PM STRÄNGPRESSNING AV ALUMINIUM

Transkript

1 TILL ROLF LÖVGREN

2 PM STRÄNGPRESSNING AV ALUMINIUM KPP039 PRODUKTUTVECKLING 3 LINA BJELKENÄS 2

3 Innehåll Inledning... 2 Syfte och mål... 2 Projektavgränsningar... 2 Vad innebär strängpressning och hur går det till?... 3 Tillvägagångssätt... 3 Anodisering... 4 Pulverlackering... 5 Verktyg... 6 Verktygskostnad... 7 Material... 8 Fördelar med aluminium... 9 Konstruktion... 9 Användningsområden Reflektion Referenser Internetkällor: Muntliga källor:... 14

4 INLEDNING I kursen KPP039 produktutveckling 3 gavs det i uppgift att som individuell uppgift fördjupa sig inom valfritt område som kunde knytas till produktutveckling. Valet av ämne visade sig bli svårare än jag trodde. Att valet för min del föll på strängpressning beror på att Peter Richter från SAPA var och föreläste för klassen i KPP035 lätta konstruktioner. Det var en givande föreläsning där fick jag upp ögonen för så väl materialet aluminium som strängpressning. Denna individuella uppgift gav mig en chans att fördjupa mig inom området. Jag tror att aluminium ligger rätt i tiden och har framtiden för sig. En metall att ta beaktning. Jag ville ta chansen att lära mig mer om aluminiumets möjligheter och användningsområden. Syfte och mål Syftet med detta PM är att få ökad kunskap om strängpressning. Målet är: - Få ökad kunskap om hur strängpressning går till. - Få ökad kunskap om vilka möjligheter strängpressning ger mig som produktutvecklare. - Få en uppfattning om vilka möjligheter aluminium och strängpressning har så väl som dess begränsningar. Projektavgränsningar Man kan förutom aluminium också strängpressa exempelvis plast eller trä. Jag har valt att begränsa mig till aluminium då det var området som intresserade mig mest och som jag kände att det fanns mest relevant information om. Ämnet strängpressning kommer också med mycket som jag kände inte var relevant för mig som produktutvecklare. Därför har jag valt att begränsa mig och inte blanda in för mycket kemi. Jag tar heller inte upp andra ytbehandlingar än anodisering och lackering. 2

5 VAD INNEBÄR STRÄNGPRESSNING OCH HUR GÅR DET TILL? Strängpressning av aluminium innebär i korthet att man värmer upp aluminiumet och därefter pressar aluminiumet genom ett verktyg som ger profilen dess form. Därefter kyls profilen ned innan den sträcks, mäts och kapas. Tillvägagångssätt Materialet man utgår från vid strängpressning är något man kallar för ett göt. Götet är i det här fallet ett cylindriskt aluminiumämne som man värmer upp i induktionsugn till C. Det uppvärmda götet pressas sedan med stor kraft genom det verktyg som ger aluminiumprofilen dess form. Profilen pressas ut med en hastighet av 5-50 meter per minut och profilens färdiga längd varierar mellan meter, beroende på dess utformning och behovet som finns. Efter att götet pressats genom verktyget kyls det ner med hjälp av antingen luft eller vatten. Därefter sträcks profilen. Anledningen till varför man sträcker profilen är för att frigöra de värmespänningar som bildats samt för att rikta upp profilens krokighet som erhållits av press- och kylmomenten. Slutligen så kontrolleras alla viktiga mått och ytkvaliteten innan profilen kapas i önskade hanterbara längder. För att erhålla aluminiumets slutgiltiga mekaniska egenskaper sker därefter åldring. Genom att värma upp profilen till C under 5-8 timmar binds korngränserna av legeringsämnena och aluminiumet erhåller sina slutgiltiga mekaniska egenskaper. För att profilen ska ha de egenskaper och det utseende som kunden önskar så finns det ett flertal efterbehandlingar att välja på. Vanligast är anodisering och lackning. 3

6 Anodisering Anodisering är den vanligaste ytbehandlingen av aluminiumprofiler och vid avslutad process har ytan en hårdhet som kan jämföras med diamant. Anodiseringsprocessen går till enligt följande: - Rackning: profilen fixeras antingen automatiskt eller manuellt för att vara elektriskt ledande och möjliggöra anodiseringen. - Förbehandling: profilen genomgår åtskilliga förbehandlingar i form av avfettning, betning samt deoxidering. Detta för att eventuella smuts- eller fettrester påverkar slutresultatet negativt. - Anodisering: likström leds genom godset som ligger i syrabad. I denna del av processen omvandlas aluminiumet till aluminiumoxid vilket ökar tjockleken på ytskiktet. - Efterbehandling: infärgning sker genom doppinfärgning eller växelströmsinfärgning och därefter sker eftertätning för att försegla porerna. Anodisering av aluminium ger många fördelar. Några av dessa är: - Vidhäftning Vid anodisering förstärks oxidskiktet på aluminiumets yta upp till tre tusen gånger. Aluminiumoxiden är en kemisk förening med aluminium och anses ha väldigt bra vidhäftning. Efter att man bockat profilen upprepade gånger spricker anodiseringsskiktet men ändå lossnar eller flagnar inte oxiden. - Korrosionshärdighet Aluminiumoxiden klarar angrepp från luften så väl som saltvatten. Lokala angrepp så som gropfrätning hindras av oxidskiktet som utgör den barriär som skyddar metallen under. - Nötningshärdighet Aluminiumoxid är ett av de hårdast material människan känner till. Det hårda oxidskiktet har goda nötningsegenskaper och hårdanodiserade skikt kan användas 4

