Materialval i detta arbete har gjorts med hjälp av litteraturstudier, tillämpning av Ashby – metoden, beskriven i metodkapitlet. För att bestämma lämpligt material specificeras funktionens krav och sedan tillämpas, CES Edu Pack där plåtens brottseghet mot hårdhet mäts, se figur 20. För att tillverka ett pressverktyg så behövs de flera typer av material beroende av dess funktion. En sammansättning av övergripande materialegenskaper visas i tabell 5.
Tabell 5: Materialegenskaper med funktionskrav för stans och dragkomponenter.
Under pressningsprocessen råder det svåra förhållande, till exempel stora krafter, materialförslitning och förhöjda temperaturer. En materialegenskap som de flesta stål har är att materialet börjar mjukna vid temperatur över 300°C, så det blir viktigt att materialet tåler höga temperaturer. Materialegenskaper som sträck – och brottgräns, styvhet och hårdhet kan vara höga samtidigt som miljöpåverkan och kostnaderna är låga. I pressverktyget behövs de två typer av material, material A, som är till klipp – och dragkomponenterna där slitstyrka, hårdhet och slagseghet eftersöks. Andra materialet kallas för material B som är för fästplattorna, där materialet ska ha medelhög bråttseghet och vara billigt.
Figur 20: Materialkarta med brottseghet mot hårdhet för olika material [9]
4.9.1 Urvalresultat
Efter gallring i CES Edu Pack den material som blev kvar är hög-och låg legerat stål samt konstruktion stål. För att välja material A, det blev nödvändigt att material är härdbar. Av kapitelteori, stål, framgår det att endast stål med kolhalten större än 0,5 % är härdbar. Detta innebar att endast hög legerat stål är kandidat för material A. Att hitta kandidater för material B, används studielitteratur, där mängden av konstruktionsstål hittas.
Materialegenskap Funktionskrav
Stukgränsen Får inte överskridas Sträckgränsen Får inte överskridas
Hårdhet Motstå yttrycken
Styvhet Motstå elastiska deformationer
27
Materialkandidat A Arne
Arne, SS 2140, är ett mångsidigt oljehärdat stål som har stor användarbarhet för kallbearbetningsändemål. Stålet har en bra kombination av hög hårdhet och seghet samt god skärbarhet och är beständigt vid härdning. Materialets leveranstillstånd är mjukglödgat till ungefär 190 HB. Hårdhet för verktygsstålet kan uppnås mellan 35 HRC och 62 HRC, beroende av härdnings - och anlöpningstemperatur. Stukgränsen variera mellan 1350 MPa och 2200 MPa, beroende av hårdhet. Materialet är ganska svårt att bearbeta med skärande verktyg [6].
Rigor
Rigor, SS 2260, är en universal verktygsstål avsedd för tillverkning av klippning, stans, dragpressnings, bockningsverktyg. Hårdhet i leveranstillståndet är 215 HRB, och hårdhet varierar mellan 50 HRC och 62 HRC, beroende av härdnings och anlöpningstemperatur Stuckgränsen ligger mellan 1350 MPa och 2200 MPa. Rigor är ganska svårt att bearbeta med skärande bearbetning och mindre lämplig för svetsning [6].
Sverker
Sverker, SS 2310, är ett verktygsstål avsedd till verktygsframställning där det krävs höga slitstyrka i kombination med seghet. Särskild lämpad till dragpressning kallsmidning, trycksvarvning, och valsning. Levereras i mjukglödgat tillstånd med hårdhet av 210 HRB. Hårdhet efter härdning uppgår mellan 50 HRC och 62 HRC. Materialet är mycket svår att bearbeta med skärande bearbetning samt mycket svår att svetsa [6].
Vanadis 4 och 23
Vanadis 23, SS 2725, är ett snabbstål som utmärker sig med höga nötningsbeständighet i kombination med hög tryckhållfasthet. Vanadis 23, har mycket goda dimensionsstabilitet efter värmebehandling till skillnad av alla typer av verktygsstål. Tillämpas bland annat för tillverkning av stansar förmer till plastverktyg män även skärande verktyg som borrar och gängtappar. Snabbstålet uppnår höga hårdhet efter härdning, mellan 60 HRC OCH 66 HRC. Vanadis 23 är lättare att bearbeta med skärande bearbetning än verktygsstål [6].
Materialkandidat B SS-EN 1312-stål
SS-EN 1312-stål är ett allmänt konstruktionsstål, lämplig för byggnads- och fackverkskonstruktioner och maskinstativ. Stålet har bra skärbarberhesa egenskaper och hög svetsbarhet. Materialet är billigt och minsta sträckgräns på 175 MPa [6].
SS-EN 2134-stål
SS-EN 2134-stål är ett allmänt konstruktionsstål avsedd för fackverk, maskinkonstruktioner, vagnschassier och så vidare. Stålet är mycket lämplig för maskinbearbetning, svetsbart och billigt. Minsta sträckgränsen är 315 MPa i normaliserat tillstånd [6].
