan ta ett fullt produktansvar för leverans till Scania s monteringsfabriker av golvbalkarna. Sammanlagd tillverkningskostnad för golvbalkar uppskattas till ca 20 MSEK vilket utgör tillväxt hos underleverantören. Sysselsättningseffekten av denna merproduktion kan uppskattas till 20 manår hos underleverantören. Hur troligt är det att golvbalken kommer i produktion? Sänkt vikt är ett strategiskt viktigt mål för Scania, och motiveras både med högre nyttolast, lägre bränsleförbrukning, lägre miljöpåverkan (CO 2 -utsläpp och använt material) och till viss del lägre tyngdpunkt. Lägre bränsleförbrukning och högre nyttolast har också stort värde för slutkunden. Det betyder att UHSS-lösningen kan motiveras både ur bränsle/miljösynpunkt, kommersiell synpunkt och ur funktionssynpunkt. Detta gör att lösningen har bättre förutsättningar att införas än om enbart bränsle/miljöaspekten hade funnits. Inget beslut finns idag att införa UHSS-lösningen.

10 Vilka färdigheter har LättUHS-plattformen erhållit genom arbetet med detta fall Plattformen har fått ökad kunskap och erfarenhet av tillverkning, konstruktion och dimensionering av balkkonstruktioner baserade på rullformade profiler i UHSS. Kunskap har också tagits fram om hur håltagning och mutterstansning kan utföras före rullformning och hur joggling och prägling kan utföras efter rullformning. En nära samverkan mellan personal vid industri och institut har lett till att situationer kunnat utredas som ligger nära de fall som erhålls i praktiska applikationer men som är svåra att efterlikna i ren laboratorieprovning. Beredskapen att lösa produktions och konstruktionsproblem för UHSS balkar i fordon har ökat väsentligt.

11 Spännbleck till lasthållare (PSB) Bakgrund Thule tillverkar idag lasthållare där spännfunktionen är realiserad med en konstruktion i stålplåt i hållfasthet 600MPa med 1.5mm tjocklek. Spännblecket är tillverkat med konventionell pressning. Nya krav ställs från år 2006 på lastupptagande förmåga i krocksituationer för tillbehör till bilar genom de sk. City Crash kraven ( ISO 11154:2006/DIN 75302). Thule har tagit fram ett nytt konstruktionskoncept som uppfyller de nya kraven. I den nya konstruktionen används stål för spännblecket med en hållfasthet 1400MPa i tjocklek 1.0mm. Olika lösningar för tillverkning av spännblecket diskuteras. Spännblecket måste finnas i ett stort antal geometrivarianter eftersom det direkt ansluter till aktuell bils takgeometri. Detta ställer speciella krav på flexibilitet i produktionsprocessen. Spännfunktionen med den nya konstruktionslösningen motsvarar en viktbesparing på 33%. Den nya konstruktionen ska klara en retardation på 8G. Detta motsvarar en maxkraft på 5kN per fästpunkt. Nytt Koncept Lasthållare Detalj nytt Spännbleck Vad är vikteffektivitet i detta fall Problemställningen i detta fall är i första hand att öka prestanda hos konstruktionen med utgångspunkt från nya myndighetskrav, City Crach. Detta har lösts genom ny konstruktion och utnyttjande av UHSS i hög hållfasthetsklass, 1400MPa. Lasthållaren utgör när den sitter på bilen en del av fordonets vikt och bör därför minimeras för att hålla nere bränsleförbrukning. Det nya spännblecket väger 0.13 kg vilket ska jämföras med vikten i dagens konstruktion på 0.20 kg. Varje bil utrustas med fyra lasthållarfästen så total viktminskning per bil är 0.3 kg. Lasthållaren är en exteriör detalj som är exponerad för fartvinden. Det är därför viktigt att den har så litet tvärsnitt som möjligt. Nya ideer och lösningar som tagits fram i LättUHS i detta fall För att hantera den breda variantfloran för spännblecket sker tillverkningen som två delkomponenter; en övre del som är gemensam för alla varianter som innehåller

