Fogning av termoplastkomposit mot metall med ljusbågsvetsning med hög strömtäthet (DENSARC)

Projekttid: 2012 – 2013

Budget: 500 000 kronor

Satsning: Fordonsteknisk forskning och innovation, FFI

Syftet är att testa ett nytt sätt att foga termoplastisk komposit mot metall genom att i en överlappsfog värma den fria metallsidan, med en extra fokuserad TIG ljusbåge som värmekälla, till dess att kompositen precis smälter så att vidhäftning erhålls mot metallen. Metoden ger fördelar som enkelsidighet, inget behov av extra tillsatsmaterial och möjliggör osynliga fogar. Målet är att få en fogningsmetod som är robust, ger hög produktivitet och hög kvalitet samt kostnadsfördelar.

I färdplanen för 2020 och 2025 identifierar FFI Hållbar produktionsteknik introduktion av nya lättviktsmaterial som en väsentlig utmaning. En i fordonsindustrin ny sådan materialtyp är polymera kompositer. För att det nya materialet ska kunna utnyttjas fullt ut kommer kompositen behöva fogas till andra lättviktsmaterial som aluminium men även till höghållfasta stål för att uppnå tillräckliga strukturegenskaper. Fogningsmetoden måste ge tillräckligt hög kvalitet, vara robust, ha hög tillgänglighet och vara kostnadseffektiv. Om den dessutom är enkelsidig, ger osynliga fogar och ger stor frihet i design är det givetvis positivt.

Detta projekt syftar till att pröva ett nytt sätt att foga termoplastisk kolfiberkomposit till aluminium, höghållfasta stål eller ultra höghållfasta stål. Fogningsmetoden baseras på uppvärmning av metallen från ena sidan som indirekt värmer och precis smälter kompositytan med en ljusbåge med hög strömtäthet (fokuserad TIG-ljusbåge).

I Japan har tester utförts med liknande sammanfogning fast med laser och i Tyskland med induktionsvärmning. Nyhetsvärdet är därmed stort inte minst eftersom en ljusbåge är mer tillgänglig och enkel att hantera i industrin. Produktiviteten bör kunna bli högre.

I projektet föreslås att en speciell TIG ljusbåge används som värmekälla för hybridfogningen av termoplastisk komposit mot metall. I första hand kommer en TIG med fokuserad ljusbåge att användas. Fokuseringen av ljusbågen sker genom extrem kylning av elektroden. Denna typ av ljusbåge ger möjlighet till mer punktformig värmekälla jämfört med konventionell TIG och kan därmed begränsa värmepåverkan på metallen och även resultera i högre sammanfogningshastighet. Fokuserad TIG ljusbåge har börjat användas kommersiellt bl a för båglödning. Idén är som nämnt att värma metallen från ena sidan, låta värmeledningen överföra värmen till metallens andra sida för att precis smälta den termoplastiska kompositen och därigenom skapa vidhäftning mellan metall och komposit. Själva principen att få vidhäftning mellan en metall som aluminium och komposit har testats och verkar fungera med lovande resultat. I dessa tester, som utförts på Osaka universitet i Japan, har dock en laser använts som värmekälla, vilket ger höga investeringskostnader och låg produktivitet (6 cm/min).

Användande av en TIG ljusbåge ger betydligt lägre investeringskostnader och betydligt bättre energiverkningsgrad.

Projektet kommer att fokusera på fogning av 2-4 mm tjock termoplastisk komposit mot aluminiumlegeringar av typ AA5000 och AA6000 i tjocklekar 1-2 mm och fogning av 2-4 mm termoplastisk komposit mot 1-2 mm höghållfast stål med brottgräns kring 600-900MPa. Tilltänkt TIG-svetsutrustning finns tillgänglig hos Swerea KIMAB. Processparametrar för att precis smälta termoplastiska kompositen kommer att utprovas vid Swerea KIMAB. Provning och utvärdering av vidhäftning och övriga egenskaper hos de fogade förbanden kommer att utföras både vid Swerea KIMAB, Volvo LV och Volvo CC.

 

Deltagande forskare

Partners

Dela

Liknande projekt

Sinterprodukter med hög statisk lastförmåga

I projektet har vi bekräftat att modifierad anlöpning kan tillämpas för motverka/eliminera relaxation/krypning och att det kan preliminärt kopplas till stabiliteten hos mikrostrukturen hos det anlöpta sinterstålet. Ny metodik för utvärdera sintermaterials potentiella relaxation/kryp har etablerats och ny kunskap har etablerats. Ett potentiellt nästa steg är att se hur andra sinterstål kan optimeras och hur en modell för prediktering av kryp/relaxation hos sinterstål vid måttligt förhöjd temperatur kan utvecklas.

2012 – 2013

PADOK – Study Visit to India 2016

Med den globalisering som skett inom marknaden för tillverkade produkter, kombinerat med megatrender som klimatförändringar och demografiska förändringar, behövs mer kunskap kring hur produktion ser ut i andra regioner. PADOK Study Visit in India 2016 har gett en ökad kunskap inom hur produktion genomförs i Indien, vilka utmaningar tillverkande industri där ställs inför och hur svenska företag intresserade av att investera i produktionsanläggningar i Indien kan agera för att enklare etablera sig.

