LättUHS Rapport 18 Utbildningsmaterial Lättviktprodukter i ultrahöghållfasta stål
Sida 2 (13) Sammanfattning Denna rapport är en sammanställning över framtaget utbildningsmaterial i projektet Lättviktprodukter i ultrahöghållfasta stål (LättUHS). Projektet genomfördes april 2006 till december 2008. Material är lämpligt för utbildning i användning av UHS för konstruktörer, produktionstekniker, reparationsverkstäder, försäkringsbolag m.fl. intressenter. Delar av materialet kan också användas av högskolor för utbildning av civilingenjörer eller motsvarande. 2
Innehåll Lärarhandledning 4 Bakgrund till projektet 5 Formningsteknik 6 Rullformning 6 Ändformning vid en rullformningslinje 7 Fogningsteknik 8 Svetsbarhetsbedömning 8 Mutterstansning 8 Reparation 10 Reparation med punktsvetsning 10 Riktning av balkar vid krockskador 11 Konstruktion och dimensionering 12 Sammanfattande material 13
Sida 4 (13) Lärarhandledning Detta utbildningsmaterial är framtaget i projektet Lättviktprodukter i ultrahöghållfasta stål (LättUHS) som genomfördes april 2006 till december 2008. Temaprojektet ingick i VINNOVA s program för Lätta Material och lättviktskonstruktioner. Detta utbildningsmaterial är avsett för konstruktörer, produktionstekniker, reparationsverkstäder, försäkringsbolag m.fl., som arbetar med UHS-material och vid utbildning av civil- eller högskoleingenjörer. All tillgänglig/öppen information och bilder som presenteras i detta material får alltså disponeras fritt i utbildningssyfte på företag och högskolor. Delar av materialet är dock fortfarande sekretessbelagt och kommer inte att vara tillgängligt förrän 2011-05-01. Vid frågor kring detta material kontakta: Daniel Wiklund Adress: Swerea IVF AB Box 104, SE-431 22 Mölndal Telefon +46 31-706 60 00 Mail: daniel.wiklund@swerea.se 4
Sida 5 (13) Bakgrund till projektet Bakgrunden till projektet har varit marknadens drivkraft att reducera vikten på olika komponenter. Drivkraften har varit stark men samtidigt har acceptansen för ett högre pris varit liten. Genom detta motsatsförhållande har de ultrahöghållfasta stålen, s.k. UHS material, kommit i fokus genom att de kombinerar hög prestanda och förmånligt pris jämfört med andra högpresterande material. Stål har dessutom fördelen jämfört med andra lättviktmaterial att grundkompetens finns i svensk verkstadsindustri. Förändringar i det industriella produktionssystemet blir också mindre vid övergång till mer avancerade stål än vid andra totala materialbyten då stora systemförändringar kan krävas. UHS materialen kan alltså ge stora möjligheter till ökad vikteffektivitet men kräver samtidigt nya lösningar både i produktion och i konstruktion av komponenter jämfört med de traditionella stålen. Projektet LättUHS genomfördes därför med syftet att svenska verkstadsföretag tidigare än sina konkurrenter skulle kunna erbjuda vikteffektiva och konkurrenskraftiga produkter som bygger på smart användning av UHS. UHS utgör idag en liten del av den svenska industrins materialanvändning, uppskattningsvis under 1%. En realistisk potential på fem års sikt är en andel för tunnplåtprodukter på 5%. Detta skapar förutsättningar för bred industriell tillväxt i Sverige med unika och konkurrenskraftiga produkter. Sverige kan här få en fördel jämfört med lågkostnadsländer genom att snabbare införa den kunskapsintensiva UHS teknologin. Exempel på problem med UHS är svårigheterna att nå eftersträvade geometrier med konventionell tillverkningsteknik på grund av UHS begränsade formbarhet. Problem kan också finnas att klippa eller stansa UHS. Dagens fogningsteknik fungerar ofta inte för UHS. Användning av de nya stålen skapar problem i reparationsverkstäder genom de begränsade tekniska möjligheter som där finns tillgängliga. Lösningarna på dessa problem finns i nya tillverkningsmetoder och nya konstruktionslösningar. De tillverkningstekniska lösningar bygger på känd teknik som idag används i begränsad omfattning. Dessa lösningar är direkt applicerbara på de målobjekt som har varit aktuella i detta projekt men användbarheten är bred i svensk verkstadsindustri. Detta gäller även de konstruktionstekniska lösningarna. De är tillämpbara både på de aktuella viktrelaterade målobjekten och för konstruktioner i UHS generellt. Detta utbildningsmaterial är indelat i ett antal delområden som tillsammans innefattar utvecklingsprocessen av nya produkter. Inom dessa områden behandlas konstruktion och dimensionering och ny formnings-, verktygs-, fognings- och reparationsteknik. 5