12 spännfunktionen mot bågen. Denna del antas tillverkas med rullformning. Den nedre delen av spännblecket som har individuell anslutande geometri till varje bilmodell och läge på fästpunkt tillverkas också med rullformning alternativt med konventionell pressning. Tillverkningsalternativet rullformning är troligen att föredra eftersom det är lättare med den tekniken att kompensera för återfjädring än vid konventionell pressning. Nackdelen med rullformning är att den tekniken främst är lämpad för stora serier och den nedre delen av spännblecket kommer att tillverkas i relativt små serier. De två delarna sammanfogas med limning, vilket har studerats i LättUHS, och/eller med alternativa fogningsmetoder som punktsvets, stuk- eller stansnit. I LättUHS har hållfastheten hos det limmade spännblecket utvärderats i funktionsprov. Resultatet är att fogning med enbart limning inte gav fullgod hållfasthet. En maximal last på 2.8kN per fäste har uppnåtts vilket ska jämföras med citycrash kravet på 5kN. Därför bör andra metoder som punktsvets, sömsvets, lasersvets eller stansnitning tillämpas eventuellt kombinerat med limning. Ett preliminärt försök visar att kombinationsfogning kan de ungefär dubbla maxlasten mot de resultat som erhölls från det limmade fästet. Det tyder alltså på att City Crash kraven kan uppfyllas efter ytterligare utvecklingsarbete. Vad betyder LättUHS för produktägaren i detta fall LättUHS konceptet bedöms som en intressant lösning att uppfylla City Crash kraven för lastbågar. Demonstrator är framtagen på labskala och provad. Arbete återstår att identifiera lämplig kombination av formnings- och fogningsteknik för industriell produktion. Potential på Marknaden. Den nya lasthållaren kan ersätta dagens konstruktion på Thule s alla lasthållare vilket betyder cirka hållare per år med spännbleck. Det motsvarar att dagens 80 ton spännbleck i form av en EHSS konstruktion ersätts med 53 ton UHSS konstruktion Potential för Bränslebesparing. Om Thule s hela årsproduktion av lasthållare utrustas med det nya spännblecket innebär det en reducerad bränsleförbrukning på 16 m 3 bränsle per år. Detta bygger på antagandet att fordonen kör 1.500mil per år och drar 0.4 lit diesel per mil om fordonet väger 1000kg. Bränsleförbrukningen antas vara linjär i vikt och i körsträcka. Besparingen i bränsleförbrukning blir då liter diesel per inbesparat kg*mil. Det motsvarar ett värde på 0.2 MSEK per år för kund. Motsvarande reduktion i CO 2 utsläpp är 40 ton. Om lasthållarna används under 10år på varje bil blir den totala reduktionen CO 2 utsläpp 400 ton. Det nya spännblecket leder till oförändrad produktkostnad. Materialkostnaden är oförändrad genom att mindre vikt (33%) används av ett något dyrare material. Tillverkningskostnaden där konventionell pressning ersätts av rullformning plus fogning bedöms vara på samma nivå.. Lasthållaren leder till en minskad bränslekostnad på cirka 2SEK per kund och år. Den nya lösningen innebär därmed en ren besparing för slutkund (intjänandetid = noll) under förutsättning att priset till kund är oförändrat. Potential för Produktion i Sverige tillväxt och sysselsättning. Spännblecket består av rullformade komponenter som sammanfogas. Internationellt framstående tillverkare av sådana komponenter finns i Sverige, tex Bendiro. Dessa företag har produktion i Sverige. De kan även kan ta ett fullt produktansvar för leverans till Thule s monteringsfabriker.

