Delrapport 8. Rullformning

Relevanta dokument
Delrapport 10 Kantbockning

Delrapport 16 Materialrapport

Förenklad teori för R U L L F O R M N I NG av elementär V - PROFIL, jämförelse mellan normalt och höghållfast stål

Lokal värmebehandling av UHS med induktion

LättUHS Rapport 5. Trycksvarvning av ultrahöghållfasta stål. Boel Wadman, Swerea IVF

Rullformning av höghållfasta stål

Material föreläsning 4. HT2 7,5 p halvfart Janne Carlsson

Sammanfattningsrapport VAMP 15 - Formning av ultrahöghållfasta stål

Experimentella metoder, FK3001. Datorövning: Finn ett samband

Hållfasthetslära Lektion 2. Hookes lag Materialdata - Dragprov

LättUHS Rapport 18. Utbildningsmaterial. Lättviktprodukter i ultrahöghållfasta stål

Dragprov, en demonstration

Inlämning etapp 7b IKOT Grupp B5. INNEHÅLL Inlämning av etapp 7b IKOT André Liljegren Martin Johansson Katrin Wahlström

Lösningsförslag, Inlämningsuppgift 2, PPU203 VT16.

Defektreduktion vid svetsning av ho gha llfasta sta l

Tillverkare av maskiner för metallbearbetning. pressar valsverk stansar. tel. +46 (0)

Verktygskompetens för tillverkningsindustri Delaktivitet P2 Digital verktygsmodifiering

Livens inverkan på styvheten

Laboration 1 Mekanik baskurs

PPU408 HT15. Beräkningar stål. Lars Bark MdH/IDT

Tentamen i Hållfasthetslära AK

PPU408 HT15. Beräkningar stål. Lars Bark MdH/IDT

Stålrör Precisionsrör Form 500, 600, 800 och 1000

Eurokod 3 del 1-2 Brandteknisk dimensionering av stålkonstruktioner

Hållfasthetslära. Böjning och vridning av provstav. Laboration 2. Utförs av:

Hållfasthetslära. HT1 7,5 hp halvfart Janne Carlsson

Laboration 1 Mekanik baskurs

Lokal värmebehandling Rekristallisation- och mjukglödgning med hjälp av laser

Belastningsanalys, 5 poäng Balkteori Deformationer och spänningar

Angående skjuvbuckling

Lösning: B/a = 2,5 och r/a = 0,1 ger (enl diagram) K t = 2,8 (ca), vilket ger σ max = 2,8 (100/92) 100 = 304 MPa. a B. K t 3,2 3,0 2,8 2,6 2,5 2,25

TENTAPLUGG.NU AV STUDENTER FÖR STUDENTER. Kursnamn Fysik 1. Datum LP Laboration Balkböjning. Kursexaminator. Betygsgränser.

GJUTNING AV VÄGG PÅ PLATTA

EXPERIMENTELLA METODER LABORATION 2 UPPTÄCK ETT SAMBAND BALKEN

Att beakta vid konstruktion i aluminium. Kap 19

Material. VT1 1,5 p Janne Färm

RAEX ANY TIME, ANY WEAR

P R O B L E M

Belastningsanalys, 5 poäng Töjning Materialegenskaper - Hookes lag

Gyproc Handbok 7 Gyproc Teknik. Statik. Dimensionering Dimensionering av Glasroc THERMOnomic ytterväggar

& äe %s Statens väg- och trafikinstitut. VZfnotat. Nummer: V 04 - Datum: Titel: Inledande studier av tvåskiktsläggning av vältbetong

Material föreläsning 4. HT2 7,5 p halvfart Janne Färm

Laboration 1: Gravitation

Dimensionering i bruksgränstillstånd

Belastningsanalys, 5 poäng Tvärkontraktion Temp. inverkan Statiskt obestämd belastning

SKOG 2013 Om CA I:2012/SS-EN 14015:2005 samt om vunna erfarenheter

Mätning av fokallängd hos okänd lins

Laboration 1: Gravitation

Lipschitz-kontinuitet

Möjligheter och begränsningar hos höghållfasta stål

Rotationsrörelse laboration Mekanik II

Experimentella metoder 2013, Räkneövning 3

KRÄV MER AV DITT SLITSTARKA STÅL

STOCKHOLMS UNIVERSITET FYSIKUM

Stålrör. Precisionsrör Form 220 och 370

Då en homogen jämntjock stav töjs med en kraft F i stavens riktning, beskrivs spänningen σ på ett godtyckligt avstånd från stödpunkten som .

Skivbuckling. Fritt upplagd skiva på fyra kanter. Före buckling. Vid buckling. Lund University / Roberto Crocetti/

Skjuvning och skjuvspänning τ

Jigg för raka eggar SE-76

De fysikaliska parametrar som avgör periodtiden för en fjäder

Åtdragningsmoment - en hel vetenskap...

Beteende hos samverkansbjälklag med stål och betong utsatta för brand. Enkel dimensioneringsmetod

Laboration 2 Mekanik baskurs

Introduktion till CES

DokumentID Författare. Version 1.0

Föreläsning 8. NDAB02 Statistik; teori och tillämpning i biologi

HÅLLFASTHETSLÄRA Hållfasthetslärans grundläggande uppgift är att hjälpa oss att beräkna dimension och form hos en konstruktion så att den vid

Plastisk bearbetning. Prof. François Rondé-Oustau Göran Karlsson

Betongprovning Hårdnad betong Elasticitetsmodul vid tryckprovning. Concrete testing Hardened concrete Modulus of elasticity in compression

Innehåll. Bestämning av ojämnheter VV Publ. nr 2001:29 och tvärfall med rätskiva VVMB 107

Återblick på föreläsning 22, du skall kunna

VSMA01 - Mekanik ERIK SERRANO

Analys av lyftarm för Sublift. Stefan Erlandsson Stefan Clementz

PROFILE TECHNOLOGY IN USE

Plannja Lättbalk Teknisk information

Formning efter värmebehandling

Final i Wallenbergs Fysikpris

Laboration 1: Gravitation

Trendanalys av hydrografiska mätvärden (Olof Liungman)

Konstruktionsuppgift i byggnadsmekanik II. Flervåningsbyggnad i stål. Anders Andersson Malin Bengtsson

Lunds Tekniska Högskola, LTH

RULLPOLERING S.C.A.M.I.

En kort introduktion till. FEM-analys

Inverkan av limspridningen på formstabiliteten hos skiktlimmade skal. Dick Sandberg & Lars Blomqvist Växjö University, School of Technology &

Tentamen i Hållfasthetslära AK2 för M Torsdag , kl

Bronsbussning COB098F fläns DIN 1494

Formelsamling i Hållfasthetslära för F

SSAB Domex OPTIMERAT FÖR DIG OCH STÅL- KONSTRUKTIONER

SVÄNGNINGSTIDEN FÖR EN PENDEL

Skogsindustridagarna 2014 Utmattningsskador hos batchkokare?

