Text: Louise Werner, JÖNKÖPING UNIVERSITY
Att göra bilar både lättare, säkrare och billigare är en av fordonsindustrins största utmaningar. Nu visar ett forskningsprojekt vid Jönköping University (JU) att det är möjligt att redan i designfasen förutse exakt var en gjuten aluminiumdel riskerar att gå sönder – och därmed undvika det helt.
– Genom att simulera hur den smälta metallen flödar kan man se hur mycket belastning en komponent kommer att klara i verkligheten, säger Jakob Olofsson, avdelningschef och docent i material och tillverkning vid Tekniska Högskolan i Jönköping (JTH).
Genom avancerade simuleringar av hur smält aluminium beter sig i formen kan forskare nu förutsäga komponentens styrka innan den ens är tillverkad. Det innebär att konstruktörer kan optimera både materialåtgång och säkerhet, vilket leder till lättare konstruktioner, färre defekter och betydligt lägre tillverkningskostnader.
Oxidhinnor – den verkliga orsaken till svaga punkter
Industrin har länge utgått från att porer och mikrostrukturen i metallen var det som skapade svaga punkter. Projektet visar i stället att det är tunna oxidhinnor, skapade när smältan rör sig för snabbt och bryts upp, som är den största risken för att gjutna delar kan gå sönder.
Denna insikt ger industrin nya möjligheter att designa bort problem tidigt, vilket gör att komponenter i exempelvis bilar kan bli både lättare och starkare utan att kosta mer.
Under projektet jämfördes avancerade simuleringar med fysiska tester. Resultatet visar hur de tunna oxidhinnorna som inte syns med blotta ögat, styr var den gjutna delen senare går sönder.
– Vi har visat att det inte är porerna som dominerar, utan oxiderna som bildas om smältan blir turbulent. Det förändrar hur industrin behöver tänka när man designar och tillverkar aluminiumkomponenter, säger Jakob Olofsson.
För bilindustrin, där varje kilo räknas och varje säkerhetsdetalj spelar roll, innebär detta ett stort steg framåt. Bättre simuleringar betyder mer tillförlitliga hållfasthetsberäkningar, och därmed bättre förutsägelser av hur bilen och dess strukturer deformeras vid en kollision.
Design och tillverkning måste optimeras tillsammans
En avgörande slutsats är att man inte längre kan designa en komponent utan att samtidigt simulera tillverkningen.
– Man kan inte bara rita en form och tro att materialet blir likadant överallt. Metallen måste flöda lugnt och kontrollerat för att undvika turbulens och oxidbildning, säger Jakob Olofsson.
När digital konstruktion och gjutsimulering kombineras kan företag minimera defekter, använda mindre material, sänka kostnaderna och samtidigt ta fram starkare och mer förutsägbara komponenter.
Och just detta är vad som gör att tekniken nu lyfts av fordonsindustrin.
– På presskonferensen? för nya EX60 beskrev Volvos vd hur man gör bilen både säkrare, lättare och billigare genom den här typen av teknik. Det är precis den riktning som hela industrin är på väg mot, säger Jakob Olofsson.
Fakta:
Utöver forskare från JTH vid JU deltog följande partners i projektet Evident, som finansierades av Sveriges innovationsmyndighet Vinnova:
Research Institutes of Sweden (RISE), Jönköping University, Husqvarna, Scania och Volvo Cars.
En turbulent smälta är en smälta som rör sig för snabbt så att så att ytan bryts upp och smältan skvätter omkring. Smältan reagerar med syre och det bildas en tunn oxidhinna som då blandas in i smältan och skapar svaga punkter i materialet. Därför måste industrin se till att metallen kan flöda in i formen på ett kontrollerat sätt när man gjuter aluminiumdelar.
