Olofström School of Automotive Stamping

Transkript

1 Olofström School of Automotive Stamping OSAS Materialkarakterisering av tunnplåt Plåtformningssimulering Semiindustriell provning

2 Innehållsförtecknin g Inledning 2 Frågeställning 3 Vi hjälper dig med.. 4 Töjningsmätning 5 Kontinuerlig töjningsmätning Töjningsmätning Yttopografi 7 Släpnålsinstrument Interferensmikroskåp Hårdhetsmätning 9 MikroVickers Rockwell Materialkarakterisering av plåt 10 Dragprov Silikon Bulgetest FGK, Formgränskurva RFDA MF System 23 U-bock Semiindustriell provning 15 Formning Klippning Formningssimulering 17 Våra kunder/samarbetspartners inom plåtformning 18 Presentation av IUC/Kontakter 19

3 Kontakta oss för priser och lämpligt upplägg! Inledning OSAS (Olofström School of Automotive Stamping) är ett Centre of Excellence, en nationell och internationell innovationsmiljö, en mötesplats och ett kompetenscentrum där företag och institut/högskolor samverkar i syfte att utveckla ett mycket viktigt område inom verkstadsindustrin Pressning. OSAS som är en avdelning inom Industriellt UtvecklingsCentrum i Olofström AB (IUC/O) är ledande inom semiindustriella provningar avseende formning/klippning av plåt. OSAS har tillsammans med IUC/O, institut/högskolor och intressentföretag under flera år utvecklat och använt metoder och utrustning för tester av verktygs- och plåtmaterial för formning av plåt, tjänster som nu också erbjuds kommersiellt. Exempel på frågeställningar, som våra tester och tjänster ger svar på: Materialval för min produkt? Hur undvika försträckningar, sprickor, slitage, repor? Vilken återfjädring kan jag förvänta mig? Lämpligt verktygsmaterial m a p slitage, ytbehandling? Stämmer materialleverantörens uppgifter? Vilka problem kan jag stöta på med denna produktutformning? Med denna skrift vill vi visa på de möjligheter som våra tjänster kan erbjuda. Beroende på hur frågeställningen är utformad, kan de olika metoderna eller kombinationer av metoder användas. Beskriv för våra specialister och vi utformar en lämplig omfattning. Vi gör givetvis vårt yttersta för att du som kund ska bli nöjd! Referenser Idag är Volvo Personvagnar, SKF, Scania, Ford, SSAB och Uddeholm några våra största kunder. Kontaktpersoner Materialkarakterisering Per Thilderkvist tel per.thilderkvist@iuc-olofstrom.se Carin Hedvall tel carin.hedvall@iuc-olofstrom.se Verktygskonstruktion/ Formningssimulering Eva-Lis Odenberger tel eva-lis.odenberger@iuc-olofstrom.se Peter Axelsson tel peter.axelsson@iuc-olofstrom.se Formning och klippning Magnus Liljengren tel magnus.liljengren@iuc-olofstrom.se Mikael Kjellberg tel mikael.kjellberg@iuc-olofstrom.se Produktion/ inprovning Jukka Rajalampi tel jukka.rajalampi@iuc-olofstrom.se

4 Frågeställningar: Ska ni börja tillverka en detalj och behöver hjälp med processberedning/ simulering/ prototyptillverkning, d.v.s. från idé till färdig produkt? Utför ni själva simuleringar men saknar bra indata som dragprov, FGK och Bulge? Har ni behov av hårdhetsmätning av ytbeläggningar eller råmaterial med noggranna instrument? Behöver ni uppmätning av ytjämnhet/ ytprofiler i 2D eller 3D?

