Slutrapport i Projekt ToolComp Verktygskompetens för Tillverkningsindustrin

Transkript

1 Sida 1 (13) Slutrapport i Projekt ToolComp Verktygskompetens för Tillverkningsindustrin Bilaga 1: Sammanfattning av projektet Innehåll Abstract 2 Sammanfattning 3 Projektets Huvudmål 4 Projektteam 4 Genomförande och resultat 5 Projektuppföljning 9 Teknikspridning 10 Övriga kommentarer 12 Lärdomar ifrån projektarbetet 12

2 Sida 2 (13) Abstract Design and manufacturing of forming dies often involve high initial costs and long lead-times, potentially delaying the release of new products. A group of 20 Swedish research organisations and companies have cooperated in this project connected to sheet metal components and forming dies. The main objective of the project was to identify ways of reducing the lead-time of tool manufacturing. A number of key issues have been addressed in this study, such as methods to improve and share the die competence between different actors within the value chain of tool manufacturing. A web-based Swedish Competence Platform for Tool and Dies was introduced and developed. Methods based on production logistics were used to identify essential elements of the communication procedure between client and suppliers within die manufacturing. Value stream mapping was performed at different stages of tool manufacturing projects, including the time span from the product CAD release to the completed die try-out. Scenarios and methods to improve the communication were proposed, among these, a model to evaluate the die complexity and cost. A Competence Network was created among key competences for efficient design and production of forming dies. Rapid prototyping methods for production of casting moulds were investigated. Experimental evaluation was performed on the 3D Printing technique. The casting moulds manufactured with this technique had excellent shape accuracy and performed well during the casting of different materials, including tool steel. The cost aspect and size limitation of the method makes it most suitable for smaller tool parts. Another technical part of the project has focussed on benchmarking the capability of different commercial Finite Element (FE) software (AutoForm, LS-DYNA and PamStamp) to evaluate moderate springback of industrial sheet metal components. A multi-step forming process was studied. The deviation between the FE results and the measured shape was investigated by means of statistical methods. The work will continue within the network through the use of the complexity model and other parts of the Competence Platform. The project was partly financed by the Swedish Governmental Agency for Innovation Systems (VINNOVA) and the European Commission. The project time was December December 2006.

3 Sida 3 (13) Sammanfattning Formverktygen har en avgörande inverkan på kostnad, ledtid, produktutseende och egenskaper vid framtagning av formade komponenter (i princip alla komponenter utom frästa och svarvade). För tillverkande företag är en minskning av ledtiden för verktygskonstruktion och -framtagning direkt kopplad till ökad konkurrenskraft och bättre ekonomi pga snabbare marknadsintroduktion. Verktygskompetens som leder till formverktyg av god kvalitet med låga underhållskostnader är också av vital betydelse för produktiviteten hos tillverkningsföretag. I och med att en större del av verktygen tillverkas utanför Sverige idag, är detta en nischkompetens som riskerar att utarmas. För att motverka denna risk startades projektet ToolComp: Verktygskompetens för tillverkningsindustrin i samarbete mellan 15 företag och 5 forskningsaktörer. Följande frågor prioriterades av företag inom projektgruppen: 1) Ökad verktygskompetens som minskar ledtid och kostnad för verktyg 2) Digital återfjädringsmodifiering 3) Snabbare verktygsgjutning genom direkttillverkning av gjutformar Några av projektresultaten är: En svensk internetbaserad verktygsplattform där kompetens och FoUresultat från verktyg skall finnas tillgänglig. Denna har som har som övergripande mål att minska ledtiden och kostnaderna för att ta fram ett verktyg. Här finns flödeskartor, materialval, checklistor med mera. Den kan nås på En ekonomisk modell för hur komplext ett verktyg är att tillverka har tagits fram i samarbete med bl a Finnveden. Med hjälp av modellen kan beställare och tillverkare snabbt få fram underlag för en offert, och få en överblick av hur skillnader i materialval och konstruktion påverkar ledtider och priser. Experimentell och numerisk utvärdering av direkttillverkade gjutformar i syfte att minska framtagningstiden för gjutna verktyg. Benchmark av metoder och programvaror för simulering och kompensering av återfjädring, för att minska den fysiska intrimningstiden för ett verktyg. Detta projekt ingår som del i VINNOVAs Program Effektiv Produktframtagning och pågick under December December Finansiering till kompetensplattformen har även utgått ifrån Svenska ESFrådet, Mål 3.