Basplatta Styrplatta Borrhållare Inställningsmall Lupp Instruktion

Introduktion till Biomekanik - Statik VT 2006

Analys av belastning på räckesinfästning på tvärspänd platta

Tentamen i Hållfasthetslära AK

Material, form och kraft, F4

LättUHS Rapport 16. Teknik- och kunskapsplattformen LättUHS en plattform för lättviktsprodukter i ultrahöghållfast stål

3-8 Proportionalitet Namn:

LABORATION I HÅLLFASTHETSLÄRA AK1

Laborationsrapport. Joseph Lazraq Byström, Julius Jensen och Abbas Jafari Q2A. 22 april Ballistisk pendel

EXEMPEL PÅ FRÅGESTÄLLNINGAR INOM STATISTIK- TEORIN (INFERENSTEORIN):

Transkript:

Delrapport 8 Rullformning Boel Wadman, IVF Industriforskning och utveckling AB Lars-Olof Ingemarsson, IVF Industriforskning och utveckling AB Lars Ingvarsson, ORTIC AB 2002-08-21 ACCRA Teknik AB AK-Konsult Amada/Promecam AB AvestaPolarit AB Bendiro AB Chalmers Tekniska Högskola -Institutionen för byggnadsmekanik Ferruform AB Kanthal AB IM Institutet för Metallforskning AB IVF Industriforskning och utveckling AB ORTIC AB PRESS & PLÅTINDUSTRI AB Scandinavian CAD AB SSAB Tunnplåt AB Volvo Personvagnar AB VINNOVA

Rullformning Boel Wadman, Lars-Olof Ingemarsson, Lars Ingvarsson BOEL WADMAN,

Förord Denna delrapport beskriver arbete utfört inom projektet VAMP 15 Formning av Ultrahöghållfasta Stål, som delfinansieras inom NUTEK:s VAMP-program. I projektet deltar följande parter: ACCRA Teknik AB, AK Konsult AB, Amadapromecam AB, Avesta Sheffield AB, Bendiro AB, Kanthal AB, Ortic AB, Press & Plåtindustri AB, SSAB Tunnplåt AB, Scandinavian CAD AB, Ferruform AB, Volvo Personvagnar AB, Institutet för Metallforskning, IVF Industriforskning och utveckling AB, Chalmers Tekniska Högskola, Institutionen för byggnadsmekanik. BOEL WADMAN,

Innehållsförteckning Sammanfattning 3 1 Inledning 5 2 Material 6 3 Rullformning 7 3.1 Verktyg 7 3.2 Försöksmatris 8 3.3 Provningsförfarande 10 4 Utvärdering rullformning 12 4.1.1 Minsta möjliga formningsradie 12 4.1.2 Formriktighet 12 4.1.3 Statistisk analys 14 5 Resultat 15 5.1 Provningsresultat, utböjning av plåt 15 5.2 Minsta möjliga formningsradie 17 5.3 Återfjädring 19 5.4 Övrig formriktighet 22 5.4.1 Uppnådd radie 22 5.4.2 Höjdbåge 24 5.4.3 Sidbåge 26 5.4.4 Vridning 26 5.4.5 Ytvågighet: Våghöjd och våglängd 27 5.4.6 Neutrallager 27 6 Analys av resultaten 29 6.1 Inverkan av material 29 6.1.1 Minsta formningsradie 29 6.1.2 Återfjädring 30 6.1.3 Övrig formriktighet 31 6.2 Inverkan av processen 35 6.2.1 Ökande verktygsradie 35 6.2.2 Ökande antal rullpar 36 7 Rullformning av hattprofil 38 8 Rullfomning och efterföljande härdning 42 9 Sammanfattning rullformning 45 10 Referenser 46 BOEL WADMAN,

Sammanfattning Denna rapport behandlar delaktiviteten Rullformning med syfte att utvärdera hur användning av UHS påverkar resultatet vid rullformning av enkla balkprofiler. En V-profil med 60 graders verktygsvinkel (nominell innervinkel) valdes som typfall och tillverkades av 16 olika material med olika processinställningar. Dessutom tillverkades en hattprofil genom rullformning av vissa material, samt en U-profil genom rullformning och efterföljande härdning av borstål. Inverkan av förändringar i material och processparametrar på resultaten vid rullformning av V-profil redovisas nedan. Formningsresultat Ökad sträckgräns Byte från kolstål till rostfritt med samma sträckgräns Ökat antal rullpar Ökad verktygsradie (mer luftbockning) Minsta möjliga formningsradie r/t Nödvändig överbockning Q R * Q Q R K R R R R r/r nom R 1) Q Q Höjdbåge Q R Sidbåge Q * R Q (radie 5 mm) Vridning R * R Ytvågighet R Q Ökning R Minskning Ingen tydligt visad effekt * Ej analyserat 1) Kräver fortsatta undersökningar 3

Parameterlista α f α 0 α v β ε α formad bockningsvinkel efter återfjädring bockningsvinkel under formningen verktygsvinkel formad innervinkel sann töjning överbockningsvinkel under formningen K=α f /α 0 återfjädringskoefficient r formad innerradie r nom verktygets innerradie R p0,2 sträckgräns 0,2 % (teknisk) töjningsnivå R m t E k brottgräns plåttjocklek elasticitetsmodul överbockningskoefficient 4

1 Inledning Projektets huvudmål är att beskriva vad som händer vid införandet av ultrahöghållfasta stål (UHS) i produktionen. UHS betecknar stål med sträckgränser över 800 MPa. Tre metoder användes för att utvärdera formningen av UHS: rullformning, bockning enligt luftbockningsprincipen samt rullformning av borstål som sedan härdas. Denna rapport behandlar delaktiviteten Rullformning med syfte att utvärdera hur användning av UHS påverkar resultatet vid fullformning av enkla balkprofiler. En V-profil med 60 graders verktygsvinkel (nominell innervinkel) valdes som typfall (se bild 1) och tillverkades av 16 olika material med olika processinställningar. Dessutom formades också en U-balk med fläns av ett begränsat antal material, samt en U-profil av rullformat borstål som härdades efter formningen. Bild 1 Rullformning av V-balk, samt önskat profiltvärsnitt. 5

2 Material V-balkar formades av kolstål och rostfritt stål med tjocklekarna 0,5, 0,8 och 1,5 mm, se tabell 1. Formningen utfördes från förklippta 2 m långa och 54 mm breda ämnen. För en noggrannare beskrivning av materialen, se tabell 2 i 3.2 samt Delrapport 17: Materialrapport. Tabell 1 Materialtyp Legering Tjocklekar t (mm) Sträckgränsnivåer R p0,2 (MPa) Kolstål Kolstål UHS FeP06 SS EN 10130, DC06 Docol DP 1000-1400 0,8 1,5 208-50 0,8 1,5 800 1306 Borstål Docol Bo2 1,2 1,5 300 Rostfritt Rostfritt UHS AISI 304 SS 2331 AISI 301 SS 2331 HyTens 1000-1700 0,5 0,8 ca 300 0,5 0,8 1,5 1062 1559 De ultrahöghållfasta stålen hade brottgränser mellan 980 och 1768 MPa. Som referensmaterial med lägre hållfasthet användes kolstål med sträckgräns 210-285 MPa och rostfritt stål med sträckgräns ca 300 MPa. Ett borstål med tjocklek 1,5 mm och sträckgräns ca 300 MPa användes för att utvärdera skillnaden mellan att rullforma materialen i hårt tillstånd och att rullforma i mjukt tillstånd och därefter härda balkarna, se även kapitel 8. 6