5 Vi hjälper dig med: Materialkarakterisering av tunnplåt Hårdhetsmätning 2D och 3D-mätning av ytor och profiler Simuleringstjänster inom plåtformning Hela kedjan, från idé till färdig produkt! Semiindustriella tester inom klippning och formning Töjningsmätning på pressade plåtdetaljer Lågseriepressning

6 Kontinuerlig töjningsmätning Aramis Precisionsmätning av töjningar på exempelvis plåtmaterial vid formning av plåtdetaljer Framställning av formgränskurvor (FGK) Aramis är ett optiskt 3D deformationsmätsystem som analyserar, beräknar och dokumenterar töjningar. Aramis mäter på ett sprayat stokastisk mönster där mätområdet är 0.01 % till flera 100 %. Under pressoperationen mäter Aramis deformationen med två digitala kameror. På detta sätt mäter man kontinuerligt töjningsutbredningen fram till brott. Verktyget där Aramis är monterat hos IUC kan ommonteras till FGK, bulgetest och hålexpansion. IUC har även ett mobilt Aramis som t ex kan användas vid dragprovning. Töjningsbild med snitt inlagda över brott FGK Töjningsvärden enligt ISO-förslag till

7 Töjningsmätning Argus Precisionsmätning av töjning på plåtmaterial vid formning av detaljer, t.ex. på produktionsdetaljer vid problem eller vid byte av plåtmaterial. Töjningsmätning med hjälp av digital optisk deformationsanalys med en kamera. Ett prickmönster med känd storlek etsas på den odeformerade plåten som sedan pressas. Efter pressningen mäts detaljen med töjningsmätsystemet Argus från GOM. Min- och maxtöjning samt tjockleksreduktion mm.. Man kan göra snitt och få ut resultat i diagram, bilder eller ascii-data. Plotta töjningarna från detaljen mot plåtmaterialets FGK och se hur nära brott man ligger Hur stor och var plåtförtunningen är Var de kritiska töjningarna finns mm. Färgbild på max-töjning Töjningar i ett snitt Detaljens töjningar mot FGK

8 (µm) 0,5 0,0-0,5-1,0-1,5 Lc = 0,8 mm X1 = 41789,00 µm Ra = 0,158 µm Rt = 1,903 µm Rz = 0,956 µm Rq = 0,198 µm Rp = 0,369 µm (µm) Släpnålsinstrument Surfascan (2D & 3D) Analys och beskrivning med hög precision på ytors topografi (mikro- och makronivå), t ex. profilutseende på dragradier i formverktyg, klippeggar och andra bearbetade/polerade ytor. Släpnålsinstrument (profilometer) för mätning av profil och ytjämnhet i 2D och 3D. Profilmätning Ytjämnhetsmätning Prestanda Mätområde: X-led max 100 mm, Y-led max 50 mm, Z-led (profilhöjd) ±3 mm. Vi har 4 olika mätspetsar för olika typer av mätningar: ytjämnhet, vågighet, kontur/radier/vinklar/grader, replikaavgjutningar

9 Interferensmikrosko p WYKO (3D) Analys och beskrivning med hög precision på ytors topografi, t ex. ytor på dragradier i formverktyg, klippeggar och andra bearbetade/polerade ytor. Interferensmikroskop som utför beröringsfri 3D mätning av ytjämnhet. 3D- vy med ytparametrar 2D-vy med ytparametrar Prestanda Förstoringsalternativ: 1,25 ggr, 2,5 ggr, 5 ggr, 10 ggr, 20 ggr och 40 ggr. Detta motsvarar en yta av:

10 Hardness (Hv) max 3,5x4,8 mm (vid 1,25ggr förstoring) minst 0,11x0,15 mm (vid 40ggr förstoring) Hårdhetsmätare HV, HK, HRC/HRB Sleipner Perpendicular to the cutting direction Depth (mm) 60 degrees 15* mm/s 60 degrees 15* mm/s Lower Limit Mäta hårdhet, t.ex. härdprofiler på ythärdade (laser och induktion) och nitrerade ytor, ythårdhetsmätning av belagda ytor (CVD, PVD) och hårdhetsmätning av substratmaterial. Micro Vickers hårdhetstest går ut på att med en pyramidformad diamantspets, med en kvadratisk bas och 136 vinkel mellan motstående ytor, göra ett nedtryck i testmaterialet med en förbestämd last (10g-1000g). Knoop hårdhetstest går ut på att med en pyramidformad diamantspets med rombformad bas göra ett nedtryck i testmaterialet med en förbestämd last (10g-1000g). Rockwell hårdhetstest går ut på att med en konformad diamantspets (HRC) eller härdad stålkula (HRB) göra ett nedtryck i testmaterialet med en förbestämd last (50-150kg). Bästa resultat uppnås då testmaterialet är polerat innan test. Hårdhet är ett materials förmåga att motstå plastisk deformation, vanligtvis genom förstörande provning.

