Det nye dataverktøyet letter produksjonen av bildeler. Egenskapene på materialene som bildelene er laget av, blir slik som de store bilprodusentene vil ha det.

Systemet kan beregne stivhet, styrke og stabilitet. Beregninger som før gjerne tok måneder, kan nå gjøres unna på få dager eller uker.

Bilprodusentene har strenge krav til sikker og presis produksjon. For å møte disse kravene bruker underleverandørene dataassisterte modeller for konstruksjon og simulering.

Disse blir brukt til å forutsi produktegenskapene til bildelene under og etter støping og under bruk.

– Vi har utviklet og koblet slike verktøy på en måte som gjør det lettere og raskere å planlegge produksjonen og forutse kvaliteten mer presist, sier Geir Grasmo.

Han er professor i konstruksjonsmaterialer ved Universitetet i Agder (UiA) og har ledet et forskningsprosjekt som har utviklet nye modelleringsverktøy for bilindustrien.

Automatisert støping krever avanserte simuleringer

Understellsdelene på ulike bilmerker og bilmodeller har ulik form og ulike egenskaper. Jaguar har andre krav enn BMW.

For å kunne levere fra et høykostland som Norge satser bedrifter som Aludyne Norway på høyt automatiserte prosesser der produksjonen skreddersys etter behov.

Da er forarbeidet helt avgjørende for sluttresultatet.

Avanserte dataverktøy simulerer blant annet blandingsforholdet mellom aluminium, silisium, magnesium og andre ingredienser som inngår i støpingen. Videre simuleres fylling av støpeformene og selve størkingen, der formene og metallet avkjøles.

– Understellet i en bil må stå for en støyt. Det utgjør fundamentet resten av bilen er bygget på, og må tåle de store belastningene et kjøretøy utsettes for i fart på krevende underlag.

– Understellet må også være konstruert slik at en skade blir avdempet og minst mulig hvis uhellet er ute og bilen havner i en kollisjon, sier Grasmo.

Understellsdelene støpes i en prosess der metaller og andre stoffer først smeltes sammen i det som kalles legeringer. Disse legeringene må bli akkurat passe «seige.» Er de for sprø, kan de knekke når de påvirkes av store krefter. Samtidig kan de ikke være for seige eller svake. Da vil de bøye seg.

– Vi vil også ha det som kalles «dødt» materiale som gir deler som ikke vibrerer for mye. Det handler om komfort og støy i bilen, for materialer uten de rette egenskapene kan gi during under kjøring, sier Grasmo.

Forutsier egenskaper i materialet

Hovedbestanddelene i legeringene er som regel aluminium. Egenskaper som sprøhet, styrke, spenning og seighet i de ferdige bildelene vil være bestemt av hvordan stoffer som jern, magnesium og silisium fordeler seg i legeringen.

– For eksempel vil få og store silisiumpartikler gjøre at materialet blir seigt, men også mykt. Er silisiumet mer finfordelt, får vi en annen struktur med mer styrke, men noe lavere seighet, sier Grasmo.

Ifølge professoren forutsier de nye modellverktøyene viktige egenskaper i de ferdig støpte delene. Systemet klarer å beregne hvilken evne ulike bildeler har til å holde på formen uavhengig av temperatur.

Systemet bidrar til kontroll under støping av bildeler. Under avkjøling blir overflaten til en støpedel raskere kald enn kjernen. I denne fasen er det en risiko for at materialet, som er støpedeler i kompliserte former og ulike tykkelser, kan stivne i feil form.

– Vi har god kontroll på hvordan egenskapene kan optimaliseres ved å styre størkingen og en etterfølgende varmebehandling i produksjonen. Det er ikke bare blandingsforholdet i legeringen som avgjør kvaliteten, men også hvor hurtig materialene kjøles ned.

– Å vite hvordan legeringen oppfører seg når den går fra varm til kald tilstand, er viktig, forklarer han.

Ser spenninger i materialer

Modellverktøyene forutsier også presist hvordan justeringer av produksjonsprosessen påvirker det som kalles restspenningen i de ferdige bildelene.

Det skal helst vært minst mulig restspenninger, for spenning og deformasjoner kan gjøre at materialet slår seg eller vrir seg ukontrollert når det utsettes for store krefter.

– Men den mulig største negative effekten av restspenninger kan være at levetiden for delen går ned. Materialet får mindre motstand mot utmatting under den kontinuerlig varierende belastningen som vi har på understellet under kjøring, spesielt på dårlige veier, sier Geir Grasmo.

Bedre kjøreegenskaper

Selskaper som Aludyne Norway gir tilbud til de store bilprodusentene basert på detaljerte kravspesifikasjoner. De må dokumentere at de kan lage bildeler som svarer hundre prosent på alle sikkerhetskrav – og til alle andre spesifikke ønsker.

– Aludyne har tatt i bruk de nye verktøyene med svært godt resultat. Simuleringene og samspillet mellom ulike programmer går veldig mye raskere enn før og er mer nøyaktige. Det betyr at selskapet kan være med i flere anbudsprosesser enn før. Det er viktig i en bransje der selv gode underleverandører vanligvis ikke vinner mer enn fem til ti prosent av anbudskonkurransene de er med i, sier Grasmo.

Han trekker også frem bedre kjøreegenskaper, lavere energiforbruk og lengre levetid som positive effekter av bedre simuleringer.

Nå satser forskerne på å videreutvikle verktøyene slik at de også kan håndtere det som kalles hybrid samstøping.

Her smeltes ikke bare metall og andre ingredienser sammen til en blanding, men støpes sammen med andre metallkomponenter, omtrent som osten og brødskiven i et ostesmørbrød.

– Når to materialer skal støpes sammen på denne måten, er det svært viktig å ha kontroll på overgangen mellom de to materialene. De kan ikke falle fra hverandre under kjøring, sier Grasmo.

Forskerne vil søke midler til videre forskning.

Samarbeid om bil-forskning

Forskningsprosjektet var et samarbeid mellom Universitetet i Agder, Institutt for Energiteknikk (IFE) og de norske bedriftene Aludyne Norway og Impetus Afea.

Aludyne Norway i Farsund støper deler til understell på biler som Jaguar, Porsche og BMW, mens Impetus i Flekkefjord utvikler avansert programvare til bruk i flere industrier. Regionale forskningsfond Agder har støttet forskningen.

Artikkelen er produsert og finansiert av De regionale forskningsfondene

Forskningsfondene er én av 77 eiere av forskning.no.
Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.

Her kan du lese mer om ordningen.

Fikk du med deg disse artiklene fra De regionale forskningsfondene?

Norsk sykehus er best i Skandinavia på digitale løsninger

Spår kven som mister straumen ved uvêr

Fjerner miljøgifter med alger