4 Sida 4 (13) Projektets Huvudmål Att minska ledtiden från konstruktion till framtagning av plåtformade komponenter genom effektivare framtagning av de formande verktygen. Projektteam Projektdeltagare och deras huvudkompetens inom verktyg presenteras i nedanstående bild: Svensk Verktygsteknik SweCast Hästveda Gjuteri Broby Modell AB IVF Industriforskning och utveckling AB Gjutning, Gjutmodeller Chalmers MCR Sandvik Coromant Ytbehandling, Värmebehandling Skärande Bearbetning IonBond Sweden Slutkund, kravspecifikationer FE-analys, produktionsutveckling Materialkunskap, konstruktion Uddeholm Tooling Volvo Cars, Scania, IKEA, Volvo Lastvagnar Plåtformning, prototyptillverkning SSAB Tunnplåt Nitator, Kendrion MEFA, Linde Maskiner, Finnveden Metal Structures TDI Lidhs Verktygskonstruktion Verktyg och -tillverkning Bild 1: Projektdeltagare i ToolComp Pga det stora antalet aktörer i projektet (20 organisationer) valdes vid startmötet en mindre, operativ styrgrupp bestående av: - Gert Nilson, Uddeholm Tooling - Peter Alm, Finnveden Metal Structures - Erling Svensson, Volvo Cars Body Components (ersattes under 2006 av Nader Asnafi, Volvo Cars) - Boel Wadman, IVF, Projektledare Projektet delades upp i tre Delprojekt, med delaktivitetsledare ansvariga för resultaten. P1: Verktygskompetens för ledtidsreduktion: Eva Troell, IVF P2: Användarvänlig återfjädringskompensering: Ramin Moshfegh, IVF P3: Direkt gjutform: Stefan Gustafsson Ledell, Swecast/Gjuteriföreningen

5 Sida 5 (13) FoU-utförare: IVF Industriforskning och utveckling AB: Projektledare SweCast Svensk Verktygsteknik Tool & Die Innovations i Hagfors Chalmers Materialteknik Ref-grupp: Outokumpu Stainless ProDesign, Chalmers Lindholmen Fordonskomponentgruppen Svenska Form- och Pressverktygsföreningen Tabell 1. Projektdeltagare och referensgrupp Aktiva företag: Ion Bond Broby Modellindustri Hästveda Gjuteri Finnveden Metal Structures IKEA of Sweden Kendrion Mefa Lidhs Verktyg Linde Maskiner Nitator i Oskarsström Scania Sandvik Coromant SSAB Tunnplåt Uddeholm Tooling Volvo Cars Body Components Volvo Lastvagnar Genomförande och resultat Delprojekt P1 Verktygskompetens för ledtidsreduktion Mål Att skapa en svensk kompetensplattform för verktyg, där metoder för att spara ledtid och kostnader presenteras tillsammans med samlad kunskap om verktygsfrågor. Metod och genomförande Arbetet har bedrivits i tät kontakt med användarföretagen i form av Workshops och arbetsmöten hos företag. Genom värdeflödesmetoden har processer, kommunikations- och materialflöden vid verktygsframtagning studerats. De viktigaste orsakerna till förseningar och dyra ändringar har identifierats för en rad olika verktygstyper. Form och innehåll i kompetensplattformen har analyserats genom bl a jämförande studier och remiss hos företagsaktörerna för att hitta rätt nivå på innehållets komplexitet och användarvänlighet. Resultat En internetbaserad Kompetensplattform om verktyg har skapats på Beslut har tagits om att använda plattformen för framtida spridning av svensk Verktygs-FoU i samarbete med övriga aktörer inom verktygsforskning.