3 Rullformning Rullformning är en variant av sekvensbockning, där en viss tvärsnittsgeometri formas mellan roterande rullpar, se Delrapport 2: Rullformning av höghållfasta Stål. Materialet bockas successivt genom att rullverktygens form och placering förändras för varje rullpar som plåten dras igenom. Hur många steg som behövs för formning av en viss geometri beror bland annat på materialet, hur snabbt man vill forma, om detaljen ska innehålla stansade hål och vilka toleranser som eftersträvas. I denna undersökning har mycket enkla geometrier undersökts. All provning utfördes på Bendiro AB i Falkenberg med verktyg tillverkade av Ortic AB i Borlänge. Provningen hade som mål att utvärdera nivåer för materialens formbarhet och formriktighet. Genom att variera verktygsradien och antalet formningssteg för att uppnå 60 graders innervinkel studerade vi också hur verktygskonstruktionen påverkar slutresultatet. Ingen efterföljande riktning utfördes vid provning. 3.1 Verktyg 1 2 3 4 5 6 7 8 Bild 2 Verktygssats för rullformning av 60 graders V-profil. För den önskade V-profilen gjordes bedömningen att fyra rullpar skulle vara ett lämpligt antal formningssteg vid produktion. Verktygen dimensionerades för att kunna prova både fler och färre antal rullpar. En verktygssats bestående av åtta rullpar som stegvis minskades med vinkeln 7,5o per sida tillverkades för försöken, se bild 2. Verktygen designades enligt praxis med konstant båglängd, vilket ska medföra att neutrallagrets läge räknat ifrån innerradien blir 0,3 0,4 t, se bild 3. Ett mål med provningen var att successivt öka verktygsradien, för att därigenom undersöka den minsta innerradie som kunde rullformas av de olika materialen. Verktygen anpassades för att klara formning av flera radier och plåttjocklekar med begränsad modifiering, vilket tvingade fram vissa kompromisser. Till exempel kunde inte verktygen ha en utskuren klack för sidostyrning av materialet eftersom olika radier skapar olika benlängder. 7

Bild 3 Varianter av verktygsdesign som påverkar neutrallagrets läge under rullformning (från L. Ingvarsson, Formning av Plåt 2000). Inget riktverktyg användes i slutet av formningen, vilket medför krökning av balkar av vissa material. Detta var avsiktligt för att kunna jämföra krökningen hos balkar av olika material och ur detta få information om spänningar i balkens längsriktning. Verktyget tillverkades i material SS 2260 som härdats till 60 62 HRC. Två finskär med bornitridverktyg efter härdningen gav en fin yta med R z = 1 µm. För att variera radien i vinkeln, finsvarvades innerrullarnas radie ned mellan varje provningsserie. Eftersom ytterrullarnas innerradie inte fylldes ut i motsvarande grad, innebär detta en större grad av luftbockning med ökande radie. För att skapa en likvärdig verktygsyta för alla försök bearbetades hela ytan på innerrullarna mellan försöken. Konstant spalt mellan inner- och ytterrulle praktiserades. 3.2 Försöksmatris V-formning med 3, 4 och 8 rullpar jämfördes 1. Alla material testades vid normalfallet som antogs vara 4 rullpar. Eftersom vi enbart hade tillgång till rostfritt och kolstål av samma tjocklek för 0,8 mm material, utfördes provning dessutom med 3 och 8 rullpar för denna tjocklek, se bild 4 samt tabell 2. Av varje variant gjordes trippelförsök, dvs tre 2-meters balkar formades. 1 Avsikten var initialt att prova 2, 4 och 8 rullpar, men det visade sig vara väldigt svårt att föra igenom plåten vid formning med enbart 2 rullpar. Lösningen blev att placera ytterligare ett rullpar före par 4 för att förbättra drivkraften av plåten genom formningen. Det första paret bidrog marginellt till formningen med 3 rullpar, eftersom den gavs större spalt än de efterföljande rullarna. Huvudfunktionen hos par 1 var här att styra in samt driva plåten igenom maskinen. 8

Bild 4 Formning med 3 rullpar: par 1, 4 och 8. Bild 5 Formning med 4 rullpar: par 2, 4, 6 och 8. Bild 6 Formning med 8 rullpar. En ofta rekommenderad hörnnradie vid rullformning är r = 3 x t. Vi valde därför r/t = 2/0,8 = 2,5 som referens och formade 0,8 mm-materialen vid radie 2 mm med alla varianter av rullpar. Vid denna provning mättes även återfjädringen av materialet mellan varje rullpar vid extra stopp vid maskinens framdrift. 9

Tabell 2 Material Provningsmatris. Rp0,2 (MPa) T (mm) 4 rullpar 8 rullpar 3 rullpar 304 (300) 285 0,5 X 301 (1000) = HyTens1200 1079 0,5 X 301 (1300) = HyTens 1400 1280 0,5 X 301 (1400) = HyTens 1500 1408 0,5 X 301 (1500) = HyTens 1700 1560 0,5 X FeP06 208 0,8 X X X Docol 1000 905 0,8 X X X 304 (300) 311 0,8 X X X 301 (1100) = HyTens 1300 1163 0,8 X X X 301 (1400) = HyTens 1500 1405 0,8 X X X Docol 1400 1306 0,8 X X X FeP06 285 1,5 X (x) Bocol 300 1,5 X (x) Docol 1000 799 1,5 X (x) 301 (1000) = HyTens 1300 1062 1,5 X (x) Docol 1400 1271 1,5 X (x) Docol 1200 1078 1,5 X (x) X = samtliga radier (x) = enbart radie 2,0 mm 3.3 Provningsförfarande Utrustningen som användes på Bendiro i Falkenberg var en rullformningsanläggning STAM för maximalt 15 rullpar, med drivning på nedre rullen. Centrumavståndet mellan rullarna i provutrustningen var 300 mm horisontellt och 120 mm vertikalt. Rullarna ställdes in med en extra spalt om 7-12 % av materialtjockleken genom manuell mätning, se bild 7. Följande spalt valdes för de olika plåttjocklekarna (mellanrum mellan rullarna): 10

Tabell 3 t spalt 0,5 mm 0,55 mm 0,8 mm 0,90 mm 1,5 mm 1,60 mm Bild 7 Mätning av spalten mellan rullarna gjordes med bladmått. Under försöken smörjdes rullarna in före varje verktygsomställning med TEXET TC 5850, ett teflonsmörjmedel. 11

4 Utvärdering rullformning 4.1.1 Minsta möjliga formningsradie Den minsta radie som kunde formas utan brott registrerades som verktygsradien r nom. Ytsprickor räknades som brott, och det noterades vilket rullpar som orsakade sprickan. 4.1.2 Formriktighet Mätning med mätmaskin Varje profil som tillverkades på Bendiro i Falkenberg uppmättes på IVF i en kordinatmätmaskin av typ Johanson Saphir. Mätspetsens radie var som minst 0,25 mm. Det krävdes att man tillverkade en fixtur som profilerna kunde vila i under mätning oberoende av krokighet och vridning. Bild 8 Mätning av hörnradie i Johansson mätmaskin. I mätmaskinen har följande parametrar valts för uppmätning, se bild 9. Uppnådd innerradie Innervinkel efter återfjädring, β Profilens bandbredd efter formning (benlängd) Krokighet i höjdled Krokighet i sidled Vridning (tvistning) Amplitud och våglängd hos ytvågigheten på ena profilväggen. 12

Bild 9 Uppmätta värden på formriktighet. Tre snitt per balk mättes för att få fram krokighet och vridning. I varje snitt sparades mätvärden från radie, återfjädring och bandbredd och krokighet, vridning etc. beräknades. Det slutliga resultatvärdet är ett resultat eller medelvärde från nio snitt för varje process- och materialkombination. För att få fram amplituden hos ytvågigheten mättes en 600 mm lång sträcka med 20 mm mellanrum utmed ena sidan av profilen, se bild 10. Från bandbredden räknades neutrallagret i profilen fram. Noggrannhet på uppmätningen var ca 3,5 µm. 13