Sida 6 (13) Formningsteknik I detta avsnitt så beskrivs riktlinjer för val av produktionsupplägg för effektiv formning av UHS-material map teknik, ekonomi och miljö. Genom experimentella försök har formningsgränser tagits fram för rullformning, ändformning och trycksvarvning. Rullformning Intresset för rullformning har ökat under de senaste åren eftersom den är kostnadseffektivt genom ett högt materialutnyttjande. Den kan också användas för höga produktionsflöden med komplexa profiler och kan även inkludera, svetsning, håltagning och nitning. Tekniken är också speciellt lämplig för UHSS material eftersom successiv bockning leder till att mindre radier kan åstadkommas än i kantpressning. Höga sträckgränser förhindrar också plastiska töjningar i längdled och i flänsar vilket innebär att färre rullpar kan användas vid UHSS-material än för mjukt stål. Tekniskt mål med detta arbetspaket har varit: o Att undersöka geometrisk robusthet hos rullformade profiler i UHS o Att ta fram guidelines för förstansade hål i UHS-profiler Namnet på tillhörande slidepresentationer är Rullformning av UHS material.ppt och FE-simulering av rullformning.ppt Filmsekvenser I materialet finns också en filmsekvens som visar simulering av en rullformningsoperation. Filen heter Simulering av rullformning.avi och köras med t.ex. Windows media player. Materialet är ett lämpligt utbildningsmaterial för konstruktörer, produktionstekniker. Slidepresentationen är baserad på slutrapporten The Geometrical Robustness of roll formed profiles in ultra high strength steels, E.Sagström, B.Wadman, R.Moshfegh, M.Lundberg and A.Melander 6
Sida 7 (13) Ändformning vid en rullformningslinje I detta delprojektet har kombinationer av formningsoperationer undersökts. Möjligheterna och begränsningarna vid ändformning har systematiskt analyserats för en rullformningslinje. Frågeställningar var följande: o Hur långt kan man komma vid ändformning i rullformningslinjen? o Kräver formning i UHS extra processteg? o Vilka geometrier kan formas i linjen och i efterföljande steg? o Vilka toleranser kan uppnås vid ändformningen? o Hur hanteras variationer i materialet? o När är processen ekonomisk jämfört med fasta pressverktyg? Namnet på tillhörande slidepresentation är Ändformning av UHS material.ppt Materialet är ett lämpligt utbildningsmaterial för konstruktörer, produktionstekniker. Slidepresentationen är baserad på slutrapporten End forming of roll formed UHSS profiles, Boel Wadman Swerea IVF, Jarmo Hirvelä SSAB Tunnplåt. 7
Sida 8 (13) Fogningsteknik Utbildningsmaterialet behandlar anvisningar för mekanisk fogning och svetsning av UHS i industriell produktion. Svetsbarhetsbedömning I detta delprojekt genomfördes svetsbarhetsbedömning för olika materialkombinationer med DP1000. För punktsvetsning studerades fem stycken materialkombinationer och för gasmetallbågsvetsning studerades två stycken materialkombinationer. Namnet på tillhörande slidepresentation är Weldability Testing of new Grades of UHSS.ppt Materialet är ett lämpligt utbildningsmaterial för konstruktörer, produktionstekniker. Slidepresentationen är baserad på slutrapporten Weldability DP1000 combinations, Johnny K Larsson, Joel Lundgren, Martin Olsson, Gert Larsson, Glenn Hopkins Mutterstansning Mutterstansning i UHS material innebär ökade krafter och slitage i stansningsprocessen och nya kravsättning på funktion. Mutterstansning har anpassats till UHS material bland annat genom: o Utveckling av mutter/dyngeoemtri för material upp till 1400MPa och 1.5mm tjocklek i M6 och M8 o Förändrat mutterns materielegenskaper o Ny stansteknik med Kaller stanshuvud o Anpassning av mutterhuvud till rullformningslinje Namnet på tillhörande slidepresentation är Mutterstansning i UHS material.ppt Filmsekvenser Det finns en animerad filmsekvens som visar traditionell mutterstansning, se Traditionell mutterstansning.avi. 8
Sida 9 (13) Det finns en animerad filmsekvens som visar mutterstansing med ett Kaller mutterstansverktyg, se Mutterstansning med Kaller stanshuvud.avi. Det finns en filmsekvens som visar mutterstansning i ett testverktyg på Bendiro, se Testverktyg på Bendiro. na kan köras med t.ex. Windows media player. Materialet är ett lämpligt utbildningsmaterial för konstruktörer och produktionstekniker Pierce nut with dimension M6 and M8 in UHSS sheet, Johannes Gårdstam 9