SS-EN 2142-stål
SS-EN 2142-stål allmänt konstruktionsstål med högre hållfasthet och används till axlar och andra maskinelement, hög skärbarhet och svetsbarhet. Minsta sträckgränsen är 400 MPa för stålet i varmvalsat tillståndet [6].
28
Några viktiga faktorerna som bestämmer materialet är pris på verktygsstål i leveradtillstånd och möjlighet att bearbeta dessa material till önskad form och storlek. Tabell 6, visar verktygsstålets pris utryckt i prisindex, där referenspris är konstruktionsstål, SS 1312, med värdet 1. Skärbarhet uttrycks i siffervärde från 0 till 5 där noll betyder att materialet inte är lämpligt för skärandebearbetning och svetsning, medan 5 betyder att materialet har mycket lämplig för både svetsning och skärandebearbetning.
Tabell 6: Tabellen visar prisindex och bearbetningsgrad för verktygs- och snabbstål [6].
Material Beteckning Prisindex Skärberbetning Material A Verktygsstål-Arne SS-EN 2140 4,5 2 Verktygsstål-Rigor SS-EN 2260 6 2 Verktygsstål-Sverker SS-EN 3210 8 1 Snabbstål-Vanadis 23 SS-EN 2725 7 2 Material B Konstruktionsstål SS-EN 1312 1 3 Konstruktionsstål SS-EN 2134 1,1 3 Konstruktionsstål SS-EN 2134 1,4 4
Av tabell 7, framgår att vissa materialet med ungefär samma hårdhet är mer tåliga och klarar långa serier, med mindre underhåll.
Tabell 7: Tabellen visar ett samband mellan serielängden och nötning av olika slag vid olika hårdhet.
Serielängd Adhesiv nötning Blandad nötning Abrasiv nötning
Kort Arne, 54 - 56-HRC Arne 54 - 58-HRC Arne 54 - 60-HRC
Medel Rigor 54 - 62-HRC
Lång Vanadis 4, 58 -6 2-HRC Vanadis 4, 54 - 56-HRC Sverker 58 - 62-HRC Vanadis 4, 60 - 64-HRC
Genom kompletterande information av alla potentiella kandidater samt insamlade data visade i tabeller 5, 6 och 7 väljs Rigor, SS-EN 2260, för materialkandidat A. För resterande delar, materialkandidat B, väljs SS-EN 2134-stål. Rigor är det näst billigaste verktygsstålet av alla kandidater, den kan ganska bra maskinbearbetas samt är härdbar så att bra kombination av slitstyrka och seghet kan uppnås. Stålet SS-EN 2134 är billigt och mest lämpad till tjocka fästplattor, bed mycket god skär- och svetsbarhet.
Genom att anskaffa färdigtillverkade fästplattor, styrpelare och styrhylsor förenklas tillverkningen avsevärt. Det finns gåt om företag på marknaden som säljer färdigtillverkade stålplattor i önskade dimensioner, där endast minimal efterbearbetning krävs såsom hål för styrpelare och skruvhål. Genom noggrant materialval av komponenter som kräver värmebehandling, minskar risken att materialet ändrar sin form under värmebehandling vilket minimerar ombearbetning och därmed tillverkningskostnader.
29
5 Diskussion
I detta arbetet undersöktes ett produktionstekniskt problem som går ut på att förenkla tillverkning av en plåtdetalj enligt figur 1, samt förbättra arbetsvillkoren för pressoperatören. Målet var att utveckla ett pressverktyg som ska integrera flera deloperationer: djuppressning, stansning och klippning i en enhet där ska arbetsoperationer utföras stegvis efter varandra, och forma ett tredimensionellt kärl från tunna plåten.
Plastisk bearbetning av plåtdetaljer är komplicerat och ett krävande arbete, där flera faktorer påverkar plåtformningen, exempelvis. plåttjocklek, geometri, noggrannhet och inte minst val av tillverkningsmetod. Genom användning av separata drag– och stansverktyg blir produktionskedjan väldigt lång, tidskrävande och sysselsätter flera pressoperatörer, arbetet blir tung och monotont. Med detta föråldrade tillverkningssätt blir det omöjligt att tillverka kärlet med låga priser.
Resultatet är ett pressverktyg som möjliggör formning av kärlet på en enda arbetsstation med endast en pressoperatör. Plåtämne (remsa) automatiskt matas in verktyget och succesivt flytas från förberedande station till avklippningsstation där färdiga detaljen klippas av. Pressverktyget är inte fullständigt utformad och skulle kunna kompletteras med exempelvis. styr– och fästplattor till stansar samt flera fästhål, bland annat till givare som skulle styra plåtinmatningen i verktyget.
