5
Uutisarkisto Muovaus – salaisuus, jonka avulla suurlujuus-terässovelluksissa säilytetään kestävyys
16.3.2017 09:52 CET SSAB World

Muovaus – salaisuus, jonka avulla suurlujuus-terässovelluksissa säilytetään kestävyys

Miten muutat tasomaisen teräslevyn auton puskuriksi, istuimeksi, nosturin puomiksi tai monimutkaiseksi törmäyssuojaksi? Ratkaisu on levyn taivuttaminen tai leikkaaminen tiettyyn geometriseen muotoon, jotta siihen saadaan halutut ominaisuudet. Tätä prosessia kutsutaan muovaukseksi.

Forming_car 

Vaikka teräs on alkujaan metallilevy, sitä voidaan leikkaamalla, puristamalla ja viimeistelemällä työstää myös kaikenlaisiin pyöreisiin ja ”muotoiltuihin” muotoihin.

Muovausta käytetään useissa teollisuuden sovelluksissa – niin traktoreiden ja perävaunujen osissa kuin nostureiden puomeissa ja muissa koneissa ja komponenteissa. Erittäin suorituskykyistä terästä, jota on helppo taivuttaa, käytetään tavallisesti tällaisissa teollisuuden sovelluksissa mutta sitä ei juurikaan käytetä monimutkaisissa, erikoislujissa komponenteissa, joita esimerkiksi autoteollisuus vaatii.

Autonvalmistajien kiinnittäessä entistä enemmän huomiota törmäysturvallisuuteen suurlujuusteräs on vakiinnuttanut asemaansa puskurien vahvikkeiden, ovien törmäyssuojien, istuinrunkojen ja -mekanismien sekä alustojen komponenttien materiaalina. Muovatun suurlujuusteräksen ansiosta OEM-valmistajat pystyvät saavuttamaan viiden tähden arvosteluja turvallisuudessa sekä vähentämään komponenttien painoa jopa 40 prosenttia. He ovat myös voineet pienentää kustannuksia ja kehittää innovatiivisia ratkaisuja, jotka eivät olisi olleet mahdollisia joitakin vuosikymmeniä sitten.

Thomas Müller toimii johtajana SSAB:n Knowledge Service Centerissä ja on teräksen muovauksen asiantuntija. Hän selittää, että teräksen laatu ja sen muovattavuus ovat tärkeimpiä tekijöitä auton kuljettajan ja matkustajien turvallisuuden takaamisessa.

”Keskivertoautossa on satoja osia, jotka on muovattu geometrisiin muotoihin tiettyjen ominaisuuksien saavuttamiseksi”, hän sanoo. ”Esimerkiksi alustan komponentit vaativat suurta lujuutta ja hyviä väsymisominaisuuksia, kun taas turvaosien täytyy kestää iskuja, sitoa energiaa ja vääntyä tietyllä tavalla törmäyksissä.”

Yksi markkinoiden vahvimmista suurlujuusteräksistä on SSAB:n Docol. Erinomaisen laadun, koostumuksen ja kestävyytensä ansiosta se kuuluu kuljetus- ja autoteollisuuden suosituimpiin teräksiin. Lisäksi Docol-terästä voi muovata erinomaisesti, mitä Müllerin mukaan ei ole pidetty itsestään selvänä terästeollisuudessa.

”On yleinen harhaluulo, että suurlujuusterästä ei voisi muovata sen vetokokeissa saatujen huonojen venymätulosten vuoksi. Itse asiassa suurlujuusteräksen muovattavuutta voi testata myös luotettavammilla tavoilla, jotka todistavat sen täyden muovattavuuden monimutkaisiin muotoihin”, hän sanoo ja lisää, että monet OEM-valmistajat valitsevat edelleen pehmeämmän luokan teräksiä ja jäävät näin paitsi suurlujuusterästen tarjoamasta kilpailuedusta.

Lujuuden lisäksi Docolin toinen etu on sen erittäin tasainen laatu.

”Docol valmistetaan aina samoilla linjoilla, ja sillä on samat mekaaniset ominaisuudet kelasta kelaan, joten asiakkaiden ei tarvitse mukauttaa prosessejaan erästä toiseen”, Müller sanoo.