7 till roterande detaljer och glidytor, exempelvis till kolvar eller förbränningsmotorer. - Smutsavvisande Tack vare oxidskiktets täthet samt hårdhet är det smutsavvisande samt lätt att rengöra. Ytdensiteten för det eftertätade anodiseringsskiktet är vanligen 2,6 g/cm 3. (Profilgruppen, ) Pulverlackering Väljer man pulverlackering som ytbehandling har man ett stortantal färger att välja på. Vilket pulver man bör välja beror på den funktion och tålighet som ytan behöver ha. Några av de pulver man kan välja på är: - Epoxi: lämpar sig endast för inomhusbruk. Är UV-känslig, känslig för överhärdning - Mixkvalitet (epoxi/polyester): lämpar sig endast för inomhusbruk. Går att skräddarsy för speciella egenskaper så som flyt eller tunnskikt. - Polyester (polyesterfasad): lämpar sig för utomhusbruk och har god UV-beständighet. Den ger också god töjbarhet för efterbearbetning som bockning. (SAPA Group, ) 5

8 VERKTYG Pressverktygen tillverkas vanligtvis av verktygsstålet SIS2242, och den önskade profilen tar man fram genom gnistbearbetning. Livslängden på verktygen som används inom strängpressning varierar mycket beroende på profilformen så väl som de ytkrav som ställs på den färdiga profilen. Det finns två olika sorters verktyg som används vid strängpressning. - Massiva profiler: götet pressas rakt genom de hål som gjorts i den flata stålskivan. - Hålprofiler: skapas av ett tvådelat verktyg. Dels en kärna som skapar hålrummen i profilen i fråga, och dels en yttre del som skapar ytterkonturen på profilen. Skapas större profiler så pressas de genom verktyg bestående av endast ett hål. Skapar man däremot mindre profiler så består vanligtvis verktyget av flera hål. Upp till sexton hål förekommer. (SAPA Group, ) 6

9 VERKTYGSKOSTNAD Strängpressning har relativt korta ställtider så väl som låga verktygskostnader. Ett nytt verktyg för strängpressning av aluminium kostar ofta inte mer än kronor och tar ofta inte mer än ett par veckor att få levererat. Detta öppnar upp för möjligheter så som att ta fram ett verktyg redan i prototypstadiet, eller att skapa produkter som tillverkas i korta serier. Något som ofta inte är möjligt med andra tillverkningsmetoder beroende på höga verktygskostnader som gör att det inte blir ekonomiskt lönsamt. (Peter Richter, ) 7

10 MATERIAL Materialval är vid produktutveckling väldigt viktigt och med hjälp av rätt material kan du skapa de rätta förutsättningarna. Aluminium ger oändliga möjligheter gå det gäller att ge produkten de rätt fysiska så väl som mekaniska egenskaperna. Som produktutvecklare är det viktigt att känna till och ha förståelse för hur valet av metall påverkar slutprodukten och hur man kan påverka dess egenskaper genom till exempel legeringar och värmebehandlingar. Strängpressade aluminiumprofiler har ofta en legering av någon annan metall. De vanligaste legeringarna är magnesium, kisel, zink, koppar och mangan. Vilken legering som passar bäst väljs med de krav som ställs på produkten i åtanke. Krav så som hållfasthet, korrosionsbeständighet och budget. 8