Vid benchmarking som gjorde under utvecklingsprocessen så granskades befintliga produkter inom industrin med fokus på pressverktyg. Benchmarking var en givande metod för konceptutvecklingen där liknande produkter hittades och utvärderades. Vissa lösningar var irrelevanta men kunde användas som inspiration för projektet. Genom extern sökning av befintliga produkter fick man använda vissa färdiga lösningar, som delbart verktyg, en egenskap som eftersöktes. Användningen av metoden tillverkningsanpassad konstruktion, beskriven i 3.11, underlättade produktionen av verktygets komponenter samt underhållet av pressverktyget. Den färdiga lösningen, koncept 3, inkluderar en bra läsning, där alla drag-och klippstationer utformas med samm längd, bredd och höjd som är avgörande för att uppnå planheten och ytan på färdiga kärlet. Det är lösning möjliggör exempelvis slipning av samtliga delar tillsammans.
Källor som används i denna rapport anses trovärdiga och används för bland annat dimensionering av pressverktygets ingående komponenter. Vid dimensionering av komponenterna utgicks det även utifrån riktvärdet, vilket innebär att en experimentell verifikation bör göras ifall man gick vidare med konstruktionen. Klippspalten och den erforderlig presskraften påverkas av dessa valda riktvärden. Vissa materialtillverkare har angett missvisande materialdata för sina produkter, detta uppfattades som missvisande och otrovärdiga, dessa källor har inte påverkat resultat eftersom de inte har använts under arbetets gång.
En CAD-modell av pressverktyget har utvecklats med hänsyn till den moderna tiden där det eftersträvas att produkter ska ha en tillfredställande kvalité och acceptabelt pris. Till skillnad från det tidigare produktionsättet så kommer det nya pressverktyget att massproducera kärlet på kortare tid och med ett lägre pris.
30
6 Slutsats
Syfte med detta arbete är att undersöka om det går att förenkla tillverkning av ett kärl genom plastisk formning av tunn plåt i en automatisk pressmaskin samt förbättra arbetsvillkoren för pressoperatör. Målet är att utveckla ett pressverktyg som ska integrera flera deloperationer, djuppressning, stansning och klippning där ska arbetsoperationer utföras stegvis efter varandra och forma ett tredimensionellt kärl. Resultatet är en CAD – modell av pressverktyget där flera deloperationer har integrerats i en enhet, kärlet massproduceras medan plåtämnet automatiskt matas fram i verktyget.
Följande slutsatser dras från detta arbete:
• En CAD – modell av pressverktyget har utvecklats enligt önskade krav. Den är bland annat delbar, innehåller slitstarka och bråttsega komponenter samt innehåller standardkomponenter som är lätta att byta ut.
• Genom utformning av förberedande station förenklas pressdragningen, plåtämnet formas till en rundel som medför att de krävs mindre erforderlig presskraft.
• Vinande konceptet som valdes tar hänsyn till produktionsanpassad konstruktion som tillåter utbyte av endast en skadad station vid oönskad händelse, t.ex. stansbrått eller liknande.
• Materialval för de ingående komponenterna är noggrant valt och säkerställer ett hållbart pressverktyg. Stålet SS-EN 2260 valdes för press och stanskomponenterna eftersom de har bra egenskaper men medelhögt pris. För att pressverktyget ska bli ännu mer ekonomiskt valdes konstruktionsstålet SS-EN 2134 till fästplattor med mera.
• Arbetsförhållanden för pressoperatören har förbättrats genom att tunga och monotona arbetet försvann.
31
Referenser
[1] Berg. B. Järn och stålframställning utveckling i Sverige 1850 till 2000, Andra
utgåva, Stockholm, 2004.
[2] Hågeryd, L, Björklund, S, Lenner, M, Modern produktionsteknik. Stockholm:
Liber AB, 2002.
[3] Värmebehandling av verktygsstål, (hämtad 2019-03-22).
https://www.bodycote.com/sv/tjanster/varmebehandling/hardning-och-
anlopning/
[4] Wihlborg G. Hållfasthetslära, fjärde upplaga, Lund 2006.
[5] D, Xiaobing. H, Kai. Z, Feifei. D, Ruxu. A new flexible metal formning method
of incremental bending, 15th ed. ScienceDirect. 2018
[6] Öhman. U. Melin. L. Kompendium i plåtformning, Andra och reviderade
upplagan, Luleå, 1983.
[7] J. Adamus. P. Lacki. J. Lyzniak. M. Zawadzki. Analysis of spring-back during
formning of the element madeof AMS 5604 steel, 2nd ed. Journals.Pan. 2011.
[8] Ulrich K. T. Eppinger S. D. Produktutveckling Konstruktion och Design,
Upplaga 1, Studentlitteratur Lund 2014.
[9] Michael F. Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Upplaga 5,
Butterworth-Heinemann, 2016.
[10] teknikessen.se Vad är cad, hämtad (2019-03-25)
http://teknikessen.se/vad-ar-cad/
i
Bilaga A1
ii
Bilaga A2
iii