Search

Sverige har en stark tradition av att producera produkter som kräver hög precision. För att fortsättavara konkurrenskraftigt som produktionsland behöver industrier i Sverige fortsätta anamma Industri4.0. Industri 4.0 medför en ökad grad av automation där modern teknologi integreras i den existerande produktionstraditionen och därmed ökar effektiviteten och repeterbarheten. Vidareträder den nya maskinförordningen i kraft 2027 vilket medför att tillverkningsföretag i Sverige behöver uppdatera sina rutiner för underhåll under drift för att möta den nya standarden enligt SIS. Arbetet gjordes på uppdrag av ett tillverkningsföretag i Sverige som tillverkar metalltabletter, från råvara till slutgiltig produkt. Företaget har identifierat möjligheten att uppfylla den nya maskinförordningen genom uppgradering till Industri 4.0 via automation. Företaget pressar tabletter från pulver och det här arbetet bidrog till att utvärdera inköp av nya pressar. Företaget behöver konstruktionslösningar för att få pressbordet fritt från smörjmedel efter initialsmörjning samt att ha rena stämplar under driften, det vill säga stämplar fria från build ups. Båda uppgifterna är underhållsrutiner under drift som ska automatiseras. Rapporten beskriver en kartläggning av problematik kring överflödigt smörjmedel efter initial smörjning och förekomsten avbuild ups på stämpelytan på en roterande press. I pressen används olja som smörjmedel, det är ovanligt inom industrin att använda olja som smörjmedel vid pressning vilket förordar en unik lösning. En förstudie med intervjuer och informationssökning gav en förståelse av olika behov. Konceptgenerering gav flera idéer med hjälp av funktionsmedelträd och brainstorming. Idéerna utvärderades mot en bedömningsmatris där en idé per uppgift blev vald som koncept för vidareutveckling. För att få ett pressbord fritt från olja föreslås en skrapa på ett roterande hjul med kanal för bortförsel av smörjmedlet efter initialsmörjning. Vidare föreslås blästring med ko

Sverige har en stark tradition av att producera produkter som kräver hög precision. För att fortsättavara konkurrenskraftigt som produktionsland behöver industrier i Sverige fortsätta anamma Industri4.0. Industri 4.0 medför en ökad grad av automation där modern teknologi integreras i den existerande produktionstraditionen och därmed ökar effektiviteten och repeterbarheten. Vidareträder den nya maskinförordningen i kraft 2027 vilket medför att tillverkningsföretag i Sverige behöver uppdatera sina rutiner för underhåll under drift för att möta den nya standarden enligt SIS. Arbetet gjordes på uppdrag av ett tillverkningsföretag i Sverige som tillverkar metalltabletter, från råvara till slutgiltig produkt. Företaget har identifierat möjligheten att uppfylla den nya maskinförordningen genom uppgradering till Industri 4.0 via automation. Företaget pressar tabletter från pulver och det här arbetet bidrog till att utvärdera inköp av nya pressar. Företaget behöver konstruktionslösningar för att få pressbordet fritt från smörjmedel efter initialsmörjning samt att ha rena stämplar under driften, det vill säga stämplar fria från build ups. Båda uppgifterna är underhållsrutiner under drift som ska automatiseras. Rapporten beskriver en kartläggning av problematik kring överflödigt smörjmedel efter initial smörjning och förekomsten avbuild ups på stämpelytan på en roterande press. I pressen används olja som smörjmedel, det är ovanligt inom industrin att använda olja som smörjmedel vid pressning vilket förordar en unik lösning. En förstudie med intervjuer och informationssökning gav en förståelse av olika behov. Konceptgenerering gav flera idéer med hjälp av funktionsmedelträd och brainstorming. Idéerna utvärderades mot en bedömningsmatris där en idé per uppgift blev vald som koncept för vidareutveckling. För att få ett pressbord fritt från olja föreslås en skrapa på ett roterande hjul med kanal för bortförsel av smörjmedlet efter initialsmörjning. Vidare föreslås blästring med ko