6 Sida 6 (13) Bild 2: Startsida Kompetensplattform IVF har lett och genomfört värdeflödesanalyser av fem verktygsprojekt hos deltagande företag. Exempel på delflöden som undersökts är: gjutning av karossverktyg, framtagning av följdverktyg, beställning och produktionsanpassning av klipp- och stansverktyg. Resultatet av ovanstående värdeflödesanalyser har använts vid framtagning av checklistor för verktygsframtagning samt förbättringsförslag och en översikt av viktiga delflöden som ingår i kompetensplattformen. En ekonomimodell och materialvalsmodell har utvecklats för följdverktyg. Den kan på ett översiktligt sätt skapa samsyn om hur t ex val av komponentmaterial eller toleranskrav påverkar verktygskostnaden. Målsättningen med modellerna har varit att skapa ett underlag som verktygsköpare och verktygstillverkare kan använda vid framtagning av budgetofferter. Behovet emanerar från det faktum att det ofta är mycket lång tid mellan tidpunkten för budgetoffert och den slutgiltiga offerten. I de flesta fallen ändras dessutom innehållet och förutsättningarna under resans gång, vilket erfarenhetsmässigt har lett till problem mellan köpare och säljare av verktyg. Detta problem har nu med hjälp av modellerna eliminerats eller i vart fall reducerats. Ekonomimodellen har byggts upp av Finnveden Metal Structures under samråd med TDI och företag i arbetsgruppen. Examensarbetet Skärparametrarnas inverkan på ytkaraktären vid hårdfräsning av Niklas Lepa-Helgesson på Chalmers har utförts inom projektet. [29/2005, ISSN: ] Ett aktivt nätverk av olika kompetenser inom verktygsframtagning har bildats och har enats om att följa upp arbetet årsvis.

7 Sida 7 (13) Delprojekt P2 Användarvänlig återfjädringskompensering Mål Att utveckla FE-analys av formningsprocessen så att metoden kan a) användas redan i konceptstadiet för plåtprodukter b) användas för att kompensera verktyg för plåtens återfjädring Metod och genomförande Formningssimulering har genomförts med tre olika enstegslösare för plåtformning: FastForm Advance, HyperForm och Simex 2000, med experimentell verifiering i form av en typprodukt. En modul för återfjädringskompensering av verktygsmodell har utvecklats. Benchmark av olika programvaror för FE-analys av återfjädring vid plåtformning har utförts. Detta inkluderade scanning av ett industriellt formverktyg (A-stolpe) för att skapa CADunderlag för FE-simulering, samt pressning av A-stolpen. Efter framtagning av materialdata för DP600-material utfördes FE-simuleringar av detaljen (A-stolpen) med olika FE-program (AutoForm, LS-DYNA och PamStamp). Två metoder har tillämpats för utvärdering av de numeriska resultaten. Den första metoden utgick ifrån att bestämma olika tvärsnitt för den formade detaljen och studera grafiska skillnader mellan den simulerade och den verkliga detaljen. Den andra metoden är baserad på statistiska metoder och olika spridningsmått som kan ge mer detaljerad information om formavvikelser på hela detaljen istället för de utvalda tvärsnitten. Metoderna kan komplettera varandra på ett bra sätt. Resultat Rekommendationer för användning av enstegslösare beskrivs i rapporten Verktygskompetens för tillverkningsindustrin P2, Rapport om enstegslösare". En modul för digital verktygsmodifiering baserad på detaljens formförändring efter återfjädringsanalys är utvecklad av Ramin Moshfegh. Programvaran finns tillgänglig för projektets deltagare. Benchmark av programvaror för prediktering av återfjädring beskrivs i slutrapporten Bedömning inför återfjädringskompensering och kartläggning av simuleringsresultat från utvalda programvaror, av Ramin Moshfegh, Peter Ottosson, Roger Andersson, Malin Syk, Anette Nilsson, Peter Alm och Tomas Jansson.

