Supersläta verktygsytor behövs för tillverkning av lätta bilkomponenter
Att använda aluminium som material för detaljer på ett fordon är ett viktigt sätt att få ner vikten, och därmed bränsleåtgång och avgasmängd. Men det har funnits problem i tillverkningen som lett till att processen måste avbrytas ofta.
I en ny avhandling från Uppsala universitet presenterar nu Jannica Heinrichs hur problemet undviks samtidigt som nya, mer komplicerade delar kan tillverkas. Att minska vikten är en av de mest effektiva åtgärderna för att få bränslesnålare fordon och minskade avgaser. Det har därmed blivit allt intressantare att använda lätta och starka material som aluminium i olika detaljer. Men för att aluminium ska kunna konkurrera mot stål krävs det effektiva metoder för att forma detaljerna.
En viktig sådan metod baseras på att man utan att förvärma, under högt tryck, pressar ut en aluminiumkuts så att den fyller hålrummet i ett komplext formverktyg. Ett exempel är tillverkningen av läskburkar. Man utgår då från en platt aluminiumskiva, ungefär lika stor som en CD-skiva. Burken formas genom att ett verktyg format som burkens insida trycker ner skivan i ett verktyg format som burkens utsida. Under mycket kraftig deformation dras aluminiumskivan ut till rätt tjocklek och rätt form. Detta är ett mycket energieffektivt tillverkningssätt utan materialspill och ger mycket bra egenskaper hos den färdiga produkten.
Det finns dock ett svårt problem som måste undvikas; aluminium från skivan vill gärna fastna på verktygsytan. När man sedan ska pressa nästa burk leder de små aluminiumknölarna på verktygsytan till hög friktion och höga presskrafter, vilket ökar energiåtgången, och dessutom repar burkarna. Produktionen måste då avbrytas för rengöring eller utbyte av verktyget, vilket är mycket kostsamt. Jannica Heinrichs studerar i sin avhandling denna process för tillverkning av lätta aluminiumdelar för bilindustrin. Även där fastnar aluminium på verktygen vilket ökar produktionskostnaderna och begränsar möjligheterna att forma komplexa detaljer. Hon har undersökt mikromekanismerna bakom problemet och visar ett nytt sätt att förhindra det vilket minskar friktionen, ökar produktiviteten och reducerar användningen av smörjmedel.
-Att problemet minskar möjliggör dessutom att man kan pressa detaljer med mer komplicerade former, detaljer som idag måste svetsas ihop av flera ståldelar, säger hon. Lösningen baseras på att verktygen förses med tunna ytbeläggningar, och att ytorna görs extremt släta. De bästa ytbeläggningarna visades genom laboratorietester vara av typen diamantlikt kol .
- Och det räcker med ett skikt som inte är tjockare än en tjugondel av ett hårstrå. Men det krävs att den är slät ned på nanonivå, annars blir det ingen förbättring, säger Jannica Heinrichs. Den bästa ytbeläggningen i testerna ökade verktygets livslängd tiofaldigt vid industriell tillverkning och smörjmedel kunde helt uteslutas. Motsvarande problematik, där material förs över till verktyg, finns också i andra tillverkningsmetoder, som t.ex. svarvning och fräsning, vilka också har studerats i avhandlingen.
