materialbetende vid plåtvalsning

Snabbare materialutveckling med virtuell processlinje för plåtvalsning

8 november, 2022

Visionen är att svenska tillverkare av metalliska material ska få tillgång till virtuella processlinjer och designverktyg för bearbetnings- och värmningsprocesser, med effekten snabbare materialutveckling. I projekten FINBEAM och FINBEAM2 arbetar vi med hela kedjan, dvs från grundläggande materialmodeller till applicerad processimulering och validering med driftsförsök.

Projektet ”Integrerad bearbetningsmodellering i fullskala (FINBEAM)” har nu beviljats fortsättning i ett treårigt projekt inom det strategiska innovationsprogrammet Metalliska Material. Arbetet är ett brett samarbete med 13 olika parter – högskolor, institut, metall- och mjukvaruföretag.

– Detta är en enorm utmaning som måste antas för att säkra materialföretagens framtida konkurrenskraft, säger Rachel Pettersson, forskningschef vid Jernkontoret och koordinator för projektet.

Ett av projektets fallstudier leds av SSAB Special Steels i Oxelösund som definierade och avgränsade arbetet i föregående projekt till värmning, valsning och härdning. SSAB har tillfört processdata från valsningsförsök, som till exempel valshastighet, reduktioner, temperatur under valsning, flytspänning och uppmätta valskrafter. Swerim bistod med motsvarande simulerade materialdata med hjälp av Gleeble termomekanisk simulator, vilket användes till att beskriva hur stålet utvecklas vid dessa processteg i kontrollerade labbförsök.

DYNAmore bistår i fortsättningsprojektet med implementering av materialmodeller, samt processimulering. Materialfenomen som inkluderas är hårdnandet som sker vid påvalsning och mjuknandet med relaxation och rekristallisation som sker mellan deformationer. I bild nedan visas exempel på simulerade valskrafter jämfört med processdata.

Simulerade valskrafter
Simulerade valskrafter med LS-Dyna, jämfört med uppmätta valskrafter vid SSAB Oxelösund. Från publikation:”Simulation of Hot Plate Rolling using LS-DYNA©, Mikael Schill et al, DYNAmore Nordic, Linköping, Sweden, 13 th LS-Dyna Conf., 2021, Ulm, Germany”

Att beskriva materialbeteende vid plåtvalsning

– På Swerim har vi utfört materialprovning och utveckling av materialmodeller lämpliga för att implementeras i FE-verktyg och fånga de materialförändringar som sker vid plåtvalsning. Detta inkluderar flertalet olika verktyg för strukturutveckling och processmodellering, berättar Hans Magnusson som har varit ansvarig för att fånga materialbeteendet vid plåtvalsning i labbmiljö. Exempel hur dessa modeller hör ihop illustreras i bilden nedan.

materialbetende vid plåtvalsning

Det är inte helt lätt att skapa en virtuell modell av en valsningsprocess.

– Det finns många beräkningstekniska utmaningar inom FINBEAM-projektet. Till att börja med så är det alltid en utmaning att simulera något så stort som ett valsverk på makronivå för att prediktera resultat på mikronivå. Som alltid är randvillkoren såsom temperatur och friktion extremt viktiga och de är i sig en utmaning att bestämma i en produktionsmiljö, säger Mikael Schill på Dynamore Nordic som har arbetat med att utveckla en simuleringsmodell för valsningen inom projektet. Tillsammans med Swerim och SSAB lyckades vi välja en lagom nivå på detaljeringsgrad och successivt arbeta oss igenom frågeställningarna. Resultatet blev en effektiv och tillräckligt noggrann modell som kan beskriva hur materialet påverkas genom hela valsningsprocessen och har möjlighet att beskriva processtekniska variabler såsom valsningskraft och temperaturer.

______________________________
I FINBEAM2 deltar följande företag: Jernkontoret, Outokumpu, SSAB Europe, SSAB Special Steels, Alleima, Gestamp, Gränges, Impetus, Dynamore, Swerim, Högskolan Dalarna, Luleå tekniska universitet, och KTH Kungliga tekniska högskolan.

Projektet utförs inom det strategiska innovationsprogrammet Metalliska Material, en gemensam satsning av Vinnova, Formas och Energimyndigheten, med start 1 oktober och avslut 30 september 2025. Koordinator är Rachel Pettersson, Jernkontoret. Swerim är största forskningsutövare och bistår med materialprovning, materialmodellering och ledning av arbetspaket.