Gaskylning och simulering för stålkomponenter med ökade krav för elektrifiering

För att minska miljöpåverkan från vägtransporter krävs elektrifiering av drivlinor. En förutsättning är att hållbart kunna tillverka högpresterande kraftöverförande komponenter för detta. Kravbilden uppnås med slankare stålkomponenter med snävare toleranser, vilket sätter fokus på formförändring vid härdning.

Projektet GASELL hanterar ett skifte i värmbehandlingsmetod till en mer cirkulär process; från sätthärdning med atmosfärsuppkolning med mineralolja som kylmedel till lågtrycksuppkolning (LPC Low Pressure Carburising) med gaskylning. Jämfört med konventionell atmosfärsuppkolning har LPC minst över 80 procent lägre CO2-avtryck. Sammantaget ger dessa två förflyttningar, slankare komponenter och ny värmebehandlingsprocess, stora utmaningar för produktionsberedning.

Beräkningsverktyg för nya komponentgeometrier

Målet med GASELL är att nyttja och utveckla avancerade beräkningsverktyg för nya komponentgeometrier för att snabbt och resurseffektivt anpassa lastmönster och gaskylningsparametrar i samband med lågtrycksuppkolning. Beräkningsverktygen ska prediktera härdresultat och formförändringar, vilket minskar mängden praktisk provning, hårdbearbetning och kassationer hos OEM och deras värmebehandlande leverantörer.

Angreppssättet är att nyttja och utveckla CFD- och FEM-beräkningar för att möjliggöra en effektiv processberedning utan behov av stora mängder praktisk provning som konsumerar både tid- och resurser. Verifiering är en viktig del av projektet och kommer genomföras både för flödesbild i kylkammare och formförändring på komponent.

Bilden ovan visar projektupplägget. Beräkningarna kommer utföras enligt två ”Flöden” 1 och 2. Syftet med två flöden är att utvärdera möjligheter och begränsningar med de olika kommersiella programvarorna. För CFD-beräkningar (AP1) används programvaran ANSYS Fluent och programvaran COMSOL Multiphysics. För värmebehandlingsberäkningarna (AP3), inklusive formförändring, används ESI Sysweld samt COMSOL Multiphysics. Randvillkor avseende värmeöverföring fås genom CFD-beräkningarna som behöver kopplas till värmebehandlingsberäkningarna. Programvarorna är olika utvecklade avseende värmebehandlingsberäkningar. I ESI Sysweld finns materialmodeller och materialdata för värmebehandlingsberäkningar medan COMSOL Multiphysics ger möjlighet till egenhändigt skrivna subrutiner.

Finansiär: Vinnova inom FFI-programmet
Partner: LEAX, Scania, Epiroc, ESI-Group, Swerim, KTH och RISE
Projekttid: Oktober 2022 till september 2025

För mer information om projektet GASELL och Produktionsklustret för komponenttillverkning, kontakta:

Eva Troell, forskare på RISE och koordinator för Komponenttillverkningsklustret