Brott lönar sig inte : Utmattningshållfasthet hos personbilsdragkrokar

Sammanfattning: Detta arbete har utförts på deltid under perioden juni 2009 – maj 2010 på uppdrag av Monoflex Nordic AB i Hallstahammar. Företaget konstruerar, producerar och säljer dragkrokar till personbilar och lätta lastbilar. Uppgiften bestod initialt i att studera eventuella fördelar och nackdelar hos ett byte av materialkvalitet från stålet SR235JRG2 till S355JR i dragbalken hos en personbilsdragkrok och dess laserskurna delar. Resultatet av denna studie kommer att utgöra en del av beslutsunderlaget för kommande konstruktionsarbete hos företaget.  Då det på företaget under detta arbetes gång även väcktes ett intresse för att dels utvärdera vad användning av pulverfylld rörtråd istället för solid svetstråd skulle få för betydelse för hållfastheten i en konstruktion, men också för att se om en robotsvetsad prototyp klarade utmattningsprovet bättre än en manuellt svetsad prototyp, har denna studie utökats till att omfatta även det.  Försöken som har gjorts grundar sig på att en specifik dragkrokskonstruktion inte blev godkänd förrän efter tretton omkonstruktioner och därpå följande utmattningsprover. Den sista av de icke godkända konstruktionsvarianterna som användes när denna dragkrok togs fram, har använts i denna försöksserie. En reducerad försöksplan bestående av sex försök enligt metoden statistisk försöksplanering har upprättats och följts.  De faktorer som var för sig eller i förening har ändrats är materialkvalitet, elektrodtyp och svetsmetod vid prototyptillverkningen. Som resultatvariabel valdes den slaglängd dragkroken uppvisade under utmattningsprovet då det antogs att slaglängden stod i relation till uppkomsten av sprickor i konstruktionen.  Endast två av dragkrokarna i försöksserien klarade ett utmattningsprov bestående av 2 miljoner belastningscykler utan anmärkning. Vid analys av slaglängdsvariationerna kunde dock effekterna av bytet av de olika faktorerna beräknas. Störst effekt på slaglängden hade bytet av stålkvalitet i samspel med bytet av elektrodtyp, följt av stålkvalitetsbyte i samspel med svetsmetodsbyte. Det som hade allra minst effekt på slaglängden var om enbart svetsmetoden ändrades.  Tre varianter av konstruktionen, med olika materialsammansättningar, analyserades i FEM-programmet ANSYS Workbench v12.1. Detta gav en kompletterande bild av skillnaderna i säkerhetsfaktor upp till materialets sträckgräns i olika delar av konstruktionen när de olika stålkvaliteterna användes. Det är dock tveksamt om slaglängdsvariationerna står relation till hållfastheten i konstruktionerna.  Slutsatsen från denna studie är att de undersökta ändringarna var för sig i olika omfattning bidrar till en minskning av slaglängden samt i vissa kombinationer även till en ökning av hållfastheten. Det är dock vid kombination av två faktorer som de bästa resultaten erhålls. Företaget rekommenderas att ändra minst två av de studerade faktorerna i kommande prototypbyggen.  Då genomförande av de studerade ändringarna ger såväl produktionstekniska som produktionsekonomiska konsekvenser rekommenderas uppdragsgivaren även att göra ytterligare prov i synnerhet med byte av materialkvalitet och elektrodtyp. I samband med dessa prov bör även noggranna kostnadskalkyler upprättas som underlag för framtida beslut.