Autonvalmistajat käyttävät Docol-terästä istuimissa, istuinkiskoissa, puskureissa ja helmapelleissä. Docol-terästä käytetään yhä useammin myös alustan komponenteissa kuten tukivarsissa – sen jälkeen kun SSAB otti käyttöön uuden jäähdytyslinjan Docol HR-, 1000HE-, 800HE- ja 800CP-teräslaatujen valmistukseen. Kun kyseiset tuotteet tulivat markkinoille viime vuonna, Docol-teräksen ja SSAB:n osuus alustakomponenttien markkinoilla on lähtenyt kasvuun.

Müller kertoo, että suurlujuusteräksen muovauksessa voidaan käyttää kolmea muovausmenetelmää. Ensimmäinen on kylmäpuristus, joka on yleisin muovausprosessi autonosien tuotantolinjoilla. Kylmäpuristusta käytetään yleensä ovipalkeissa, istuimissa ja törmäyssuojissa. Toinen on rullamuovaus, jolla yleensä muovataan puskureissa, helmapelleissä ja istuinkiskoissa käytettävää terästä. Kolmas menetelmä on kuumamuokkaus, joka ei ole niin yleinen ja jota käytetään monimutkaisesti muotoilluissa, iskuja kestävissä osissa.

Nykyään SSAB:n kylmämuovattavat teräkset yltävät 1 700 MPa:n myötölujuuteen kylmävalssatuissa ja yli 2 200 MPa:n lujuuteen karkaistuissa laaduissa.

”Jatkuva parantaminen on osa strategiaamme, ja autoteollisuudessa saavutetun menestyksen jälkeen odotamme innolla kolmannen sukupolven AHSS-teräksiä. Kymmenen vuotta sitten näiden materiaalien myötölujuus ei ollut enempää kuin 800–1 100 MPa. Olemme siis saavuttaneet paljon turvallisuuden saralla”, Müller sanoo.

 

 

Forming

SSAB:n useimmat tuotteet muovataan joko kylmäpuristamalla tai rullamuovaamalla. Yritys, joka on kehittänyt paljon tuotteita pitkälle kehitetyistä lujista teräksistä (advanced high-strength steel, AHSS), on yhdysvaltalainen Shape Corp, joka suunnittelee, kehittää ja valmistaa turvaosia ja muita sovelluksia autoteollisuudelle.

Shapen tuotekehitysjohtaja Tom Johnson kertoo, että yritys on käyttänyt SSAB:n Docol-terästä törmäysenergian hallintasovelluksissa, kuten ovi- ja puskuripalkeissa, lähes kymmenen vuoden ajan. Viime aikoina se on alkanut käyttää Docol-terästä myös osassa rakennesovelluksiaan.

”AHSS-teräksen erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien ansiosta voimme suunnitella muotoja, jotka sopivat näihin vaativiin sovelluksiin, ja valmistaa korkealaatuisen, lujan ja kevyen tuotteen”, hän sanoo.

Shapen tuotepäällikkö Brian Oxley jatkaa, että Docol-teräksellä on monia ominaisuuksia, jotka tekevät siitä sopivan Shapen kehittämiin uusiin tuotteisiin. Niihin kuuluvat taivutettavuus, joka on tärkeää rullamuovauksessa, koska muotoilu tapahtuu taivuttamalla, tasomaisuus, jota vaaditaan tasaisen laadun säilyttämiseen sekä hitsattavuus ja painon vähentäminen, jotka molemmat ovat keskeisiä tekijöitä useissa autonosissa.

”Syy muovattavuuden tärkeyteen on, että sen avulla voimme hyödyntää materiaalin lujuuden”, Oxley toteaa lopuksi. ”Materiaalilla voi olla mitä parhain lujuus, mutta jos sitä ei voi muovata, siitä ei voi valmistaa osaa.”

Tietoa Docol-teräksestä
Docol on SSAB:n ”autoteräs”, jolla autonvalmistajat voivat rakentaa turvallisia ja kestäviä runkoja, alustoja ja törmäyssuojia. Docol-teräksen kaikki laatuluokat on kehitetty niin, että ne mahdollistavat monimutkaisesti muotoiltujen osien kustannustehokkaan, automatisoidun ja laajamittaisen tuotannon. Docol-terästä käytetään usein puristus- ja rullamuovausprosesseissa, ja se soveltuu erityisen hyvin kylmämuovaukseen, josta SSAB:llä on vankka kokemus. Tästä kokemuksesta hyötyvät asiakkaat, jotka yhteistyön kautta saavat parhaan mahdollisen hyödyn AHSS-teräksistä.

Teksti: Isabelle Kliger

Tämä artikkeli on julkaistu SSAB World -lehden numerossa 2/2016.