11 Technological Stress [MPa] Prestanda MicroVickers: Future tech mcro FM-700, 10g-1kg Rockwell: Tuture-Tech 600MRD, kg Dragprov Standardprov för att bestämma ett plåtmaterials mekaniska egenskaper såsom t ex. sträckgräns (Rp0,2), brottgräns (Rm) och förlängningsvärde (A80) mm. Dragprov är en viktig indata till formningssimuleringar. Enaxligt dragprov enligt SS-EN Sträckgräns (Rp0.2), Brottgräns (Rm), Gränslasttöjning (Ag), Hårdnande (n-värde) vid 2-4%, 4-10%, 10-15% och 15-20%, Normal-anisotropi (r-värde) vid 15 och 20%, Total förlängning (A80 eller A50) (L) 90 (T) 45 (D) Technological Strain [%] Prestanda MTS-maskin, töjningshastighet /s upp till sträckgränsen och 0.008/s i det plasticerade området (enligt standard).

12 Videoextensiometer mäter axial- och tvärtöjning. Max last ± 100 kn, Klämkraft kn i backarna Silikon Bulgetest Framställa hårdnadekurvor för olika plåtmaterial och dess plasticitet. Detta är intressant vid formning av plåtdetaljer samt som indata till formningssimulering. En silikonstämpel med olika hårdhet för olika plåtkvaliteter, pressar upp en bula i plåten med väldigt låg friktion mellan stämpel och plåt. Teoretiskt kan töjningsnivåer på 40-50% uppnås utan att necking uppstår. en från Bulgetestet används för att extrapolera en sann spänningstöjningskurva (från dragprov) med rätt lutning vid större töjningsnivåer, se diagram nedan. Extrapolerad spänning/töjningskurva från dragprov mhja Bulgetest Silikon bulge stämpeltopp

13 FGK Formgränskurva enligt Nakazima Testa hur mycket ett plåtmaterial kan töjas i olika riktningar innan brott uppstår. FGK är en viktig indata till formningssimuleringar. Olika plåtgeometrier (se bild nedan) pressas till brott med en halvsfärisk stämpel d=100 mm. På detta sätt får man olika töjningsförhållanden. Töjningarna mäts på geometrierna nära brott, plottas in i ett diagram för att få fram en formgränskurva, FGK (se röda kurvan i bilderna nedan). Under kurvan håller materialet och ovanför kurvan spricker materialet. FGK-geometrier Förklaring av FGK

14 RFDA MF System 23 E-modulsmätning E-modulsbestämning av plåtmaterial vid olika töjningsnivåer. E-modulen påverkar bland annat återfjädringen vid formning av plåtdetaljer. En provkropp exiteras med hjälp av ett litet hammarslag. Egenfrekvenserna hos provkroppen samplas in och beräknas i ett program. Materialets Elasticitetsmodul (E-modul), Skjuvmodul (G-modul) och Poissons tal (ν). Prestanda Mätning av rektangulära provstavar och cylindriska detaljer: Sampellängd: mm Sampelbredd/diameter: 3-130mm

15 Mätning av cirkulära diskar: Sampeldiameter: mm U-bock Friktion- och återfjädring Återfjädringsanalys av plåtmaterial vid till exempel olika dragvulstgeometerier och smörjmedel. En plåtremsa dras med tillhållning till en U-profil. Stämpel- och tillhållarkraft samt dragdjup registreras. Metodiken används bla för att prova olika smörjmedels tribologiska egenskaper men även för att studera återfjädringsfenomen hos plåt. Verktyget kan även förses med dragvulst och bottenprägling. Ett enkelt sätt att jämföra olika material vad gäller åtefjädring, presskraft mm eller att jämföra olika smörjmedels inverkan på ett materials formbarhet. Stämpelkraft alternativt friktionkoefficient som funktion av dragdjup. Vid återfjädringsförsök mäts skänklarnas vinkel. Prestanda Max plåttjocklek: 3 mm, Justerbar matrisdel, Max tillhållning: 46 kn