8 Sida 8 (13) Delprojekt P3 Direkt gjutform Mål Att minska tiden för gjutning av pressverktyg genom att skapa en direktframställd gjutform från CAD-data av verktygsmodellen. Metod och genomförande En förstudie av olika metoder för framställning av gjutform har inkluderat studiebesök, intervjuer och litteraturstudier. Utifrån förstudien har en metod valts ut (3D Printing) för praktiska tester. En enkel geometri som liknar ett verktyg för plåtformning användes vid försöken. Under hösten 2006 utfördes en förstudie om utslagningens inverkan på ledtiderna. En litteraturundersökning genomfördes tillsammans med gjutsimuleringar. Resultat En genomgång och uppdatering av värdeflödesanalysen har genomförts där den föreslagna metoden 3D Printing har lagts in. Resultatet visade på potential för ledtidsminskning och möjlighet till noggrannare kravspecifikation. Gjutformar har tagits fram med 3D Printing och gjutning har skett i 3 olika material med och utan black (Aluminium, stål och gråjärn). Formarna och komponenterna har sedan undersökts med avseende på dimensionsnoggrannhet och ytfinhet. Resultaten är mycket bra och slutsatsen är att redan nu kan vissa typer av verktygsdelar utformas med denna metod. För att tillverka stora verktyg krävs dock ytterligare forskning och utveckling. Bild 3: Gjutform tillverkad med 3D Printing. Analysen finns beskriven i rapporten : SNABBARE VERKTYGSFRAMTAGNING GENOM DIREKT GJUTFORM - studie av olika metoder av Stefan Gustafsson Ledell samt i reserapporten: BESÖKSRAPPORT FÖR STUDIERESA 2 TILL TYSKLAND. Resultatet från litteraturstudien om utslagningens inverkan på ledtiderna visar att det finns få publikationer inom området, vilket ger anledning till en uppföljning i framtida projekt.

9 Sida 9 (13) Projektuppföljning Projektets viktigaste delmål är uppfyllda. Huvuddelen av projektets aktiviteter genomfördes i tid, se nedanstående bilder. Aktivitet, Tidplan (månader) VT 05 HT 05 VT 06 HT 06 Rött= förlängd/försenad aktivitet Verktygskompetens för ledtidsn d j f ma m j j a s o n d j f ma m j j a s o n d Delaktivitetsrapport P1 Analys av viktigaste ledtidstjuvar Ekonomi och ledtidsmodell 1.2 Förslag på lösningar för att minska ledtidstjuvar 1.3 Plan för implementering av projektresultat 1.4 Livskraftig kompetensplattform för verktyg P2 Användarvänlig återfjädringskompensering Delaktivitetsrapport P2 Datainsamling och utvärdering Utveckling användarvänlig återfjädringskompenser P3 Direkt gjutform Delaktivitetsrapport P3 Ekonomi, process, miljö- och ledtidsanalys 3.1 Arbetssätt (IT-metoder) för direkt gjutform 3.2 > 3.2 Praktiktest direkt gjutform PL: Projektledning S Workshops, styrgruppsmöten S Bild 4: En uppdaterad tidplan där röda fält motsvarar förseningar. Huvuddelen av projektet genomfördes i tid enligt planen. Målgrindar Uppfylld i tid Försenad Ej uppfylld 1.1 Vktigaste ledtidstjuvarna mellan design och tillverkning analyserade 1.1 x 1.2 Utvecklad ekonomi och ledtidsmodell för design till verktyg 1.2 x 1.3 Förslag på ledtidsminskning från analysen 1.3 x 1.4 Förslag på nytt arbetssätt vid produktframtagning av verktygsbunda komponenter. 1.4 x 1.5 Kompetensplattform utvecklad 1.5 x 1.6 Teknikspridning, framtida förvaltning av kompetensplattform 1.6 x 2.1 Utvärderat användning av enstegslösare för plåtformning redan i designstadiet 2.1 x 2.2 Utvärderat ny kommersiell programvara 2.2 x 2.3 State-of-the-art praktisk verktygskompensering 2.3 x Sen Rapport 2.4 Utvecklat användarvänlig modell för återfjädringskompensering av verktygsmodell. 2.4 x 2.5 Test på praktikfall 2.5 x Förlängd 3.1 Processteknisk, ekonomisk, ledtids- och miljömässig analys av digital gjutmodell 3.1 x 3.2 Utvecklat arbetssätt för konstruktörer och gjuterier med digital gjutform 3.2 x Förlängd Testat digital gjutmodell för ett mindre praktikfall, inkl. plan för implementering. 3.3 x Bild 5: Uppföljning av projektets målgrindar

