I arbetet planerades att ta fram ett antal olika demonstratorer som avsågs baseras på den grundläg- gande kunskapen som togs fram i projektet. Med applikationerna i fokus togs nödvändig kunskap fram för att kunna utveckla demonstratorerna. Som ofta händer inom forskning och utveckling stöter man på överraskningar som medför att arbetet till del måste ändra riktning. Följande förhållanden uppkom under arbetet som föranledde vissa förändringar.
o Sedimenteringen av kiselkarbidpartiklar gick fortare än väntat och gav stor variation i bland annat skärbarhet. Detta förhållande ledde till flera missvisande resultat, bland annat över- skattades skärbarheten genom att skärförsöken oftast gjordes i det mest gynnsammaste materialet med låg kiselkarbidhalt, se bland annat positioner i Figur 5.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 100 200 300 400 500 600 700 Ytjämnhet, Ra Bearbetningstid (s) Ra, (vc=250 m/min, fz=0,05 mm/varv, ap= 0,3 mm)
13
o På det sätt som varmsmidningen gjordes i en hydraulisk press blev operationstiden för lång vilken resulterade i att ämnets ändytor kyldes ner allt för fort. Detta förhållande förstärker effekten av friktion mot verktyget och bidrar till en ökad ”tunnform” eller minskar homoge- niteten i formningsoperationen där endast en allt för låg deformationsgrad erhålls vid ar- betsmaterialets kontaktyta mot verktyget, se även kutsformen i Figur 5. Förhållandet ledde till sprickor i arbetsstyckets ytor. Problemet löstes med framtagning av en induktivt baserad uppvärmningsutrustning för den ena halvan av smidesverktyget enligt Figur 7.
o Längdsvarvning i aktuell MMC fungerade förhållandevis väl. Antagandet gjordes att detta också skulle fungera lika bra vid fräsning, vilket visade sig vara fel, Figur 22 (t.v.). Mot slutet av arbetet när mekanismerna för verktygsnedbrytningen var klarlagd kunde en fräsoperat- ion som fungerar tämligen väl etableras. Detta under förutsättning att tillräckligt långa in- greppssträckor tillämpades (stor delning mellan PCD-skären som ger längre ingreppssträck- or). Vad som avses med tillräckligt lång ingreppsträcka är svårt att säga i nuläget, ytterligare studier krävs. Redovisat förhållande ledde till att arbetet med en tänkt fräskropp i MMC gavs en lägre prioritet medan fokus sattes på att ta fram vevstakar som kräver en mindre andel skärande bearbetning och i stort sett ingen intermittent bearbetning (fräsning).
5.1 Framtagning av fräskropp i MMC
Det finns mycket som pekar på att en lättare fräskropp med erforderlig hållbarhet/stabilitet i skärlä- get skulle kunna ge bearbetningstekniska fördelar. Grundkonceptet var att en fräskropp skulle smidas fram till s.k. ”near net shape” och därefter bearbetas minimalt genom skärande bearbetning. I arbe- tets inledning fanns inte kunskaperna om hur denna smidning skulle göras, varför vi skulle utgå från ett solitt gjutet ämne och bearbeta detta fram till en fräskropp med önskad geometri. Ovan nämns de problemen som uppstod med att ta fram denna fräskropp i MMC. Den kontinuerliga grovbearbet- ningen fungerade väl men fräsningen av skärlägen blev ett stort hinder. Verktyg för ändamålet fanns inte tillgängliga på marknaden så omfattande försök har gjorts genom pinnfräsning med belagd hårdmetall utan någon framgång. I Figur 22 (t.v.) visas resultatet av en halvfärdig fräskropp med helt korrekt makrogeometri framtagen genom svarvning och delvis bearbetade skärlägen genom pinn- fräsning. I Figur 22 (t.h.) visas en fräskropp för höghastighetsbearbetning framtagen i fiberförstärkt MMC. Denna fräskropp har tagits fram i ett tidigare arbete som var inriktat på användning av fibrer av aluminiumoxid (Al2O3). I detta fall har en pre-form baserad MMC tillverkats genom vibrationsinfil-
trering [2, 11]. Båda fräskropparna innehåller ca 20 % förstärkningsmaterial. Det bör nämnas att det är en mycket stor skillnad i skärbarhet om man jämför två MMC, en med partiklar och en med fibrer även om det är samma andel förstärkningsmaterial. Vid skärande bearbetning så linjerar fibrerna upp sig i materialets och spånans flödesriktning och får därför en mycket begränsad kontakt med verkty- gets aktiva randytor. Detta förhållande har gjort att man mycket väl kunnat tillverka skärlägen i frä- sen till höger i Figur 22 genom pinnfräsning med hårdmetall.