11 FÖRDELAR MED ALUMINIUM Några av aluminiumets viktigaste fördelar inom strängpressning anses vara aluminiumets låga vikt, bra hållfasthet, bra korrosionsbeständighet, utmärkt elektricitets och värmeledningsförmåga, dess goda formbarhet samt att den är lätt att återvinna. Efter att ha tagit del av de ovan nämnda egenskaper tillsammans med en helg hög till är det som produktutvecklare lätt att hitta många fördelar med aluminium. Det är inte för inte som den ibland kallas för framtidens metall; det är en av de vanligaste metallerna på jorden och det finns i princip obegränsade mängder av den. Energiåtgången vid aluminiumframställning är hög men anses ändå vara bra ur miljöperspektiv då energiåtgången vid omsmältning är 5 % av den energiåtgång som används vid tillverkning av primäraluminium (SAPA Group, ). Dessutom återvinns aluminium i väldigt hög grad, exempelvis tas 90 % av all aluminium i bilar hand om då de skrotas. Anledningen till aluminiums goda korrosionsbeständighet är det oxidskikt som spontant bildas kring aluminium och som är både tätt och isolerande. Genom att legera aluminiumet kan man förbättra egenskaperna ytterligare. Legeringar kan till exempel förbättra hållfastheten, härdigheten mot korrosion, aluminiumets ledningsförmåga samt dess formbarhet. Konstruktion En av de största skillnaderna jämfört med att göra konstruktioner i stål är möjligheten att påverka tvärsnittets utformning. En stålkonstruktör bygger på sin konstruktion medan en aluminiumkonstruktör bygger in lås och gångjärn för att undvika bearbetning, bultning, nitning, och svetsning. 9

12 Det finns mycket att ta i beaktning vid konstruktioner i aluminium, några av de är. - Utformning av leder: Upp till 180 rörelsefrihet kan skapas med användning av endast två profiler. (Profilgruppen, ) - Sammankopplingar Aluminiumprofiler kopplas enkelt samman. Genom att tänka till vid produktframtagningen så kan skarvningen och dess kopplingsfunktioner lätt integreras i profilens tvärsnitt. (Profilgruppen, ) 10

13 - Skruvfickor Skruvfickor är något av de vanligaste funktionerna att integrera i profiltvärsnitt. Längsgående skruvfickor används för infästning av exempelvis gavelplåtar och profiler. Vanligast är att man tar till självgängande skruv, då de inte kräver någon form av preparering. Tvärgående skruvfickor används för infästningar över hela profilen. Det krävs ingen preparering och vanligtvis används självgängade skruv även här. Mutterspår skapas för att muttrar eller bultskallar ska kunna skjutas in för infästning var som helst längs aluminiumprofilen. (Profilgruppen, ) 11

14 ANVÄNDNINGSOMRÅDEN Strängpressat aluminium anses ha god skärbarhet, och i förhållande till stål är bearbetningskostnaderna låga och produktionstakten hög. Strängpressning är också en metod som ger unika design- och konstruktionsmöjligheter och där aluminiumprofilens förtjänster bygger mycket på dess tillverkningssätt strängpressning. Detta gör också att aluminium och strängpressning används inom många olika områden, och i egenskap av produktutvecklare så gissar jag att dessa kommer öka avsevärt med tiden. I dagsläget används aluminiumprofiler inom flyg-, tåg-, så väl som bilindustrin. Där bidrar dess låga densitet till att man nu för tiden kan bygga lättare fordon och på så vis bidra till lägre bränsleförbrukning. Aluminiumet har också funnit sin plats inom byggindustrin där man idag använder aluminium i bland annat fönster, dörrar och balkonger. Andra produkter som idag görs av aluminium är till exempel cyklar, golfklubbor, paketering av mat och i elektriska komponenter. 12

15 REFLEKTION Kunskapen om strängpressning har gett mig hopp och nya idéer. Nya tankar på produkter som kan tas fram och hur de skulle kunna utformas. Min nyvunna kunskap har gjort mig nyfiken. Nyfiken på hur jag kan använda mig av aluminium i mitt framtida yrke, vilken utveckling vi kommer få se hos aluminium och hur marknaden för aluminiumprofiler kommer växa. Jag har under arbetets gång insett vilken stor roll aluminium spelar i dagens produktutveckling så väl som i våra vardagliga liv. Numer tycker jag mig se aluminiumprofiler överallt. Jag har också insett att det inte behöver bli lika dyrt att ta fram nya produkter som jag trodde. Jag inser också att strängpressning av aluminium har öppnat upp för helt nya möjligheter kring prototypframtagning och framtagning av serier i begränsad volym. Jag tror att vi kommer se en ökning av strängpressade aluminiumprofiler i framtiden då det är: - Relativt billigt att ta fram nya verktyg. - Aluminium finns i en nästan obegränsad mängd och dess höga återvinningsgrad bidrar till en hållbar utveckling. - Genom strängpressning och anodisering kan man skapa en yta näst intill hård som diamant. - Man kan bygga in gångjärn och lås, vilket inte minst förkortar monteringstiden. 13

16 REFERENSER Internetkällor: Profilgruppen, : &ctx=888 Profilgruppen, : 8&aid=35 Profilgruppen, : &ctx=888 Profilgruppen, : &ctx=888 Profilgruppen, : &ctx=888 SAPA Group, : SAPA Group, : AB/Aluminium/Kretslopp-och-atervinning/ SAPA Group, &ctx=888 Muntliga källor: Peter Richter, : Förläsning av SAPAs Peter Richter i KPP