Sida 10 (13) Reparation Dagens reparationer av bilkarosser är mer komplicerade eftersom karosserna består av olika material, materialtjocklekar och att komponenterna är behandlade med olika adhesiv eller beläggningar. Rekommendationer för punktsvetsning i samband med reparationer efter krockskador har tagits fram för UHSS konstruktioner samt riktlinjer för vilka material och vilka deformationsgrader som är möjliga att rikta efter krock. Reparation med punktsvetsning I detta arbetspaket har punktsvetsning studerats under olika förhållanden. Inverkan på svetspluggens diameter har undersökts vid: o shuntsvetsning o slipning på elförzinkade plåtytor o epoxy och gummibaserade adhesiv o missriktade plåtar o variation i applicerad elektrodkraft Effekten av att punktsvetsa ett UHS-material, sträckgräns på ca 800 MPa, har jämförts med ett mjukt kolstål. Namnet på tillhörande slidepresentationer är Reparation av UHS material med punktsvetsning.ppt. Materialet är ett lämpligt utbildningsmaterial för reparationsverkstäder Slidepresentationen är baserad på slutrapporten On repair spot welding of high strength steel, Anna de Try. Det finns också material om reparationer av UHS konstruktioner som har inriktats på: o Att ta fram metoder för kvalitetssäkring för eftermarknaden. o Optimering av punktsvetsning o Utveckling av punktsvetsutrustningar Sekretessbelagt fram till 2011-05-01 Namnet på tillhörande slidepresentationer är Optimering av puntsvetsning vid reparation av UHSS konstruktioner.ppt. 10
Sida 11 (13) Materialet är ett lämpligt utbildningsmaterial för reparationsverkstäder Slidepresentationen är baserad på slutrapporten Optimering av puntsvetsning vid reparation av UHSS konstruktioner, Hedlund, Andersson, Philipsson, Jangdin, Car-O-Liner. Riktning av balkar vid krockskador För att inte äventyra ett fordons krocksäkerhet är det viktigt att balkarnas energiupptagningsförmåga inte försämras vid reparation. I det här arbetspaketet har energiupptagningsförmågan mätts upp på skadade balkar efter att de har riktats genom följande steg: o Last- och energiupptag till slutdeformation (105 mm) mäts på oskadad balk i trepunkts böjprovning o Olika stora skador produceras genom nedböjning och bulor med olika djup (~15-40 mm) o Skadade balkar riktas och återställs till ursprunglig geometri Reparerade balkar deformeras på nytt till 105 mm och lastupptag jämförs med resultaten från punkt 1. Namnet på tillhörande slidepresentation är Riktning av balkar.ppt Materialet är ett lämpligt utbildningsmaterial för reparationsverkstäder och försäkringsbolag. Slidepresentationen är baserad på slutrapporten Repair of collision damaged beams of ultra high strength steels, Håkan Thoors SwereaKIMAB, Lars-Eric Philipsson Car-O-Liner. 11
Sida 12 (13) Konstruktion och dimensionering Målet för delprojektet har varit att: o bestämma dimensioneringsdata i utmattnings- och krocklast för urval av UHS material efter klippning. o bestämma dimensioneringsdata i hög deformationshastighet för urval av UHS material Namnet på tillhörande slidepresentation är Egenskaper hos UHS efter olika kantbearbetningstyper.ppt Materialet är ett lämpligt utbildningsmaterial för konstruktörer och produktionstekniker Slidepresentationen är baserad på slutrapporten Höghastighetsprovning av UHSS och Utmattning av klippta kanter. 12
Sida 13 (13) Sammanfattande material Detta material ger en sammanfattande bild av lättviktsprodukter i ultrahöghållfasta stål. Materialet går igenom vad som är drivkrafterna bakom de dessa produkter samt ger konkreta exempel på lättviktskoncept. Lättviktskoncepten medför också att det krävs nya produktionslösningar med nya möjligheter och krav. Konsekvenserna av dessa produktionslösningar exemplifieras inom formning och fogning. Namnet på tillhörande slidepresentation är Lättviktsprodukter i ultrahöghållfasta stål.ppt Filmsekvenser I materialet finns också en filmsekvens som visar simulering av en rullformningsoperation. Filen heter Simulering av rullformning.avi Det finns en animerad filmsekvens som visar traditionell mutterstansning, se Traditionell mutterstansning.avi och en filmsekvens som visar mutterstansing med ett Kaller mutterstansverktyg, se Mutterstansning med Kaller stanshuvud.avi. na kan köras med t.ex. Windows media player. Materialet är ett lämpligt utbildningsmaterial på högskolor. Slidepresentationen är baserad på slutrapporterna: Fallstudier för utvärdering av tillväxt i LättUHS, Melander The Geometrical Robustness of roll formed profiles in ultra high strength steels, E.Sagström, B.Wadman, R.Moshfegh, M.Lundberg and A.Melander End forming of roll formed UHSS profiles, Boel Wadman Swerea IVF, Jarmo Hirvelä SSAB Tunnplåt. Weldability DP1000 combinations, Johnny K Larsson, Joel Lundgren, Martin Olsson, Gert Larsson, Glenn Hopkins Pierce nut with dimension M6 and M8 in UHSS sheet, Johannes Gårdstam 13