10 Sida 10 (13) Avvikelser från projektplanen Delprojekt P2 behövde betydligt mer budget än planerat, bl a pga tekniska problem med uppscanning och modellering av verktyg. Därför flyttades 75 kkr från SweCasts budget i Delaktivitet P3 till SVT och IVF i P2, se även Bilaga 2. Den totala FoU-budgeten var oförändrad, kr. Teknikspridning Hittills utgivna publikationer - Delrapport Verktygskompetens för tillverkningsindustrin P2, Rapport om enstegslösare, Ramin Moshfegh, Roger Andersson, Peter Alm, Tomas Jansson - Bedömning inför återfjädringskompensering och kartläggning av simuleringsresultat från utvalda programvaror, Ramin Moshfegh, Peter Ottosson, Roger Andersson, Malin Syk, Anette Nilsson, Peter Alm, Tomas Jansson. - Examensarbetet Skärparametrarnas inverkan på ytkaraktären vid hårdfräsning av Niklas Lepa-Helgesson, Chalmers. (Examensarbete 29/2005, ISSN: ) - SNABBARE VERKTYGSFRAMTAGNING GENOM DIREKT GJUTFORM studie av olika metoder, Stefan Gustafsson Ledell, Rapport nr Planerade publikationer Boel Wadman är inbjuden som talare till 12th International Special Tooling and Machining Conference, juni 2007 i Joensuu, Finland med föredraget: Improving the efficiency in design and manufacturing of forming dies Boel Wadman 1 *, Ramin Moshfegh 1, Eva Troell 1, Peter Alm 2, Stefan Gustafsson-Ledell 3, Roger Andersson 4, Hans-Börje Oskarson 5, Leif Andersson 6 Två abstract om projektarbetets olika delar har blivit accepterade som föredrag vid IDDRG 2007, maj 2007 i Györ, Ungern: Numerical simulations and experimental verification of the springback occurrence at a multi-step sheet metal forming process Roger Andersson 1, *, Ramin Moshfegh 2, Peter Alm 3, Anette Nilsson 4, Tomas Jansson 5 and Boel Wadman 2 Methods to decrease the cost and lead time for sheet metal forming tools Boel Wadman 1*, Eva Troell 1, Peter Alm 2, Peter Ottosson 1, Stefan Gustafsson-Ledell 3, Roger Andersson 4, Leif Andersson 5

11 Sida 11 (13) Annan resultat- och kunskapsförmedling Projektmarknadsföring i Plåtforum, Värmebehandlingsforum, Teknik och Tillväxt och Svensk Verktygstekniks medlemsblad, Boel Wadman, Eva Troell, Malin Syk Verktygskompetens kortare ledtid för formade komponenter, Boel Wadman, Notis i Verkstäderna 1/2005 Projektmarknadsföring för Statssekr Sven-Erik Söder, Näringsdep, Boel Wadman Rätt formverktyg kan vara nyckeln till lönsamhet, Boel Wadman, Artikel i Verkstadstidningen 6/2005 Verktygsteknik Bilindustrins krav på reducerade kostnader och ledtider för verktygsframtagning, Erling Svensson, Volvo CBC, Föredrag på IUC i Olofströms Formningsseminarium, 10 maj Snabbare Verktygsframtagning 20 okt 2005, Två föredrag under Tekniska Mässan, Boel Wadman och Hans Reich (Referensgrupp, ProDesign) Konferens med verktygsrelaterade föredrag inom Formning av tunnplåt och rör mars 2006 i Värnamo (70 deltagare), bl a: Nader Asnafi, Volvo Cars, Blair Carlsson, Saab Automobile, Odd Sandberg, Uddeholm Tooling, Per Hansson, SSAB Oxelösund, Cornelia Barkebo, Glynwed AB. Nytt verktyg för svensk plåtindustri, artikel av Tomas Eriksson i VINNOVAnytt Nr 2/2006. Snabba gjutformar med 3D-printing, Ola Björk, Gjuteriföreningen, Artikel i Gjuteriet, Nr 3, Spridning av de öppna delarna av Kompetensplattformen till Plåtforums nätverk av 80 företag, för att få kommentarer, september Beskrivning av projektet i en samlingsartikel i Underleverantören, Sept-Oktober 2006 Verktygsframtagning i Sverige effektiv samverkan minskar ledtiden, Boel Wadman, Verktygslösningar för pressning och stansning av extra- och ultrahöghållfasta stål Tomas Jansson, Keramiska Verktyg för Plåtbearbetning, Cornelia F. Sundberg: föredrag under Effektiv Plåtbearbetning, Tekniska Mässan i Älvsjö, 3 6 oktober, samt bildspel och broschyrer i IVFs monter. Projektpresentation genom bildspel och broschyrer vid Elmia Subcontractor Reserapporten: BESÖKSRAPPORT FÖR STUDIERESA 2 TILL TYSKLAND, Stefan Gustafsson Ledell Verktygsmakarna får verktyg på webben, Monica Westman, Ny Teknik Automation Nr Presentation vid VINNOVAs programkonferens Effektiv Produktframtagning 30 nov 2006 i Linköping, Gert Nilson, Uddeholm Tooling, Boel Wadman, IVF, Greger Håkansson, IonBond Stor vikt har lagts vid teknikspridning i olika media lästa av verkstadsbranschen, se ovan. En aktiv projekthemsida har öppnats, och en offentlig projekthemsida har utvecklats tillsammans med projektgruppen.