Bild 10 Mätning av ytvågighet med mätmaskin. Skärmbildspresentation över ytvågigheten på en 600 mm lång sträcka med ca 20 mm mellan mätpunkterna. Amplituden (formfelet) räknas ifrån en beräknad medelyta. Våglängden var ca 300 500 mm. 4.1.3 Statistisk analys För att undersöka hur signifikanta de uppmätta resultaten var har effekten av materialtyp och antal rullpar studerats med statistisk analys, bland annat med variansanalys (ANOVA). Analysen användes för att undersöka effekten av antalet rullpar på ett flertal parametrar. Den grupp som undersöktes var de sex materialen med t = 0,8 mm, för alla försök upp till verktygsradie r nom = 3 mm. Skillnaden mellan rostfritt och kolstål undersöktes samtidigt. Jämförelsen mellan gruppen rostfritt och kolstål var svår att renodla eftersom gruppen rostfritt innehåller ett stål med betydligt högre sträckgräns än det mest höghållfasta kolstålet. Därför gjordes även försök att jämföra resultatparametrar (främst återfjädringen) dividerade med sträckgränsen. 14

5 Resultat 5.1 Provningsresultat, utböjning av plåt Vid formningen med förklippta ämnen uppstod svårigheter att mata in tjocka material, speciellt i få rullpar. Trots att uppställningen ändrades direkt till 3 rullpar var 1,5 mm-materialen svåra att trycka in i första formningssteget. Provningen utfördes med hastigheten 15 m/min eller 250 mm/s. Vid formning med 4 rullpar tog det alltså ca 1,2 s att glida genom ett rullpar och öka bockningsvinkeln α 0 med 30 grader. Vid r = 2 mm, t = 0,8 mm mättes utböjningen mellan rullparen p g a återfjädring vid avbrutna försök, se bild 11. Bild 13-15 samt tabell A1 i Appendix visar återfjädringen efter varje rullpar för några utvalda material, både referensmaterial och två kolstål och två rostfria UHS. Bild 11 Mätning av utböjning av plåten mellan rullpar. Bild 12 Återfjädring mellan rullpar 7-8. 15

Återfjädring mellan rullpar för kolstål material av olika sträckgränser 70 60 50 40 Refernsvinkel 30 FeP06 8 rullpar 20 Docol 1000 8 rullpar Docol 1400 8 rullpar 10 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Forming station Bild 13 Återfjädring mellan rullpar vid formning med 8 rullpar, kolstål. Återfjädring mellan rullpar för rostfritt material av olika sträckgränser 70 60 50 40 Referensvinkel 30 20 10 Rostfritt ref 8 rullpar HYTENSE 1100 8 rullpar HYTENSE 1400 8 rullpar 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Forming station Bild 14 Återfjädring mellan rullpar vid formning med 8 rullpar, rostfritt 16

Återfjädring mellan rullpar, olika antal rullpar, kolstål 70 60 50 40 30 20 Referensvinkel Docol 1400 8 rullpar Docol 1400 4 rullpar Docol 1400 3 rullpar 10 Formning 0 station 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Forming station Bild 15 Återfjädring mellan rullpar med jämförelse av olika antal rullpar vid formning av Docol 1400 material. 5.2 Minsta möjliga formningsradie Minsta möjliga radie per tjocklek som gick att forma med 4 rullpar utan tydliga ytsprickor visas i tabell 4-5 nedan, uppdelat mellan rostfria stål och kolstål. För 4 rullpar är alla material provade, medan data inte tagits fram för alla varianter. Observera att de redovisade siffrorna gäller för just denna provnings balkgeometri och verktygsspalter. 17

Tabell 4 Kolstål minsta r/t för 4 rullpar. Material R p0,2 (MPa) t (mm) Minsta r/t provad Minsta r/t utan spricka FeP06 208 0,8 0,63 0,63 Docol 1000 905 0,8 0,63 0,63 Docol 1400 1306 0,8 0,63 2,50 FeP06 285 1,5 0,33 0,33 Bocol 300 1,5 0,33 0,33 Docol 1000 799 1,5 0,33 1,33* Docol 1200 1078 1,5 1,33 1,33 Docol 1400 1271 1,5 0,33 1,33 * Kunde formas till r/t = 0,67 mm med 8 rullpar (ett gränsfall, då 5 mm av en balk av tre uppvisade ytsprickor). Tabell 5 Rostfritt minsta r/t för 4 rullpar. Material R p0,2 (MPa) t(mm) Minsta r/t provad Minsta r/t utan spricka 304 (300) 285 0,5 1,0 1,0 HyTens 1200 1079 0,5 1,0 1,0 HyTens 1400 1280 0,5 1,0 1,0 HyTens 1500 1408 0,5 1,0 1,0 HyTens 1700 1560 0,5 1,0 4,0 304 (300) 311 0,8 0,63 0,63 HyTens 1300 1163 0,8 0,63 1,25 HyTens 1500 1405 0,8 0,63 2,50 HyTens 1300 1062 1,5 0,33 1,33 För den minsta radien 0,5 mm, testades enbart 4 rullpar för material med t: 0,5 och 1,5 mm. Från och med r = 1 mm beslöts att de material som sprack vid formning med 4 rullpar även skulle formas med 8 rullpar. Detta minskade minsta möjliga r/t för ett material; Docol 1000. 18

5.3 Återfjädring Återfjädringen är återgången av den elastiska töjningen under formningsprocessen efter avlastning av formningskrafterna. Återfjädring anges ofta som kvoten mellan slutvinkeln α f (efter återfjädring) och den formade vinkeln α 0 under belastning, se bild 16. Här räknas verktygsvinkeln som: (1) α v = 180 - α 0 vilket då verktygsvinkeln är konstant 60 grader ger α 0 = 120 grader. Återfjädringskoefficienten K, som minskar med ökande återfjädring är för dessa försök: (2) K = α f α 0 α f = 120 Bild 16 Definition av använda vinklar vid bockning (Modifierad bild från Formningshandboken [1]). Vi har valt att presentera våra resultat i uppnådd innervinkel β samt i återfjädringskoefficienten K. Bild 17 visar hur återfjädringen ökar med ökande sträckgräns. Även större verktygsradie ger större återfjädring, se bild 18. Rostfria material har generellt högre återfjädring än ett kolstål med motsvarande sträckgräns, p g a lägre E- modul, samt möjligen ökat hårdnande. Detta gäller även för de undersökta UHSmaterialen. 19

85 Rullformade profiler med verktygsradien 60 grader Digrammet visar alla plåttjocklekar i kolstål (0,5 0,8 & 1,5 mm) och provning med 4 st rullpar kolstål, radie 0,5 mm, 80 kolstål, radie 1,0 mm, Kolstål radie 2,0 mm 75 Kolstål radie 3,0 mm 70 kolstål radien 5,0 mm Linjär (kolstål, radie 0,5 mm,) 65 Linjär (kolstål, radie 1,0 mm,) Linjär (Kolstål radie 2,0 mm) 60 Linjär (Kolstål radie 3,0 mm) Linjär (kolstål radien 5,0 mm) 55 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 sträckgräns (MPa) Bild 17a Diagram över vinkel β som funktion av sträckgräns, uppdelat i olika radier. Kolstål. 85 Rullformade profiler med verktygsradien 60 grader Digrammet visar alla plåttjocklekar i rostfritt (0,5 0,8 & 1,5 mm) och provning med 4 st rullpar Rostfritt, radie 0,5 mm, 80 Rostfritt radie 1,0 mm rostfritt radien 2,0 mm 75 rostfritt radie 3,0 mm rostfritt radien 5,0 mm 70 Linjär (Rostfritt radie 1,0 mm) 65 60 Linjär (rostfritt radien 2,0 mm) Linjär (rostfritt radie 3,0 mm) Linjär (rostfritt radien 5,0 mm) 55 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 sträckgräns (MPa) Linjär (Rostfritt, radie 0,5 mm,) Bild 17b Diagram över vinkel β som funktion av sträckgräns, uppdelat i olika radier. Rostfria stål. 20

