Likformighet för fordonsdelar i AHSS: ett heltäckande synsätt

I takt med att AHSS/UHSS-sorternas hållfasthet ökar – och samtidigt möjliggör optimerade men komplexa geometrier (till exempel för att förbättra krocksäkerheten) – blir det allt svårare för tillverkarna att producera fordonskomponenter med konsekvent form.

Tillverkarnas toleranser vad gäller komponenternas form kan vara så snäva som ±0,2 till 0,5 mm för att säkerställa exakt robotsvetsning och ge möjlighet att fylla komponenternas hålrum med allt mer elektronik, kablar och sensorer. När delarna inte har likadan form riskerar komponenttillverkarna fyra typer av förluster:
1) Slöseri med produktionsresurser när delarna inte uppfyller formkraven.
2) Slöseri med arbetskraft för att sortera ut defekta delar.
3) Slöseri med material som genererar skrot, och framförallt med att felsöka varför AHSS/UHSS-material som uppfyller specifikationerna kan resultera i delar utanför formtoleransen.
4) Slöseri med planeringsresurser och allmänt lägre produktivitet på grund av lägre produktionstakt och driftstopp.

Om det inte är något fel på din formningsprocess, kan dina inkompatibla former bero på olikheter i ditt AHSS/UHSS?

Jämnheten för AHSS/UHSS innefattar förstås stålets tjocklek och planhet. Andra faktorer är mindre uppenbara. Exempelvis kan ojämna materialegenskaper (sträckgräns, brottgräns, förlängning o.s.v.) medföra problem som stora spänningar som i sin tur leder till planhetsdefekter. Olikheter kan även leda till oönskat eller oväntat beteende vid återfjädring. En AHSS/UHSS-stålsort kan uppfylla alla specifikationer avseende dimensioner och mekaniska egenskaper – och ändå resultera i delar utanför toleransområdet. Vad beror det på?

I situationen ovan bör tillverkaren börja med att ställa följande frågor: Finns det någon trend för de delar som inte uppfyller toleranserna? Om svaret är ja, kan vi då kompensera genom att justera vår formningsutrustning? 

Om svaret är ja är frågan om dessa justeringar fungerar för hela AHSS/UHSS-coilens längd? (Med andra ord, finns det variationer inom en coil?) Och finns det variationer mellan olika coils? 

Det finns nästan säkert variationer mellan coils från olika AHSS/UHSS-leverantörer. Tillverkaren måste då ha en uppsättning verktyg för varje AHSS/UHSS-leverantör. Metoden blir snabbt komplicerad och känslig för inkonsekvens varje gång utrustningen justeras.

Slutsats: Ju jämnare och mer likartat AHSS-materialet är desto enklare är det att skapa färdiga delar som uppfyller toleranserna.

Inkonsekvent AHSS/UHSS-planhet är en starkt bidragande orsak till att delar överskrider de specificerade formtoleranserna. Formdefekter kan handla om profilens rakhet, kantkrökning, positionsstyrningsproblem och stansade artiklar och referenshål som inte överensstämmer mellan delens fram- och baksida. Kan precisionsriktverk hjälpa?

Precisionsriktverk har använts för att åtgärda planhetsbrister för AHSS-coils, inklusive krökning i längdled och tvärled och problem med så kallade ”värmefickor”. Precisionsriktverk fyller en funktion inom metallbearbetning, men för att citera en färsk artikel i WorldAutoSteel:

"Att korrigera kantvågor och vridning kräver att man överskrider (AHSS-)stålbandets sträckgräns med 50% eller mer för bandets tvärsnitt; detta kan öka risken för att stålbandet kallhärdar, med negativ inverkan på formbarheten . . . . Den allt högre sträckgränsen för AHSS kan vara mer än vad riktverken klarar av eftersom de inte är utformade för att platta ut dessa höghållfasta material."

Den allt högre sträckgränsen för AHSS kan vara mer än vad riktverken klarar av eftersom de inte är utformade för att platta ut dessa höghållfasta material.

Precisionsriktverk är mycket stora instrument som är svåra att placera framför stansningsoperationer. Alternativet att utlokalisera planriktningen har andra nackdelar: Tillverkaren kan inte vara säker på att AHSS/UHSS-stålets mekaniska egenskaper har bevarats (d.v.s. ingen kallhärdning) av den som utfört planriktningen.

