Ett rör kan se ganska enkelt ut från början. Rak geometri, jämn godstjocklek och relativt få detaljer att ta hänsyn till. Men genom rätt kombination av formning och efterbearbetning kan samma rörämne förvandlas till en avancerad komponent med varierande tvärsnitt, böjar, hål, anslutningar och funktionella ytor.
En metod som används för att skapa sådana komponenter är hydroformning. Där formas röret med hjälp av ett högt invändigt vätsketryck mot ett verktyg. Efter formningen kan komponenten gå vidare till exempelvis laserskärning, kapning, bearbetning och ytbehandling innan den är färdig för montering.
Det intressanta är därför inte bara själva hydroformningen. Det är hela kedjan från rörämne till färdig komponent som avgör hur bra slutresultatet blir.
Vad är hydroformning?
Vid hydroformning placeras ett rörämne i ett formverktyg som sluts runt röret. Röret fylls därefter med vätska och försluts i ändarna. När det invändiga trycket ökar pressas materialet utåt och följer verktygets geometri.
Samtidigt kan material matas in axiellt från rörets ändar. Kombinationen av invändigt tryck och kontrollerad materialmatning gör det möjligt att skapa geometrier som hade varit betydligt svårare att tillverka genom enbart traditionell bockning eller pressning.
Resultatet kan bli en ihålig komponent där tvärsnitt, radier och form varierar längs detaljen. Processen kan också göra det möjligt att integrera funktioner som annars hade krävt flera separata delar och sammanfogningsmoment.
Allt börjar med rätt rörämne
Hydroformningen börjar egentligen långt innan röret läggs i pressen.
Material, diameter, godstjocklek och tidigare bearbetning påverkar hur röret beter sig när det utsätts för tryck och deformation. Även detaljens slutliga geometri spelar in. Ett rör som ska expandera kraftigt på vissa ställen ställer andra krav än en komponent där förändringen av tvärsnittet är mindre.
Rörämnet kan dessutom behöva kapas och förbockas innan hydroformningen. På så sätt får det en grundform som bättre passar i verktyget och ligger närmare den geometri som ska skapas i nästa steg. Förbockning är en etablerad del av processkedjan för många hydroformade komponenter.
Det betyder att en bra hydroformad detalj inte bara är resultatet av högt tryck. Materialval, ämnesberedning, bockning, verktyg och själva formningsförloppet behöver fungera tillsammans.
Hydroformningen skapar den avancerade geometrin
När rörämnet ligger på plats stängs verktyget och röret fylls med formningsmedium. Därefter byggs trycket upp kontrollerat.
Materialet pressas mot verktygets insida och börjar ta den slutliga formen. Samtidigt behöver processen styras så att materialet kan fördelas på rätt sätt genom detaljen.
För lite material i ett område kan exempelvis ge kraftig uttunning eller i värsta fall sprickbildning. Fel kombination av tryck och axial matning kan även bidra till veck eller andra formningsproblem. Därför är sambandet mellan materialets egenskaper, tryckförloppet och den axiella matningen centralt vid utvecklingen av processen.
När processen är rätt anpassad går det däremot att skapa avancerade ihåliga former med hög repeterbarhet.
Varför använda hydroformning istället för flera separata delar?
En av de stora möjligheterna med hydroformning är att skapa mer av komponentens geometri i ett enda ämne.
En konstruktion som annars hade byggts av flera pressade eller bockade delar kan i vissa fall ersättas av en hydroformad komponent. Det kan minska behovet av efterföljande sammanfogning och antalet svetsförband.
Det kan ge flera praktiska fördelar:
- färre separata komponenter
- färre sammanfogningsmoment
- möjlighet till avancerade tvärsnitt
- god repeterbarhet i återkommande produktion
- möjlighet att kombinera låg vikt med funktionell geometri
Det betyder däremot inte att komponenten är färdig när den lämnar hydroformningspressen. Ofta återstår flera viktiga steg.
Laserskärning ger komponenten sina hål och avslut
Efter hydroformningen har komponenten fått sin huvudsakliga tredimensionella form. Nu behöver den ofta kompletteras med exempelvis hål, öppningar, urtag eller exakta ändgeometrier.
Här passar laserskärning bra in i processkedjan.
Till skillnad från skärning av plan plåt behöver bearbetningen följa en tredimensionell detalj. Med anpassad laserutrustning kan man bearbeta konturer på och runt den redan formade komponenten. Hydroformningstillverkare använder därför bland annat komplex 3D-laserskärning som ett efterföljande steg i produktionen.
Lasern kan exempelvis användas för att:
- kapa komponenten till slutlig längd
- skapa hål och öppningar
- göra urtag för andra komponenter
- anpassa rörändar
- skapa konturer som behövs vid montering eller sammanfogning
Rörlaserskärning gör det möjligt att skapa hål, slitsar, urtag och ändprofiler direkt i rör och profiler. Det kan i många fall ersätta flera separata operationer som sågning och borrning.