Figur 22: Fräskroppar framtagna i MMC; halvt färdig fräskropp i partikelförstärkt MMC (t.v.) och en använd
14
5.2 Framtagning av vevstake
Som komplement till beskriven fräskropp ovan togs även en vevstake fram i samarbete med övriga partners. I projektet togs det fram 3 olika ämnen för smidning, ett genom att trådgnista ut ämnen från AC Flobys bromsskivor, ett genom att bearbeta fram genom skärande bearbetning och ett ge- nom gravitationsgjutning i stålkokill. I Figur 23 visas kokillformens delar och ett färdigt ämne för smidning.
Figur 23: Stålkokill för gravitationsgjutning av ämnen (t.v.) och framtaget ämne efter viss rensning (t.h.) [7]. Ett smidesverktyg togs fram enligt Figur 24 och kompletterades med en induktionsvärmare enligt ti- digare, Figur 7. Efter en rad inkörningsproblem kunde de första hela vevstakarna erhållas från pro- cessen. Utvecklingen skede stegvis och kan liknas vid konceptet ”learning by doing”. Som tidigare nämnts krävdes uppvärmning av minst en verktygshalva för att kunna nå ett bra resultat. En annan viktig faktor är användning av smörjmedel då det smidda ämnet fastnar i en av verktygshalvorna. I reguljär produktion måste utstötare monteras i verktygen. Erfarenheterna från smidning av mäs- singskomponenter är inte direkt tillämpbara på smidning av MMC.
Figur 24: Verktygshalva verktyg tillverkat i Uddeholm Orvar Supreme för smidning av en vevstake i MMC [7]. I Figur 25 och Figur 26 visas framtagna vevstakar som beskriver den successiva utvecklingen i arbetet.
Figur 25: Från gjutet ämne till en första vevstake (t.v.) och en referens en vevstake tillverkad genom skärande
15
Figur 26: Framtagna vevstakar i laboratoriemiljö [9].
5.3 Framtagning av en fullskalig bromsskiva för personbil
Ett slutmål, vilket till del ligger utanför aktuellt arbete är att ta fram en fullskalig bromsskiva baserat på det koncept som beskrivits i inledningen av detta arbete. Alla utvecklingssteg från ämne till färdig bromsskiva har studerats i arbetet och gett förutsättningar för att lyckas med att ta fram en broms- skiva i linje med teknologier för masstillverkning. Arbetet med framtagning av ett smidesverktyg har påbörjats och de första försöken väntas utföras under oktober eller november 2018. I Figur 27 illu- streras pågående framtagning av ett smidesverktyg för en fullskalig bromsskiva. Flera skivformiga ämnen har studerats genom smidning med anknytning till bromsskivor. Arbetet inleddes med till- verkning av ”låga koppämnen” enligt tidigare Figur 27Fel! Hittar inte referenskälla. (t.h.), vilka avsågs ge den kunskapsbas som krävs för att nå målet med att kunna tillverka en smidd bromsskiva.
Figur 27: Pågående tillverkning av fullskaligt verktyg tillverkat i Uddeholm Orvar Supreme för smidning av en
bromsskiva till en personbil.
De inledande försöken med smidning av en fullskalig bromsskiva kommer att baseras på gravitat- ionsgjutna ämnen. Genomgående i arbetet har Uddeholms verktygsstål använts (Uddeholm Orvar Supreme), vilka både fungerar väl i varmsmidesprocessen och har en god skärbarhet vid tillverkning- en av formverktygen.
16