12 Sida 12 (13) Övriga kommentarer Projektet Breddad kompetens genom ökad jämlikhet i plåt- och verktygsbranschen har finansierats av ESF-rådet i Göteborg. Projektgruppen i ToolComp har erbjudits att delta i kostnadsfri ledarskapsutbildning med syfte att utveckla företagets egen kompetens, samt i Workshop om kompetens under Delar av den aktiva företagsgruppen har initierat projektet Totalansvar för verktygsfunktionen inom VINNOVAs Komplexa Sammansatta Produkter som startade under året. Samarbete inom kompetensspridning har inletts genom diskussioner med deltagarna i MERA-projektet Kostnads- och ledtidsbesparande verktygstillverkning för fordonsindustrin. Beslut togs den 10 oktober att samäga Kompetensplattformen med detta projektkonsortium och "Olofström School for Automotive Stamping" för framtida kunskapsspridning. Förnyad kontakt har tagits med Svensk Industriförening med anledning av att Press- och Formföreningen byter ordförande, för att säkra att branschföreningens intressen bevakas under projektets slutfas. Intresse finns hos företagsgruppen att använda hemsidan som spridning av framtida svensk Verktygsforskning. Medel har erhållits genom Fordonsforskningsprogrammet för projektet Nodulärt gjutjärn i pressverktyg för avancerade plåtmaterial. Lärdomar ifrån projektarbetet Projektarbetet har kännetecknats av ett gott samarbetsklimat och ett stort intresse hos deltagande aktörer. En sammanställning av möjliga orsaker till detta gjordes på IVF efter slutmötet varav några redovisas nedan: - Den engagerade och drivande styrgruppen, som såg projektet som en möjlighet att utföra uppgifter av vikt för respektive företag - Den stora projektgruppen med stor mångfald inom kompetenser och roller för verktygens värdekedja var en förutsättning för snabb leverans av relevanta kommentarer till projektets mål och utförda aktiviteter. - Värdeflödesanalyserna tidigt i projektet lade en grogrund till effektivt samarbete mellan företagen, då en viktig lärdom från analyserna var att kommunikation och öppenhet minskar ledtid och kostnad - Nya frågeställningar togs upp inom ett för många akut ämne: kompetensförsörjning inom verktyg, vilket gav ett stort engagemang.

13 Sida 13 (13) - Att ha många möten på plats hos företagen gav möjlighet att lyssna in vad de olika aktörerna behövde, och ledde till att Kompetensplattformen och Ekonomimodellen inte blev onödigt komplexa att använda - Kombinationen med de praktiska delarna inom P2 och P3 gav stort intresse hos de företag som utförde experimenten - Drivande kontaktpersoner vid företagen såg till att projektresultaten marknadsfördes utåt samt, inte minst viktigt: till en utökad krets inom företaget. Projektledaren vill här framföra sitt varma tack till alla i projektgruppen som bidragit till ett så kreativt arbetsklimat att det medfört goda delresultat. Med detta följer en förhoppning om att resultaten och kompetensplattformen skall få en fortsatt användning. Stort tack till VINNOVA och ESF-rådet i Göteborg för medfinansiering och draghjälp vid marknadsföring av projektet. Göteborg den 31 januari 2007 Boel Wadman IVF Industriforskning och utveckling AB, boel.wadman@ivf.se