2016 – 2016

Streamlined Modeling and Decision Support for Fact-based Production Development (StreaMod)

Syftet med projektet var att öka produktivitet och robusthet inom tillverkande industri genom utökad användning av faktabaserade simuleringar och optimeringar. Detta har uppnåtts genom att integrera verktyg för hantering och analys av indata (GDM Tool) med simulering och optimering av produktionsflöden (FACTS Analyzer). Tidsåtgången från fråga till faktabaserat svar vid utveckling av produktionsflöden har reducerats till bara några minuter i miljöer där det finns fungerande produktionsnära IT-system.

2013 – 2017

Ultrahöghållfasta stållaminat

Målet är att sänka vikten på fordonskomponenter genom att använda laminatplåt med en kärna som gör att vikten sänks jämfört med att använda en konventionell solid plåt. Projektet har varit specifikt inriktat på att använda en kärna av sintrat metallpulver samt forma plåten med hjälp av presshärdningsprocessen. Provdetaljer har genomgått alla tillverkningssteg enligt plan följt av ett deformationstest. Metodik har tagits fram för att kunna simulera laminat i det genomförda deformationstestet.

2013 – 2016

Rationell tillverkning av sandwichsturkturer för energieffektiva persontransporter

Omställningen från konventionella till elektriska drivlinor skapar många utmaningar, men öppnar även för nya möjligheter rörande komponentpackning och utformning av bärande strukturer samt nya tillverkningsmetoder för dessa. Projektet syftar till att nyttja möjligheter med sandwichkonstruktion för att sänka vikten och därmed energiförbrukningen för framdrift; minska värmeförluster och därmed energiåtgången för klimathållning; minska tillverkningskostnader med hjälp av nya tillverkningskoncept, rationell sammansättning och ny konstruktionsteknik.

2017 – 2020

Framväxande digitala teknikers tillämpbarhet som plockstöd inom materialhantering

I materialhanteringsprocesser, såsom kitting och sekvensläggning, vilka används inom fordonsindutrin för att försörja monteringen med ett stort och ökande sortiment av komponentvarianter, är det arbetsplatsnära informationsystemet en central aspekt i utformningen. Givet utvecklingen vad gäller digitalisering, syftar denna konceptprövningsstudie till att utvärdera potentialen för digital teknik att stödja materialhanteringsarbetet inom produktion.

2017 – 2018

Uthållig produktion av framtida motorkomponenter

Projektet har utgått från utmaningar när det gäller gjutning och realisering av nya gjutjärn med hög hållfasthet och god skärbarhet, vägval avseende bearbetningsstragier samt materialbeteende i skärprocesser när det gäller arbetsmaterialens skärbarhet. Kisellegerat kompaktgrafitjärn har demonstreras som nytt alternativ för framtida motorkomponenter. Ny simuleringsmetodik för att hantera bearbetningsstrategier har introducerats. Generisk kunskap har stärkts när det gäller arbetsmaterialens bearbetbarhet och särskilt när det gäller sammansatta material.

2012 – 2015

Den Virtuella Målerifabriken – Simulering av Ugnshärdning

Den Virtuella Målerifabriken - Simulering av Ugnshärdning. Måleriet är ofta en flaskhals i produktion där processerna idag finjusteras genom testning på ett stort antal prototyper. För att kunna möta framtidens behov så behöver produktionsberedningen kraftigt förbättras. Syftet är att utveckla metoder, tekniker, mätmetodologi och mjukvara, för simulering av härdning av färg i IR och konvektionsugnar. Målet är att stödja industrins utveckling och optimering av ytbehandlingsprocesserna så att dessa blir mer energieffektiva; har en kortare ledtid i produktutvecklingen och ger bättre kvalitet.

2016 – 2019

Den Virtuella Målerifabriken – Simulering av Ugnshärdning

Reducering av underhållsrelaterat slöseri

Målet med projektet Reducing maintenance-related waste är att utveckla och testa en generisk metod som ska underlätta för svenska tillverkningsföretag att identifiera, klassificera, kvantifiera samt reducera underhållsrelaterat slöseri inom produktionsprocesser. Målet med metoden är att tillverkningsföretagen skall kunna optimera underhållsaktiviteter och underhållskostnader utifrån extern- och intern underhållseffektivitet med hänsyn tagen till indirekt och direkt underhållskostnad.

2013 – 2016

FLEXibel bAlansering av komplexa monteringssystem (FLEXA)

Projektet syftar till att utveckla och hypotesprova en helt ny princip för dynamisk planering och beredning av montering, där balanseringen optimeras på en högre systemnivå, t ex ett monteringsavsnitt, snarare än på stationsnivå vilket är det vedertagna angreppssättet idag. Målet med projektet är att öka kunskapen kopplat till balansering samt vilka effekter ett produktionssystem baserat på dynamisk balansering för med sig och hur dessa relaterar till minskade systemförluster, men även vilka krav som ställs på och av människan i systemet.

2012 – 2013