13 Sammanlagd tillverkningskostnad för lasthållarbleck uppskattas till 0.7 MSEK vilket utgör tillväxt hos underleverantören. Sysselsättningseffekten av denna merproduktion kan uppskattas till 0.7 manår hos underleverantören. Hur troligt är det att lasthållaren kommer i produktion? lasthållaren ger viktbesparing och kan troligen uppfylla de nya City Crash kraven. Det betyder att UHSS-lösningen kan motiveras både ur bränsle/miljösynpunkt och ur funktionssynpunkt. Inget beslut finns idag att införa UHSS-lösningen. Vilka färdigheter har LättUHS-plattformen erhållit genom arbetet med detta fall Plattformen har fått ökad kunskap och erfarenhet av tillverkning, konstruktion och dimensionering av konstruktioner baserade på rullformade profiler i UHSS. Kunskap har också byggts upp om sammanfogning av rullformade profiler.en nära samverkan mellan personal vid industri och institut har lett till att situationer kunnat utredas som ligger nära de fall som erhålls i praktiska applikationer men som är svåra att efterlikna i ren laboratorieprovning. Beredskapen att lösa produktions och konstruktionsproblem för UHSS balkar i fordon har ökat väsentligt. På detta sätt har plattformen fått ökad förmåga. Åtskilliga frågor återstår dock att hantera innan rullformade detaljer kan industrialiseras brett för denna typ av applikationer. Det gäller att hitta flexibla och billiga verktygslösningar för rullformning av varianter i relativt små serier. Det gäller även val av fogningsteknik för UHSS när mycket höga krav ställs på krockhållfasthet. Här behövs fortsatta insatser.

14 Fäste till servicebil (SF) Bakgrund Modul-System tillverkar idag inredningar till servicebilar där infästningen till karossen är realiserad med ett vinkelfäste som är fastskruvat i en ramstruktur i bilen. Fästet är pressat i stålplåt Domex 420 i hållfasthet 500 MPa med 3.3 mm tjocklek. Eftersom fästet har låg förmåga att ta upp deformation kan det ta upp relativt liten deformationsenergi innan inredningen släpper från karossen. Nya krav ställs nu på energiupptagande förmåga så att inredningen inte släpper från karossen under krocksituationer. Kravet är att fästet ska kunna ta upp 7.5kN under en förskjutning på 100mm. Modul-System har tagit fram ett nytt konstruktionskoncept som uppfyller de nya kraven. I den nya konstruktionen användes stål med en hållfasthet 1200 MPa i tjocklek 1.5mm, vilket efter provning reducerades till 1,5 mm stål med hållfasthet 600 MPa (brottgräns på LDX 2201). Det nya fästet väger 0.25 kg vilket är ungefär samma vikt som den ursprungliga konstruktionen. Den nya konstruktionen utnyttjar en längre och tunnare plåt och dessutom eventuellt ett fästelement. Den nya konstruktionen uppfyller dock nya krockkrav vilket inte det ursprungliga gjorde. Energiupptagningen är uppskattningsvis tio gånger högre. Dagens fäste