Höganäs AB has a customer center where they perform their cutomers production processes usingtheir own metal powder, thereby gaining knowledge of how the powder behaves and how it can be improved. The powder is usually pressed, and then sintered in a sintering furnace where temperature and atmosphere composition gives the component its desired characteristics. Höganäs AB didn’t save the parameters from these process’s in a easily accessible way, some values were not saved at all. To increase understanding of these parameters impact on the produced detail they wanted these parameters collected and stored in the cloud. They also wanted solution ideas and concepts for implementation of weight measuring on both the in- and output side of the furnace. This project used Ulrich & Eppinger’s product development method, modified by performing continous testing parallell to the design process. The project was also separated into three parts worked on simultaneously. Computer architecture, physical casing and weight measuring. To compile and upload to the cloud a Raspberry Pi 3 B+, a micro processor, was used. It connected via WiFi to upload files to OneDrive. The measured values from the furnace were gathered from the furnace’s PLC via OPCUA and a gas measuring unit via serial communication. Because of the use of metal powder there was conductive dust in the air which could lead to leakage currents and short circuiting if it were to gather on the processor unit. Hence the dust had to be keptaway. The casing was therefore designed to be relatively airtight. The casing was made with 3D-printed PETG. The seal utilized PETG’s elasticity to elastically deform an elevated seal, and thereby sealing the casing, without having to produce more components than a bottom and a lid. The cable feedthrough used the cables elastic deformation to seal. A screen was implemented to start and stop logging processes, which was also sealed using an overlapping lip around it’s rim. The logging o

Höganäs AB has a customer center where they perform their cutomers production processes usingtheir own metal powder, thereby gaining knowledge of how the powder behaves and how it can be improved. The powder is usually pressed, and then sintered in a sintering furnace where temperature and atmosphere composition gives the component its desired characteristics. Höganäs AB didn’t save the parameters from these process’s in a easily accessible way, some values were not saved at all. To increase understanding of these parameters impact on the produced detail they wanted these parameters collected and stored in the cloud. They also wanted solution ideas and concepts for implementation of weight measuring on both the in- and output side of the furnace. This project used Ulrich & Eppinger’s product development method, modified by performing continous testing parallell to the design process. The project was also separated into three parts worked on simultaneously. Computer architecture, physical casing and weight measuring. To compile and upload to the cloud a Raspberry Pi 3 B+, a micro processor, was used. It connected via WiFi to upload files to OneDrive. The measured values from the furnace were gathered from the furnace’s PLC via OPCUA and a gas measuring unit via serial communication. Because of the use of metal powder there was conductive dust in the air which could lead to leakage currents and short circuiting if it were to gather on the processor unit. Hence the dust had to be keptaway. The casing was therefore designed to be relatively airtight. The casing was made with 3D-printed PETG. The seal utilized PETG’s elasticity to elastically deform an elevated seal, and thereby sealing the casing, without having to produce more components than a bottom and a lid. The cable feedthrough used the cables elastic deformation to seal. A screen was implemented to start and stop logging processes, which was also sealed using an overlapping lip around it’s rim. The logging o

In der vorliegenden Arbeit wird das bruchmechanische Verhalten von Materialien untersucht, welche mit einer Faserverstärkung ausgestattet sind. Dies geschieht unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Ergebnisse und Methoden aus der stochastischen Geometrie. Ein zentrales Ergebnis dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Modells einer stochastischen kohäsiven Zone, welche bruchmechanische Vorgänge nahe der Rissspitze faserverstärkter Materialien beschreibt. Hierbei können Eigenschaften der zufälligen Natur der Faserverstärkung wie z.B. die Verteilung der Faserlänge und -orientierung aber auch der Natur der zufälligen Lage der Fasern zueinander verwendet werden. Mit Hilfe dieser und weiterer Charakteristiken des faserverstärkten Materials kann sowie der mittlere mechanische Widerstand gegen Rissöffnung als auch die Varianz desselben berechnet werden. Damit bildet diese Arbeit eine wesentliche Erweiterung und Verallgemeinerung ähnlicher Ergebnisse aus der Vergangenheit, welche mit diesem Thema beschäftigten. Darin wird lediglich der mittlere mechanische Widerstand unter Annahme konstanter Faserlänge und isortroper Faserorientierung thematisiert. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass für Materialien mit gestreuter Faserlänge diese Annahme zu erheblichen Modellierungsfehlern führen kann. Darüber hinaus wird ein numerisches Verfahren vorgeschlagen um die erarbeiteten mathematischen Gleichungen effizient auszuwerten. Mit Hilfe der damit verbundenen Berechnungen und praktischen Messungen an faserverstärkten Materialien konnten die Ergebnisse des stochastischen Modells validiert werden.:1. Einleitung 2. Grundlagen und Begriffe 3. Stochastische Darstellung von Fasersystemen 4. Modellierung des mittleren Spannungs-Separations-Verhaltens 5. Die Varianz des Separationswiderstands 6. Monte-Carlo-Simulation der Modus-I-Separation mit Fasern 7. Experimentelle Validierung und Anwendung des stocahstischen Modells 8. Zusammenfassung und Ausblick