Rullformade profiler med verktygsradien 60 grader Alla plåttjocklekar (0,5 0,8 & 1,5 mm) 4 st rullpar 100 95 90 85 80 75 70 65 60 Linjär (Kolstål radien 0,5 mm) Linjär (Rostfritt radien 0,5 mm) Linjär (Kolstål radien 2,0 mm) Linjär (Rostfritt radien 2,0 mm) Linjär (Kolstål radien 5,0 mm) Linjär (Rostfritt radien 5,0 mm) 55 50 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 Sträckgräns (MPa) Bild 18 Diagram över vinkel β som funktion av sträckgräns, linjära trendlinjer för olika radier. Endast UHS, uppdelat mellan kolstål och rostfritt. Återfjädringskoefficient (K= bockningsvinkel/120) för alla plåttjocklekar (0,5 0,8 & 1,5 mm) och provning med 4 st rullpar 1,100 1,000 Linjär (Kolstål radien 0,5 mm) 0,900 Linjär (Rostfritt radien 0,5 mm) 0,800 Linjär (Kolstål radien 2,0 mm) Linjär (Rostfritt radien 2,0 mm) 0,700 Linjär (Kolstål radien 5,0 mm) 0,600 Linjär (Rostfritt radien 5,0 mm) 0,500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 Sträckgräns (MPa) Bild 19 Diagram K mot sträckgräns. Uppdelat i olika radier. 21

Fler rullpar ger ökad återfjädring. För UHS med t = 0,8 mm erhölls en statistiskt signifikant skillnad enbart mellan 3 och 8 rullpar, men i bild 20 visas en tydligt ökande trend hos medelvärdet. Formad innervinkel 74 72 70 68 66 64 62 60 58 3 rullpar 4 rullpar 8 rullpar Bild 20 Inverkan av antal rullpar på uppnådd innervinkel β vid formning av UHS t: 0,8 mm, r: 0,5 3 mm. Medelvärde för 2 kolstål och 2 rostfria material. Återfjädringen ökar med ökat antal rullpar. 5.4 Övrig formriktighet 5.4.1 Uppnådd radie Uppnådd radie i förhållande till verktygsradien visas som funktion av sträckgränsen för olika verktygsradier i bild 21-22. Den erhållna radien blir generellt mindre än verktygsradien för de ultrahöghållfasta stålen, trots återfjädringen. Observera att mätfelen blir större ju mindre radie som mäts. Förhållandet mellan den uppnådda radien och verktygsradien minskar generellt med ökande sträckgräns. Uppnådd radie i förhållande till verktygsradie r nom visas i bild 21-22. 22

1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 Förhållande uppmätt radie/verktygsradie - Sträckgräns Diagramet visar resultatet för 4 st rullpar med alla plåtjocklekar 0,5 0,8 & 1,5 mm rostfritt radien 0,5 mm Kolstål radien 0,5 mm Rostfritt radien 1,0 mm Kolstål radien 1,0 mm Rostfritt radien 2,0 mm Kolstål radien 2,0 mm Rostfritt radien 3,0 mm Kolstål radien 3,0 mm Rostfritt radien 5,0 mm Kolstål radien 5,0 mm 0,5 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Sträckgräns (MPa) Bild 21 Förhållande mellan uppnådd radie och verktygsradie r/r nom som funktion av sträckgräns. Uppdelat på olika verktygsradie. Uppnådd radie minskar med ökande sträckgräns. 1,3 Förhållande mellan uppmättradie/verktygsradie och Sträckgräns Digramet visar resultatet för 4 st rullpar med alla plåtjocklekar 0,5 0,8 & 1,5 mm 1,2 1,1 1,0 rostfritt 0,9 0,8 Kolstål 0,7 0,6 0,5 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Sträckgräns (MPa) Bild 22 Förhållande mellan uppnådd radie och verktygsradie r/r nom som funktion av sträckgräns. Uppdelat på kolstål och rostfria stål. 23

Med ökande antal rullpar vid formningen ökade den erhållna radien. Detta visas för UHS 0,8 mm i bild 23 nedan. Formad radie/verktygsradie 1,2 1 0,8 0,6 r/rnom 0,4 0,2 0 3 rullpar 4 rullpar 8 rullpar Bild 23 Inverkan av antal rullpar på uppnådd innerradie jämfört med verktygsradie. Medel för 4 UHS med t: 0,8 mm, för r upp till 3 mm. r/r nom ökar och hamnar närmare 1 med ökande antal rullpar. 5.4.2 Höjdbåge Vid ökad sträckgräns inom de ultrahöghållfasta stålen minskar krökningen av balken i höjdled. Detta gällde främst för kolstål men inte så markerat för rostfritt. Rostfritt stål hade signifikant högre höjdbåge än kolstål. För rullformning med tre rullpar blev skillnaden mellan mjukt och UHS mycket stor i ett fall, se exempel i bild 24. 24

Bild 24 Formad balk med 3 rullpar i UHS Docol 1000 (rak balk) jämfört med mjukt kolstål. Höjdbåge hos rullformade profiler med verktygsradien 60 grader Digrammet visar alla plåttjocklekar (0,5 0,8 & 1,5 mm) och provning med 4 st rullpar 5,000 4,500 4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 rostfritt kolstål Rostfritt, radie 0,5 mm, kolstål, radie 0,5 mm, Rostfritt radie 1,0 mm kolstål, radie 1,0 mm, rostfritt radien 2,0 mm Kolstål radie 2,0 mm rostfritt radie 3,0 mm Kolstål radie 3,0 mm rostfritt radien 5,0 mm kolstål radien 5,0 mm 0,500 0,000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 sträckgräns (MPa) Bild 25 Diagram höjdbåge mot sträckgräns. 25

En statistisk analys visade att för t = 0,8 mm minskade höjdbågen för UHS med ökande antal rullpar, se även bild 26. Höjdbåge/balkmeter 3 2,5 2 1,5 Serie1 1 0,5 0 3 rullpar 4 rullpar 8 rullpar Bild 26 Inverkan av antal rullpar på medelvärde av höjdbåge (per 600 mm) för UHS 0,8 mm, r t o m 3 mm. 5.4.3 Sidbåge Uppmätningen av krökningen i sidled gav låga värden, med ett medel av 0,17 mm på 600 mm balklängd upp till radie 3 mm. Däremot uppmättes betydligt större värden vid verktygsradien 5 mm, där var sidbågen ofta större än höjdbågen. Trenden visar att spridning och höjd minskade med antal rullpar. Ingen statistiskt signifikant minskning av höjden uppvisades mellan 4 och 8 rullpar, däremot mellan 3 rullpar och flera. 5.4.4 Vridning Vridningen av balkens V-tvärsnitt minskade om man ökade antalet rullpar från 3 till flera, se bild 27 nedan. 26

Vridning/balkmeter för olika antal rullpar och radier 25 20 15 r=0,5 r= 1 r=3 10 5 0 3 rullpar 4 rullpar 8 rullpar Bild 27 Vridning per meter balklängd UHS 0,8 mm r t.o.m. 3 mm. 5.4.5 Ytvågighet: Våghöjd och våglängd Våghöjdens värde är typiskt 0,6 1,2 mm. Våglängden 300 500 mm motsvarar avståndet mellan rullparen (300 mm). Våghöjden sjunker och har mindre spridning med ökad verktygsradie. Inverkan av ökat antal rullpar: Det sker ingen signifikant ökning av våghöjdens värde, men spridningen ökar hos våghöjden i sidornas plan med fler antal rullpar. 5.4.6 Neutrallager Neutrallagret räknas fram genom följande formel, som ger r n r; avståndet till neutrallagret i mm från innerradien. uppmätt bandbredd b b 3) 1 2 r (180 β ) 180 27