15 Nytt Koncept Fäste Fäste under krock Vad är vikteffektivitet i detta fall Problemställningen i detta fall är i första hand att öka prestanda hos konstruktionen med utgångspunkt från nya krav. Detta har lösts genom ny konstruktion och utnyttjande av UHSS i hög hållfasthetsklass, 1200 MPa eller 600 MPa. Fästet utgör när den sitter i bilen en del av fordonets vikt och bör därför minimeras för att hålla nere bränsleförbrukning. Det nya fästet har ungefär samma vikt som det ursprungliga. Varje bil utrustas med 20 fästen så total vikt per bil är 5 kg. Lasthållaren sitter mellan ramstruktur i karossen och inredningen så den bör ha så liten utsträckning som möjligt för att möjliggöra så mycket utrustning i servicebilen. Nya ideer och lösningar som tagits fram i LättUHS i detta fall Ett antal olika konstruktionsideer har provats inom LättUHS för utformningen av det energiupptagande fästelementet. De bygger på utformningar där elementet dras ut under last. Energiupptagningen kan ske genom att bockar rätas ut, plåtelement dras ut och genom att skruvar dras ut ur hål i plåtarna. Genom att använda UHSS erhålls högre krafter och därmed högre energiupptagning under deformationen. En begränsning har visar sig vara restduktiliteten i bockar genom att materialet i bockarna spruckit under deformationen. Den mest lovande varianten är baserad på fyra bockar och en skruv som går genom fyra hopvikta plåtar. Kraven på förlängning och lastupptagning nåddes inte fullt ut vid en provning, maxlasten är hittills 5 kn och förlängningen 56 mm. Framställningen av denna vinkel i LDX 2101 utfördes dock med samma verktyg som använts för annan plåt, varför bockningsradierna var för små för LDX. Teoretiskt kan en lösning med rätt bockningsvinklar ge en energiupptagning över 700Nm uppnåtts vilket är nära de uppställda kraven. Vad betyder LättUHS för produktägaren i detta fall LättUHS konceptet bedöms som en intressant lösning för det energiupptagande fästelementet. Demonstrator är framtagen och testad både virtuellt i dator och i labskala. Arbete återstår att identifiera lämplig kombination av formnings- och fogningsteknik för industriell produktion. Potential på Marknaden. Den nya lasthållaren kan ersätta dagens konstruktion på Modul Systems alla inredningar vilket betyder cirka st per år. Det motsvarar att dagens 50 ton spännbleck i form av en EHSS konstruktion ersätts med 50 ton UHSS konstruktion Potential för Bränslebesparing och effekter på kostnad. Eftersom vikten på den nya lösningen är densamma som på dagens lösning erhålls ingen effekt på bränsleförbrukning eller på CO2 utsläpp. Det nya spännblecket leder till något ökad materialkostnad genom att UHSS är något dyrare än EHSS. Ökningen kan vara 20%. Tillverkningen kan ske via kantbockning eller rullformning. En punktsvets eller skruv ska tillföras. Eftersom begränsade serier ska tillverkas är troligen kantbockning mest lämpat. Den nya utformningen är mer komplicerad än den gamla och ger därför en något högre tillverkningskostnad. Ökningen uppskattas ligga inom 20%.

16 Potential för Produktion i Sverige tillväxt och sysselsättning. Fästet består av bockade komponenter som sammanfogas. Tillverkare av sådana komponenter finns i Sverige. Dessa företag har produktion i Sverige. De kan även kan ta ett fullt produktansvar för leverans till Modul System s monteringsfabriker. Sammanlagd tillverkningskostnad för fästen uppskattas till 0.7 MSEK vilket utgör tillväxt hos underleverantören. Detta under förutsättning att den slutliga lösningen är kolstål UHSS. Sysselsättningseffekten av denna merproduktion kan uppskattas till 0.7 manår hos underleverantören. Hur troligt är det att fästet kommer i produktion? Fästet uppfyller krav på energiupptagning. Det betyder att UHSS-lösningen kan motiveras ur funktionssynpunkt. Priset blir upp till 40% högre än för dagens lösning. Inget beslut finns idag att införa UHSS-lösningen. Vilka färdigheter har LättUHS-plattformen erhållit genom arbetet med detta fall Plattformen har fått ökad kunskap och erfarenhet av tillverkning, konstruktion och dimensionering av konstruktioner baserade på UHSS. En nära samverkan mellan personal vid industri och institut har lett till att situationer kunnat utredas som ligger nära de fall som erhålls i praktiska applikationer. Beredskapen att lösa produktions och konstruktionsproblem för UHSS har ökat väsentligt. På detta sätt har plattformen fått ökad förmåga. Åtskilliga frågor återstår dock att hantera innan UHSS detaljer kan industrialiseras brett för denna typ av applikationer. Det gäller att hitta flexibla och billiga verktygslösningar för varianter i relativt små serier. Det gäller även val av fogningsteknik för UHSS. Här behövs fortsatta insatser. Modul-System anser att LättUHS förutom att ha betydelse för utveckling av det nu aktuella fästet faktiskt haft ännu större betydelse genom att projektet skapat förståelse för de möjligheter ultrahöghållfasta stål ger. Det har lett till att ett större utvecklingsprojekt dragits igång för modernisering av hela Modul-System s hyllsystem där ultrahöghållfasta stål kommer att spela en central roll. Genom innovativa lösningar baserade på UHSS räknar man dessutom med att produktionen fortsätt kan förläggas i Sverige.