In der vorliegenden Arbeit wird das bruchmechanische Verhalten von Materialien untersucht, welche mit einer Faserverstärkung ausgestattet sind. Dies geschieht unter Zuhilfenahme unterschiedlicher Ergebnisse und Methoden aus der stochastischen Geometrie. Ein zentrales Ergebnis dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Modells einer stochastischen kohäsiven Zone, welche bruchmechanische Vorgänge nahe der Rissspitze faserverstärkter Materialien beschreibt. Hierbei können Eigenschaften der zufälligen Natur der Faserverstärkung wie z.B. die Verteilung der Faserlänge und -orientierung aber auch der Natur der zufälligen Lage der Fasern zueinander verwendet werden. Mit Hilfe dieser und weiterer Charakteristiken des faserverstärkten Materials kann sowie der mittlere mechanische Widerstand gegen Rissöffnung als auch die Varianz desselben berechnet werden. Damit bildet diese Arbeit eine wesentliche Erweiterung und Verallgemeinerung ähnlicher Ergebnisse aus der Vergangenheit, welche mit diesem Thema beschäftigten. Darin wird lediglich der mittlere mechanische Widerstand unter Annahme konstanter Faserlänge und isortroper Faserorientierung thematisiert. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass für Materialien mit gestreuter Faserlänge diese Annahme zu erheblichen Modellierungsfehlern führen kann. Darüber hinaus wird ein numerisches Verfahren vorgeschlagen um die erarbeiteten mathematischen Gleichungen effizient auszuwerten. Mit Hilfe der damit verbundenen Berechnungen und praktischen Messungen an faserverstärkten Materialien konnten die Ergebnisse des stochastischen Modells validiert werden.:1. Einleitung 2. Grundlagen und Begriffe 3. Stochastische Darstellung von Fasersystemen 4. Modellierung des mittleren Spannungs-Separations-Verhaltens 5. Die Varianz des Separationswiderstands 6. Monte-Carlo-Simulation der Modus-I-Separation mit Fasern 7. Experimentelle Validierung und Anwendung des stocahstischen Modells 8. Zusammenfassung und Ausblick

The pores in pressed and sintered components constitute weak points in the material since the stress concentration is larger than the nominal stress there. Therefore, fatigue cracks initiate at the pores. Specifically, it can be assumed that the fatigue cracks initiate at the largest pore in the stressed volume. Studies have previously looked at finding ways to model the fatigue strength of the material based on the largest pore. This thesis looks at a model previously derived for hardened pressed and sintered materials that is based on linear elastic fracture mechanics and investigates if said model can be modified to include non-hardened pressed and sintered materials that do not necessarily behave linear elastically. A model describing the influence of the size of the largest pore on the fatigue limit using empirical coefficients is suggested. Furthermore, the area of the largest pore is modelled using extreme value statistics. The model proved successful in modelling the density effect of the porosity on the fatigue strength for two materials with different microstructures: one with a homogeneous microstructure and one with a heterogeneous microstructure. For the material with the homogenoeous microstructure the model also accounted well for the notch effect when tested on samples with a different geometry. However, for the heterogeneous material the model did not account for the notch effect. Deformation hardening due to local plastic deformation in the softer phases was suggested as a possible explanation and was supported by tensile tests.

The pores in pressed and sintered components constitute weak points in the material since the stress concentration is larger than the nominal stress there. Therefore, fatigue cracks initiate at the pores. Specifically, it can be assumed that the fatigue cracks initiate at the largest pore in the stressed volume. Studies have previously looked at finding ways to model the fatigue strength of the material based on the largest pore. This thesis looks at a model previously derived for hardened pressed and sintered materials that is based on linear elastic fracture mechanics and investigates if said model can be modified to include non-hardened pressed and sintered materials that do not necessarily behave linear elastically. A model describing the influence of the size of the largest pore on the fatigue limit using empirical coefficients is suggested. Furthermore, the area of the largest pore is modelled using extreme value statistics. The model proved successful in modelling the density effect of the porosity on the fatigue strength for two materials with different microstructures: one with a homogeneous microstructure and one with a heterogeneous microstructure. For the material with the homogenoeous microstructure the model also accounted well for the notch effect when tested on samples with a different geometry. However, for the heterogeneous material the model did not account for the notch effect. Deformation hardening due to local plastic deformation in the softer phases was suggested as a possible explanation and was supported by tensile tests.