Varför sker laserskärningen ofta efter formningen?
Det kan verka enklare att göra alla hål redan när röret fortfarande är rakt. Men när ett rör hydroformas förändras geometrin.
Materialet förflyttas och deformeras när komponenten pressas mot verktyget. Ett hål som placerats exakt på ett rakt rör behöver därför inte hamna där man vill ha det efter en kraftigare formning.
Genom att göra kritiska utskärningar när komponentens slutliga geometri redan är skapad kan positionerna istället utgå från den färdigformade detaljen.
Det är ett bra exempel på varför tillverkningsordningen spelar stor roll. Varje enskild metod kan vara noggrann, men det är först när momenten placeras i rätt ordning som hela processen blir stabil.
Efterbearbetningen gör komponenten färdig
Efter hydroformning och laserskärning kan ytterligare arbete behövas innan komponenten är redo att levereras eller monteras.
Vilka moment som krävs beror på användningsområde och konstruktion. I en komplett processkedja för hydroformade komponenter kan exempelvis bockning, håltagning, mekanisk formning, värmebehandling, 3D-laserskärning, ändformning och ytbehandling ingå.
Andra vanliga moment kan vara gradning, tvätt och kontroll.
Det är lätt att kalla allt detta för ”efterarbete”, men momenten har ofta direkt betydelse för detaljens funktion. En vass kant kan behöva tas bort. Ett rörslut kan behöva formas för att passa mot nästa komponent. En yta kan behöva behandlas för att klara den miljö där produkten ska användas.
Precis som vid annan industriell bearbetning är alltså detaljen inte färdig bara för att grundformen är rätt.
Kontroll genom hela tillverkningskedjan
När flera tillverkningsmetoder kombineras blir kvalitetssäkringen extra viktig.
Först behöver rörämnet ha rätt dimensioner och materialegenskaper. Efter formningen behöver geometrin stämma med krav och ritning. Efter laserskärningen ska hål, urtag och ändar ligga på rätt plats.
Det kan därför finnas kontrollpunkter efter flera olika steg i processen.
Vilka mått som är viktigast beror på komponentens funktion. Det kan exempelvis vara:
- total längd
- tvärsnitt och profil
- hålpositioner
- anslutningspunkter
- rörändarnas geometri
- kritiska radier
- ytor som ska ligga mot andra komponenter
Ju fler funktioner som byggs in i en och samma komponent, desto viktigare blir det att de kritiska måtten följs upp genom produktionen.
Konstruktionen bör anpassas efter hela processen
Precis som vid annan bearbetning finns mycket att vinna på att tänka på tillverkningen redan när komponenten konstrueras.
Det räcker inte att fråga om geometrin går att hydroforma. Man behöver också fundera på vad som ska hända efteråt.
Var ska komponenten kapas? Vilka hål behöver laserskäras? Vilka ytor är viktiga för montering? Behöver röret bockas innan hydroformningen? Går detaljen att fixera och mäta efter formningen?
När sådana frågor kommer in tidigt blir det lättare att skapa en process där momenten hjälper varandra istället för att skapa nya problem.
Det är också här samarbetet mellan konstruktion och produktion blir särskilt viktigt. En liten ändring av en radie, ett hål eller en anslutning kan ibland påverka flera delar av tillverkningskedjan.
Från ett enkelt rör till en avancerad komponent
Hydroformning visar ganska tydligt hur mycket som kan hända mellan råmaterial och färdig industrikomponent.
Utgångspunkten kan vara ett relativt enkelt rörämne. Det kapas och eventuellt förbockas. Därefter formas röret under invändigt vätsketryck tills det följer verktygets geometri. När grundformen är färdig kan hål, konturer och ändar laserskäras och komponenten sedan gå vidare till den efterbearbetning och kontroll som krävs.
Varje steg löser olika uppgifter:
Rörämnet ger materialet och grundförutsättningarna.
Hydroformningen skapar formen.
Laserskärningen skapar exakta öppningar och avslut.
Efterbearbetningen gör detaljen redo för sin slutliga funktion.
Sammanfattning
Hydroformning är en metod för att skapa avancerade ihåliga komponenter genom att forma ett rör med hjälp av invändigt vätsketryck. Tekniken kan användas för geometrier som annars skulle kräva flera separata delar och tillverkningsmoment.
Men hydroformningen är bara en del av helheten. Förbockning, laserskärning, ändbearbetning, ytbehandling och kontroll kan vara minst lika viktiga för slutresultatet.
Det är samspelet mellan momenten som förvandlar ett vanligt rörämne till en färdig teknisk komponent. När konstruktion, formning och efterbearbetning planeras som en sammanhängande process blir det lättare att skapa komponenter med rätt geometri, funktion och repeterbarhet.