17 Diskussion Nyckeldata för de fyra målobjekten visas i tabellen SP Tröskelbalk LG Golvbalk SF Servicebil PSB Lasthållare Viktbesparing kg per fordon Viktbesparing % Reduktion stålförbrukning per år, ton Årlig reduktion bränsleförbrukning från drift av fordon för en årsproduktion, m3 Årlig reduktion CO utsläpp från drift av fordon för en årsproduktion, ton Intjänandetid för kund år Tillverkningskostnad för årsproduktion MSEK Årstonnage (ton) Sysselsättningspotential (manår) I LättUHS sätter VINNOVA in 7MSEK i forskningsbidrag. De fyra målobjekten ger en möjlig produktionsvolym i Sverige på ca 70MSEK per år. Om produkterna antas produceras under fem år ger detta en utdelning av statliga forskningsanslag till industriell produktionsvolym på 1:50. Det motsvarar en direkt sysselsättning av ca 70 personer årligen. Till detta kommer indirekt sysselsättning i stöd- och underhållsfunktioner på uppskattningsvis ytterligare 70 personer. De uppskattningar som gjorts i denna rapport är direkt kopplade till de fyra målobjekten. Utvecklingen av en forskningsplattform och framtagningen av omfattande generisk information bör bereda vägen för fler lättviktprodukter i UHSS. Inom svensk industri kan denna potential vara 2-5 gånger de produktionsvolymer som diskuterats i denna rapport. Till detta kommer en mycket större potential i internationell fordonsindustri.

18 Slutsatser Effekten av den UHSS-teknik som utvecklats i VINNOVA-projektet LättUHS har belysts i denna rapport genom fyra fallstudier för personbilar, nyttofordon och lastfordon. Följande slutsatser kunde dras: Tre av de fyra konceptfallen som är inriktade mot viktminskning med hjälp av UHSSlösningar resulterade i viktminskningar mellan 25 och 38%. Det fjärde konceptfallet gav tiofaldig energiupptagning till samma vikt. Om de aktuella UHSS-lösningarna införs i produktion reduceras stålförbrukningen med 2100 ton per år. Om UHSS-lösningarna införs i produktion leder det till minskade CO 2 -utsläpp i drift av fordonen på ton per år för en årsproduktion av dessa fordon. För slutkunden leder den minskade vikten till minskad bränslekostnad. Ingen ökad komponentkostnad förväntas i tre av fyra konceptfall. I själva verket finns potential att minska kostnad genom UHSS-lösningarna. Om de fyra fallen går i produktion i Sverige leder det till en produktionsvolym på ca 70MSEK per år. Detta kan jämföras med den summa på 7MSEK som VINNOVA satt in i LättUHS-projektet. Om produkterna lever i 5 år så är relationen mellan statlig FoU-kostnad och produktionskostnad 1:50. Sysselsättningseffekten av de fyra konceptprodukterna bedöms bli ca 70 heltidsarbeten per år. UHSS-tekniken bygger på kända teknologier. Det gör att hindren för införande är små. Lättviktslösningarna med UHSS har dessutom potential att bli billigare än befintliga lösningar. Detta beror på låg tillverkningskostnad och högt materialutnyttjande i rullformning och kantbockning som är genomgående formningstekniker i detta projekt. UHSS-tekniken är därmed unik genom att den kan erbjuda lägre vikt till lägre kostnad.

19 Appendix. Grunddata. Ett antal grundförutsättningar för de analyser som gjorts i rapporten är listade nedan eftersom deras pris kan variera i tiden. Tillgångsslag Kilopris varmförzinkad stålplåt 1000MPa Kilopris obelagd stålplåt 1400MPa Kilopris elförzinkad stålplåt 1400MPa Pris per kg exkl moms 10.5 SEK 11.5 SEK 13.8 SEK