Där b 1, 2 är de uppmätta benlängderna utanför radiebågen. Neutrallagret låg i många av balkarna nära 0,5 t, men det var en stor spridning i de uträknade värdena. Inget tydligt samband mellan neutrallagrets läge och variation i r/t, r eller sträckgräns kunde klarläggas, se även bild 28. 0,700 Rostfria material 0,5 mm tjocka med 4 rullpar neutrallagret (N.L) genom R/t 0,600 Radie 0,5 mm 0,500 Radie 1,0 mm 0,400 0,300 Radie 2,0 mm 0,200 Radie 3,0 mm 0,100 Radie 5,0 mm 0,000 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 R/t Bild 28 Neutrallagret för olika material. 28

6 Analys av resultaten 6.1 Inverkan av material 6.1.1 Minsta formningsradie En minsta bockningsradie per plåttjocklek r/t brukar anges av materialleverantörer som vägledning vid dimensionering. Ur materialsynpunkt är maximal töjning i ytterfibern ofta den begränsande faktorn för hur små radier som kan formas innan materialet spricker. Töjningen i ytterfibern är enligt en enkel formel för teknisk töjning [2]: 4) ε = 1 2r + 1 t Formeln underskattar töjningarna i de fall då t är betydligt större än r, vilket inte är fallet vid dessa försök. Om neutrallagret flyttas mot innerradien kommer huvuddelen av formningen i radien att vara sträckning. Vid formning av små radier kan flera effekter uppstå: Stål med stort deformationshårdnande byter bockningsvinkel, dvs glidningar i sidled i balken kan uppstå. En annan effekt är plastisk kollaps av materialet i bockningsradien, vilket kan ge mindre radier än verktygsradien. Denna effekt uppstår främst i material med lågt deformationshårdnande, se även Delrapport 5 VAMP15 av L Ingvarsson. En förtunning i materialet i bockningsradien uppstår generellt vid luftbockning, och detta medför töjning i bockens längsriktning. Vid rullformning sker dessutom stora töjningar i profilens ytterkanter, vilket gör att det bockade hörnet istället blir kortare än kanterna. Resultaten av denna provning, att uppnådd radie minskar med ökande sträckgräns kan bero på plastisk kollaps av radien. Andra orsaker till de små radier som uppmätts kan vara mikrosprickor i ytterfibern, som inte går att se med lupp, eller att radiens form avviker mycket ifrån en ideal cirkelbåge. Det senare fallet kan ge avvikelser när mätmaskinens program omvandlar mätvärden till en radie. 29

6.1.2 Återfjädring För höghållfasta material blir den elastiska återfjädringen relativt stor jämfört med mjuka stål. Rostfritt stål visade sig ha högre återfjädring än kolstål vid samma sträckgräns. Detta kan bero på att rostfritt material har högre hårdnande. För dessa material kan det vara mer relevant att jämföra med medelvärdet av R m +R p0,2 istället, se nedan. Vid den statistiska analysen av t = 0,8 UHS-stål visade det sig att vinkel/sträckgräns var högre för rostfria material än för kolstål. Detta bekräftas av den lägre lutningen på de linjära trendlinjerna för rostfritt för stora radier i bild 17. Att dimensionera med UHS, val av överbockningsvinkel Ett av projektets mål var att utveckla en överbockningsformel tillämplig för ultrahöghållfasta stål. Teorin bakom detta beskrivs i Delrapport 5 VAMP 15. Den utvecklade formeln kallas nedan förenklad Ortic-formel. Återfjädringskoefficienten K betecknas: 5) K = α f α 0 En annan vanlig dimensionsterm är överbockningsvinkeln [3]: α f 6) α = α α f = f K α 0 Ur materialdata erhålls följande empiriska formel för överbockningsvinkeln för varmvalsade stål [6] 7) α = 0,0143 0,94 R e Ri ( ) t 0,1 Den förenklade Ortic-formeln för överbockningsvinkel ges av: 8) k = 1,75 ( Rp R )( r t) 0,2 m nom + Et I projektet utvärderades Ortic-formeln genom jämförelser med experimentens återfjädring. 30

4 Relativ överbock teorivärde / exp.värde rostfritt material t=0,8 mm 4 rullpar radier 0,5-1,0-2,0-3,0-5,0 mm 5,663 5,988 3 2 1 0-1 -2-9,942 Bild 29 Återfjädring uträknat med Ortic-formeln, relativt experimentella värden för V-profiler formade i 4 rullpar, material med t= 0,8 mm, rostfritt stål. Värdet 1 motsvarar överensstämmelse mellan teori och praktik. Relativ överbock teorivärde / exp.värde kolstål material t=0,8 mm 4 rullpar radier 1,0-2,0-3,0-5,0 mm 4 6,7 3 2 1 0 4933,5 64,8-1 -2-1,99 Bild 30 Återfjädring uträknat med Ortic-formeln, relativt experimentella värden för V-profiler formade i 4 rullpar, material med t= 0,8 mm, kolstål. 31

Sammanfattning av överbockningsformelns överensstämmelse med experimenten: Mjuka material underskattas förutom för radie 5,0 mm som är överskattad. Nedanstående matris sammanfattar kort hur Ortic-formeln för överbockning överensstämde med praktiska försök för både kolstål och rostfritt. God överensstämmelse teori/praktik Sämre överensstämmelse teori/praktik 4 rullpar och tunnare plåttjocklek Mjuka material 4 rullpar och höghållfast stål 8 rullpar gav något sämre överensstämmelse än 4 rullpar Små radier hade bättre överensstämmelse för rostfritt än för kolstål Höghållfasta material med större radier Liten radie gav större skillnader än större radier 3 rullpar 6.1.3 Övrig formriktighet Samverkan återfjädring formad radie Statistisk analys av 0,8 mm material visade att r/r nom ökar med ökad vinkel. Eftersom återfjädringen gör att vinkel och radie ökar, är detta en naturlig korrelation mellan två resultat. Som tidigare konstaterats ökar både erhållen vinkel och radie med ökande antal rullpar. Höjdbåge Även om höjdbågen minskade radikalt för ett antal höghållfasta balkar av kolstål formade med få rullpar jämfört med låghållfast stål, var det ingen generell trend att höjdbågen minskade med ökad sträckgräns. Beräkning av höjdbåge Två formler för beräkning av höjdbåge redovisas i Delrapport 5 VAMP 15, se även bild 31-32 samt 6.2.2. 32

Relativ amplitud teorivärde / exp.värde kolstål material t=0,8 mm 4 rullpar radier 0,5-1,0-2,0-3,0-5,0 mm 3,0 3,569 5,210 12,296 3,621 5,027 3,678 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Bild 31 Höjdbågens amplitud uträknad med Ortic-formeln, relativt experimentella värden för V-profiler formade i 4 rullpar, material med t= 0,8 mm, kolstål. Relativ överbock teorivärde / exp.värde rostfritt material t=0,8 mm 4 rullpar radier 0,5-1,0-2,0-3,0-5,0 mm 4 5,663 5,988 3 2 1 0-1 -2-9,942 Bild 32 Höjdbågen uträknad med Ortic-formeln, relativt experimentella värden för V-profiler formade i 4 rullpar, material med t= 0,8 mm, rostfritt. 33