På SSAB förfinar vi ständigt våra tillverkningsprocesser så att köpare av våra Docol® AHSS/UHSS-coils inte behöver använda precisionsriktverk. Exempelvis har vi för problemet med ”värmefickor” – de planhetsdefekter som kan uppstå på grund av inre spänningar under härdningsprocessen – tagit fram egna åtgärder vid våra stålverk för att reducera dessa spänningar. 

SSAB erbjuder även sin egen, mycket exakta konvertering av AHSS/UHSS-coils till plåtar eller slittade coils, utförda enligt Docols specifikationer så att kallhärdning, och resulterande minskning av duktiliteten,  minimeras. Kunderna har särskilt stor nytta av denna tjänst för våra höghållfasta martensitiska stålsorter.

”Ofta upptäcker man problem som inte kan lösas helt med hjälp av fordonstillverkarens specifikationer”, säger José Puente Cabrero, produktchef på SSAB Docol kallvalsat AHSS. “When you look at the entire production process, the AHSS specifications are maybe 20% of the challenges that a material actually needs to address.
 
“For example, we can be discussing the OEM’s requirement for elongation or bendability of a part and discover that what the OEM really is concerned about is how the part behaves during a crash test. Och det är något som är mycket svårt att uttrycka i en enkel specifikation.

”Istället för enbart specifikationer behöver SSAB, som AHSS-leverantör, ha en djup förståelse för komponentens roll. Vi behöver förstå hur komponenten interagerar med omgivande komponenter. Hur kommer den att sammanfogas? Vilka krocktester är relevanta? Vilka är belastningarna under krocktesterna? Vilka kriterier är relevanta vid dessa tester?

”Det idealiska scenariot är när produkttillverkaren, komponenttillverkaren och AHSS/UHSS-producenten samarbetar i ett mycket tidigt skede av fordonets konstruktionsprocess. Med andra ord: Vilka är produkttillverkarens slutmål för denna del? Om vi vet produkttillverkarens slutmål kan vi arbeta bakåt och  tillsammans räkna ut de optimerade geometrierna, formningen och vilka avancerade höghållfasta stål vi ska använda.

”Enligt SSABs erfarenhet bör vi ställa följande fråga när vi stöter på en mycket strikt tolerans: ’Vad ligger bakom det här kravet?’ Försöker produkttillverkaren hantera ett produktionsproblem – som formavvikelser – genom att höja leverantörens specifikationer?

”Den bästa lösningen för alla – för hela processen och slutresultat – är när man under komponentens allra första konstruktionsfas även beaktar materialval, formningsmetod och hur den ska reagera på formningsprocesserna. När konstruktören tänker på det sättet blir konstruktionen mer optimal – och detsamma gäller formningen och komponentens likformighet.”

Puente Cabrero fortsätter: ”Ju jämnare kvalitet på vårt Docol AHSS desto fler problem kommer att undvikas i hela leveranskedjan och monteringen.

”Vårt konstanta mål som AHSS-tillverkare är att uppnå jämn kvalitet vid masstillverkning. SSAB har några naturliga fördelar: Vår järnmalmskälla i norra Sverige håller extremt hög och jämn kvalitet. Och varje Docol-stålsort produceras alltid med stor repeterbarhet – oavsett på vilket SSAB-bruk den tillverkas.

”Våra kunder säger att Docol AHSS redan håller mycket jämn kvalitet. Men vi befinner oss i den digitala tidsåldern: så vi förbereder oss på att erbjuda mer. Kan vi exempelvis överträffa dagens industristandard för tillhandahållande av formgränskurvor? Tänk om vi exakt kunde förutsäga egenskaperna för AHSS och på så sätt skapa digitala tvillingar åt våra kunder? 

”Tänk dig det: Digitala tvillingar som är specifika för våra AHSS-coils, så att komponenttillverkare, med hjälp av tvillingplåtarna, kan ändra verktygsparametrar för att uppnå ännu mer exakt slutlig likformighet.

”Håll utkik”, säger Puente Cabrero.