16 Semiindustriell provning Formning Dies Sheet Punch Utprovning av verktygsmaterial med olika värmebehandlingar och hårdgörningsmetoder (verktygskoncept) mot olika plåtkvaliteter med hänsyn till slitage, kostnad, ledtid och serielivslängd. Provningen består vanligtvis av pressning av detaljer med stark övervakning med förutsättningen onormalt högt slitage. Dokumentering och analys utförs på de arbetande ytorna av verktygsstålen och på detaljens ytkvalitet med hjälp av interferensmikroskåp samt profilometer. Stämpelkraft, temperatur, leveransoljans mängd etc. mäts kontinuerligt under ett prov. Provningen resulterar i vilka verktygskoncept som skall väljas för att forma en viss plåtmaterialkvalitet. Prestanda Presstakt Dragdjup Draghastighet Önskad dragradie Plåthållartryck (justerbart) Bandbredd Detaljbredd 60 slag/min ~50 mm m/s 5 mm 7.2 ton 150 mm 30 mm

17 Semiindustriell provning Klippning The cutting edge before being tested Area 1 The cutting edge after being tested Area 2 Wear Utprovning av verktygsmaterial med olika värmebehandlingar och hårdgörningsmetoder (verktygskoncept) mot olika plåtkvaliteter med hänsyn till slitage, kostnad, ledtid och serielivslängd. Provningen består vanligtvis av pressning av slag med stark övervakning under förutsättning att gradhöjden ej blir onormalt stor. Dokumentering och analys på klippeggarna samt gradhöjd på detaljerna utförs med profilometermätningar. Klippkraft, leveransoljans mängd på plåten etc. mäts kontinuerligt under ett prov. Provningen resulterar i vilka verktygskoncept som skall väljas för att klippa viss plåtkvalitet. Prestanda Presstakt Klippdjup Klipphastighet Totalt klippdjup Matningslängd (x) Ämnesbredd Plåthållartryck (justerbart) 60 slag/min t*2 mm m/s 15 mm 7 x 15 mm 150 mm 2.2 ton

18 Formningssimulerin g Dragprov Används bland annat i produktkonstruktion för att korrigera problemområden, förbättra processupplägg och optimera verktygsgeometrier. Med hjälp av datorbaserad plåtformningssimulering erhålls tidigt i produktutvecklingsprocessen utvärdering av koncept, för att undvika omkonstruktion och upptäcka problemområden. IUC/OSAS använder simuleringsprogramvara AutoForm och LS-DYNA, vilka är några av de mest kompletta programmen för formningssimulering på marknaden. I datamodellen matas information in, t ex. verktygsgeometrier, plåthållning, materialdata (dragprov/fgk/bulge) mm. Med hjälp av plåtformningssimulering erhålls uppgifter om: Spänningar och töjningar Plåtförtunning, sprickbildning och tjockleksfördelning Plåtindrag Veckbildning Stämpel- och plåthållarkrafter Återfjädring och restspänningar

19 Våra kunder/ samarbetspartners inom plåtformning

20 Vi skapar tillväxt All verksamhet behöver rätt näring för att växa och blomstra. Vi på IUC/O vet att rätt näring för Sveriges industri består av en smart mix av utbildning och utveckling. Vår affärsidé är att skapa industriell tillväxt i Sverige genom att vattna underifrån. Utbildning och utveckling bär frukt - helt enkelt. Vår verksamhet Vår kärnverksamhet bygger på Utbildning och Utveckling där människa, metod och material är våra ledord. Inom utbildning bedriver vi gymnasieutbildning, KY-utbildning (Yrkeshögskolan Syd), företagsutbildning samt forskningsanknuten utbildning (OSAS). Inom utveckling kan vi erbjuda produktionsutveckling samt material- och metodutveckling inom främst metalliska material upp till forskningsnivå (OSAS). Som ett komplement till vår verksamhet ovan erbjuder vi också legoproduktion, prototyptillverkning och tillverkning av plåtbearbetsningsverktyg. Styrkan i vår verksamhet ligger i just vår bredd av verksamheter. Med det nätverk som vi med åren byggt upp anlitar vi den spetskompetens som krävs i de fall där vi själva inte räcker till. Kontakta oss gärna för mer information! Magnus Liljengren tel magnus.liljengren@iuc-olofstrom.se