Sammanfattning av överensstämmelse mellan beräkning av höjdbåge med aktuella experiment: Höjdbågen för kolstål blir mer överskattad i teorin än vad praktiska experiment visade. Höjdbågen för rostfria material blir överlag underskattad. Nedanstående matris sammanfattar kort för vilka försök teorin för höjdbåge överensstämde med praktiska försök. God överensstämmelse teori/praktik Höghållfasta material med större radier Sämre överensstämmelse teori/praktik Mjuka material De mest höghållfasta materialen blir överskattade Liten radie hade större skillnader än större radier 34

6.2 Inverkan av processen 6.2.1 Ökande verktygsradie Vid ren luftbockning av lågkolhaltiga kolstål ökar återfjädringen med ökande bockningsradie, dvs återfjädringskoefficienten K minskar med ökande r/t. Exempel för kolstål: K minskar från 0,99 till 0,97 när r/t ökar från 1 till 10, som är det maximala förhållandet i våra försök. [3]. Inverkan av större luftbockning i rullformningsverktyg: Eftersom materialet förtunnas i radiedelen, uppstår inte kontakt mellan profil och underverktyg vid rullformning av den typ som utförs i försöken (konstant spaltbredd i vinklarna). Skillnaden i luftbockning mellan 0,5 och 1 mm radie (lite luftbockning) bör därför vara liten. När ett stort gap förekommer i underverktyget, som för större radier i dessa försök, finns plats för materialet att glida, och skillnad i benlängd kan lättare uppstå. Radie/verktygsradie, olika antal rullpar och olika radier 1,2 1 0,8 0,6 r= 0,5 r= 1 r=2 r= 3 0,4 0,2 0 3 rullpar 4 rullpar 8 rullpar Bild 33 r/r nom för olika verktygsradier och olika antal rullpar, UHS t = 0,8 mm. Den relativa skillnaden mellan uppnådd radie och verktygsradie ökar med ökande verktygsradie. Vid den statistiska analysen av 0,8 mm UHS kan inte detta utläsas, se bild 33. Med 8 rullpar blir förhållandet r/r nom nära 1 för både 2 och 3 mm radie. Radien ökar med ökande återfjädring, se även 6.2.2 nedan. 35

Inverkan av ökad luftformning vid större radier märktes främst på att balkarna gled mer i sidled vid formning med 3 rullpar och stora radier >2 mm. 6.2.2 Ökande antal rullpar Minsta möjliga formningsradie Fler rullpar minskar bockningsvinkeln per rullpar och påverkar materialet genom att fler steg av in- och utfjädring av vinkeln sker före slutlig form. Hårdnandet sker i flera steg, vilket tydligen inte inverkar negativt på formningen i dessa försök. Alla material som provades med 8 rullpar kunde formas med mindre eller lika stor verktygsradie som för 4 rullpar. Den minskade vinkeländringen ger lägre andel plastisk deformation per steg, vilket verkar gynnsamt på möjligheten att sträcka materialet i radiens ytterfiber. I tabell 4 5 för minsta möjliga formningsradie anges verktygsradien r nom /t vilket ibland skiljer sig från den uppmätta slutradien. För Docol 1400 är till exempel uppnådd r/t enbart 70 % av vad som anges i Tabell 4. Återfjädring Återfjädringen ökar signifikant med ökande antal rullpar. Fler rullpar med lägre bockningsvinkel per formningssteg ger större andel elastisk deformation per rullpar, vilket gynnar återfjädringen. Dessutom minskar risken för stukning av radien p g a kollaps. Övrig formriktighet Radie efter återfjädning Resultaten visar att radien efter återfjädring ökar med ökande antal rullpar, vilket hänger samman med ökningen i återfjädring. För små radier skulle färre rullpar kunna ge mindre radie än nominellt. Om neutrallagret flyttas mot innerradien sker troligen stukning i radien, vilket ger mindre radie än verktygsradien. Höjdbåge Balkens krökning i höjdled är en egenskap som i normal produktion elimineras genom riktning eller valsning av radien. Krökningen uppstår av två skäl: 1 Egenspänningar i hörnet i längdled förkortar hörnet (kan motverkas genom riktning eller utvalsning av hörnradien) 2 Ytterkantförlängning: resttöjning av benens ytterkant vid vinkeländring mellan rullparen, se bild 34 (kan motverkas genom en riktstation). 36

L b β L=cxV c Bild 34 Förlängning av profilens sidor under informning i rullparen kan orsaka att profilen kröks kring hörnet. (bilder från Ditges och Tölke, se Delrapport 5 VAMP 15) Resultaten visar en trend att spridning och höjd på höjdbågen minskar med ökande antal rullpar. Ingen statistiskt signifikant minskning av höjden visas mellan 4 och 8 rullpar, däremot är det en signifikant skillnad mellan 3 rullpar och flera. Sidbåge De låga värdena på sidbågen för små radier ändrades helt vid radie 5 mm. Detta kan ha ett samband med att luftbockningen är större och sidoglidningen för höghållfasta stål blir större i verktyget. Vridning Vridningen minskade med ökande antal rullpar, UHS t=0,8 mm visade en statistiskt signifikant skillnad mellan 3 rullpar och fler. Fler rullpar ger större chans för balken att riktas under formningen. Material som hårdnar snabbt och ger glidning i bockvinkeln kan stabiliseras av att fler rullpar håller materialet. Ytvågighet Våglängden 300 500 mm för ytvågigheten ligger nära avståndet mellan rullparen (300 mm). Eftersom rullformning är en kontinuerlig process som löper över hela materiallängden är det inte troligt att avståndet har en direkt inverkan. Våghöjden sjunker och har mindre spridning med ökande verktygsradie. Neutrallager: Den stora spridningen i resultaten kan bero på mätfel vid små radier. 37

7 Rullformning av hattprofil På Bendiro i Falkenberg gjordes även försök med att rullforma hattprofiler. Samma material som vid V-profilformningen användes med 0,8 mm tjocklek, längd 2 meter och bredd 54 mm. Provade material Rostfria stål 304 (300) HyTens 1300 HyTens 1500 Kolstål FeP06 Docol 1000 Docol 1400 Rullformningsverktygen som användes var dimensionerade för material med tjockleken 0,7 mm. De material som provades var alla av tjockleken 0,8 mm. Detta bedömdes inte orsaka några problem just för denna provning då extra toleranser, finns men det skulle slita mycket på verktygen vid produktion i långa serier. Verktygssatsen bestod av 6 stycken rullpar, se bild 40. Tre hattprofiler för varje material rullformade och mättes sedan upp för hand på IVF med ett elektroniskt skjutmått. Här mättes vinkelrätheten upp för profilen mellan punkterna A och B (se skiss nedan). Även amplituden av höjdbågen över en längd av 1 000 mm mättes upp på profilens undersida. För parallelliteten av sidorna gjordes på samma sätt som för de uppmätta rullformade V-profilerna en mätning av tre snitt för att få ett medelvärde för varje profil. Mätning A Mätning B Mätning skillnad i paralellitet Mätning av bågighet Bild 35 Mätning av återfjädring: A-B. 38

13,4 11,5 11,4 radie ca 2,2 mm Bild 36 Hattprofilens yttermått Resultat av återfjädringsmätning redovisas i diagrammet nedan. Uppmätning av parallellitet i rullformad hattprofil materialtjocklek 0,8 mm H 301(1500) F 301 (1000) E 304(300) C Docol1400 B Docol1000 A FeP06-0,30-0,20-0,10 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 mm Bild 37 Återfjädring (parallellitet) hos rullformade hattprofiler. Medelvärde och standardavvikelse. Material F är HyTens 1300, Material H är HyTens 1500. 39

Måttskillnaderna för stålsorterna emellan är väldigt små då storleksordningen på felet är en tiondels mm. Flera material har negativ återfjädring (inåtlutande väggar). Det rostfria höghållfasta materialet med en sträckgräns kring 1 500 MPa har en klar tendens till återfjädring med nästan 0,3 mm. Skillnad på höjbågens amplitud kan ses i nedanstående diagram. Uppmätning av bågformen på sträckan över 1000 mm rullformade hattprofiler i 0,8 mm tjocklek 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 A FeP06 B Docol1000 C Docol1400 E 304(300) F 301 (1000) H 301(1500) -2,00-4,00 Bild 38 Bågform per balkmeter hos rullformad hattprofil av olika material. De rostfria materialen hade generellt högre båge än kolstålen med samma sträckgräns. Material F är HyTens 1300, Material H är HyTens 1500. Material H som har en sträckgräns kring ca 1500 MPa klarade inte helt rullformningsprocessen för hattprofilerna. Det finns en klar sprickbildning i radierna för profilen. De material som provades var alla av tjockleken 0,8 mm, och verktyget var dimensionerat till 0,7 mm material. Spalten var alltså något mindre än vanligt, vilket kan förklara de något negativa återfjädringarna hos flera material. 40

Bild 39 Sprickbildning i material H som är rostfritt HyTens 1500. Bild 40 Rullformningsverktyg för hattprofil. 41

8 Rullformning och efterföljande härdning Hos ACCRA Teknik AB i Öjebyn har man rullformat en U-profil följt av härdning. Detta gjordes i projektet för att undersöka huruvida härdning efter formning påverkar profilen med avseende på formriktighet. Materialet som användes var 1,5 mm borstål med sträckgränsen ca 300 MPa före härdning. Detta material formades också till V-profiler med avsikt att härdas efteråt. Eftersom V- profilerna var krökta, kunde dessa inte härdas i befintlig process, och U-profilerna togs i stället fram som referensobjekt. Processen för profilen ser ut som nedan: Material på coil Rullformning Eventuell svetsning av sluten profil Induktionshärdning Kylning med vatten Kapning med slipskiva I detta försök togs 3 U-profiler fram enbart med rullformning och jämfördes med 3 profiler som genomgått hela processen ovan. Hållfastheten på de härdade profilerna har inte mätts upp, men kan jämföras med 1 mm härdat borstål i detta projekt, vars sträckgräns var 1068 MPa, och brottgräns 1473 MPa, se Delrapport 11 VAMP 15. Formen på profilerna visas i bild 41. Resultat Radiemässigt syns inga större skillnader mellan härdad och ohärdad profil. Ytterradien ligger mellan 3,1 mm 3,4 mm för båda profilerna. Återfjädringen skiljer sig något mellan ohärdade och härdade balkar. För härdat material verkar det som om materialet drar ihop sig något varför återfjädringen blir större på det ohärdade materialet än det härdade. Tre profiler av varje sort mättes upp. Tre snitt mitt på varje profil mättes för att jämföra bredden, se bild 41 nedan. 42

Bild 41 Beskrivning av vad som räknats som ovansida respektive undersida i förhållande till profilen Tabell 6. Mätningsresultat av bredden på härdad och ohärdad U-profil av borstål. Ohärdad profil Härdad profil ovansida bredd (mm) undersida bredd (mm) skillnad ovansida bredd (mm) undersida bredd (mm) skillnad 33,48 34,79 1,31 33,00 33,36 0,36 33,32 34,87 1,55 32,99 33,39 0,40 33,28 33,98 0,70 33,12 33,36 0,24 medel 33,36 34,55 1,19 33,04 33,37 0,33 33,17 33,92 0,75 33,07 33,47 0,40 33,2 33,96 0,76 33,06 33,37 0,31 33,22 33,76 0,54 33,17 33,36 0,19 medel 33,20 33,88 0,68 33,10 33,40 0,30 33,1 33,55 0,45 33,07 33,54 0,47 33,13 33,64 0,51 33,05 33,33 0,28 33,05 33,45 0,40 33,08 33,33 0,25 medel 33,09 33,55 0,45 33,07 33,40 0,33 medel tot. 0,77 medel tot. 0,32 43

Övre profil: Härdad Undre profil: Ohärdad Bild 42 Skillnad i återfjädring mellan härdad och ohärdad profil. Observera att skillnaden dem emellan just vid balkändan har uppkommit vid kapning av profilerna. mm 1,40 Återfjädring av tre U-profiler i Bocol, ohärdat samt härdat med ACCRA-metoden 1,20 1,00 Ohärdad Härdad 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 1 2 3 Bild 43 Återfjädring av de tre ohärdade och de tre härdade balkarna. I övrigt fanns inga synbara skillnader eller defekter. 44

9 Sammanfattning rullformning Inverkan av förändringar i material och processparametrar på resultaten i den rapporterade undersökningen visas nedan. Formningsresultat Ökad sträckgräns Byte från kolstål till rostfritt med samma sträckgräns Ökat antal rullpar Ökad verktygsradie (mer luftbockning) Minsta möjliga formningsradie r/t Nödvändig överbockning Q R * Q Q R K R R R R Erhållen radie/verktygsradie R 1) Q Höjdbåge Q R Sidbåge Q * R Q (radie 5 mm) Vridning R * R Ytvågighet R Q R Ökning Minskning Ingen visad effekt, eller ej tydlig trend * Ej analyserad effekt 1) Kräver fortsatta undersökningar 45

10 Referenser [1] Formningshandboken, SSAB Tunnplåt AB [2] Mechanical metallurgy [3] Plåtformning, Ulla Öhman m. fl. Luleå Tekniska Högskola 46

Appendix Tabell A1 Mätning av utböjning av plåten mellan rullpar (horisontal bandkantsbredd i mm) vid extra stopp under rullformningsförsök av V-profil. Mätning efter rulle 1 Mätning efter rulle 2 Mätning efter rulle 3 Mätning efter rulle 4 Mätning efter rulle 5 Mätning efter rulle 6 Mätning efter rulle 7 Mätning efter rulle 8 Önskad vinkel 7,5 15 22,5 30 37,5 45 52,5 60 Kolstål FeP06 Docol 1000 Docol 1400 Rostfritt 304 (300) HyTens 1300 HyTens 1500 8 rullpar 6,33 13,25 20,51 28,32 35,91 42,72 49,92 57,38 4 rullpar 14,01 28,72 43,13 57,74 3 rullpar 5,93 28,74 57,92 8 rullpar 2,21 8,19 14,84 21,78 30,68 36,84 43,79 52,29 4 rullpar 6,71 24,27 38,95 54,79 3 rullpar 5,05 25,59 56,36 8 rullpar 1,10 5,52 13,45 20,68 27,31 35,04 42,43 49,22 4 rullpar 1,56 20,48 36,04 51,31 3 rullpar 3,31 22,60 54,80 8 rullpar 0,00 5,41 12,71 20,25 30,38 34,87 41,99 49,48 4 rullpar 3,98 21,14 36,33 52,64 3 rullpar 0,00 23,12 54,06 8 rullpar 2,21 5,94 13,63 19,45 27,76 33,97 41,64 50,41 4 rullpar 4,94 21,15 36,35 52,08 3 rullpar 0,00 22,98 54,52 8 rullpar 1,91 5,29 12,21 19,75 26,49 34,14 41,46 48,55 4 rullpar 4,55 20,43 35,57 51,76 3 rullpar 0,00 22,35 53,50 47