Tehonsiirtokorvakon valmistettavuus

Abstract

Tässä diplomityössä tarkastellaan tuotekehitysprojektin tuloksena syntyneen konseptiosan valmistettavuutta. Työn tavoitteena oli selvittää mahdolliset valmistusmenetelmät, joilla konsep-tiosa saadaan valmistettua, valita parhaiten eri menetelmillä valmistukseen soveltuvat materiaa-lit, sekä esittää valmistusta helpottavia menetelmäkohtaisia suunnitteluratkaisuja. On kuitenkin huomioitava, että tämän työn tavoitteena ei ole esittää valmista rakennetta vaan tarjota tietoa, jonka pohjalta lopullinen tuote on mahdollista suunnitella eri materiaalien ja valmistusmenetel-mien ominaisuudet ja mahdollisuudet huomioiden. Kappaleen valmistettavuutta selvitettiin tässä työssä sekä kirjallisuuskatsauksen, että toimin-tatutkimuksen keinoin. Kirjallisuuslähteiden lisäksi työssä on hyödynnetty eri teollisuuden asian-tuntijoiden, kuten esimerkiksi valimoiden ja komposiittirakenteiden valmistusta tarjoavien yritys-ten tietotaitoa. Työn alkupuolella esitellään tutkimuksen lähtökohtana toimivan kappaleen perusgeometria ja pyritään tunnistamaan valmistuksen kannalta mahdolliset ongelmakohdat. Yhdeksi valmistus-teknisessä mielessä vaikeammin toteutettavaksi piirteeksi todettiin kappaleen sisällä kulkevat kanavat, jotka yhdessä kappaleen ulkomittojen kanssa rajaavat työn puitteissa hyödynnettäviä valmistusmenetelmiä. Mahdollisten rajoitteiden lisäksi työn alussa on määritelty suunnittelupa-rametrit, joiden pohjalta on lähdetty selvittämään mahdollisia valmistusmenetelmä- ja materiaali-vaihtoehtoja. Alustavissa materiaalivalinnoissa on pyritty mahdollisimman lujaan ja kevyeen rakenteeseen, joten perinteisempien teräsmateriaalien rinnalla on tutkittu kevytmetallien ja komposiittirakentei-den hyödyntämistä valmistuksessa. Tutkittavia materiaaliryhmiä ovat seostamattomat teräkset, korroosionkestävät teräkset, alumiiniseokset, magnesiumseokset, titaaniseokset, sekä kuitu-komposiittimateriaalit. Valitusta valmistusmenetelmästä riippuen parhaiten edellä mainituista materiaaliryhmistä valmistukseen näyttävät soveltuvan yleiset rakenneteräkset, sekä erilaiset alumiiniseokset. Mahdollisten valmistusmenetelmien kartoituksessa on pyritty keskittymään valmistusmene-telmiin, joilla yleisesti valmistetaan monimutkaisia piirteitä sisältäviä kappaleita. Tutkittavia val-mistusmenetelmiä ovat koneistaminen, valumenetelmät, ainetta lisäävät valmistusmenetelmät, sekä komposiittivalmistus. Tämän työn selvityksen perusteella parhaiten konseptiosan valmis-tukseen soveltuvat erilaiset valumenetelmät, erityisesti hiekkavalu ja Lost Foam- valumenetel-mä. Hiekkavalettujen muottien valmistuksessa on mahdollista hyödyntää materiaalia lisäävää valmistusta, joka helpottaa monimutkaisten muottien ja keernojen valmistusta. Myös komposiit-tivalmistus on mahdollista, mutta menetelmän kustannukset saattavat osoittautua ongelmaksi. Mahdollisten valmistusmenetelmien yhteydessä on esitelty suunnitteluratkaisuja, jotka hel-pottavat kappaleen valmistamista. Näitä suunnitteluratkaisuja ja aiemmin työssä kerättyä tietoa on työn loppupuolella hyödynnetty alustavissa ehdotuksissa tehonsiirtokorvakon rakenteeksi.

This thesis work is focused on the manufacturability of manifold structure that has been deve-loped as part of product development project. The primary objective of this Master ’s thesis is to find out possible materials and manufacturing methods that allow the cost effect manufactu-ring of the case study part and similar structures. Secondary objective is to present manufactu-ring method specific design principles that enable cost effect manufacturing of the manifold structure. However it is to be noted that it is not within the scope of this thesis to present ready solutions for the possible structure but merely ideas. Manufacturability of the manifold was studied using literacy review and action research as the research methods. The expertise of foundries and composite manufacturing sector was al-so utilized in the study. The first part of this thesis focuses on the rough geometry of the manifold and potential is-sues regarding the manufacturability of the part. Main issue considering the manufacturability of the manifold are multiple internal channels in the part. These channels combined with the re-lative size of the part limit available manufacturing methods. In addition to the possible limitati-ons the first part of this thesis also presents initial design parameters of the part. Preliminary selection parameters of possible material groups are high strength and low weight. Based on these main parameters different structural and stainless steels, aluminum, magnesium and titanium alloys and fiber composite materials are included in this study. de-pending on the selected manufacturing methods structural steels and different aluminum alloys seem to give the best results. Different manufacturing methods are selected based on the ability to manufacture complex geometry parts. Possible manufacturing methods that are closely examined in this thesis are machining, different casting methods, additive manufacturing methods, and composite manu-facturing. Different casting methods seem to be the most suitable from the aforementioned methods. Especially sand casting and Lost Foam casting. With sand casting it is possible to utilize additive manufacturing in the manufacturing of the casting molds and cores. One possi-ble manufacturing methods is fiber composite manufacturing but the costs of manufacturing might cross the benefits. Several design principles that allow easier manufacturing are presented under the chapters of different manufacturing methods. these principles and earlier acquired information about the methods and materials has been utilized at the end of this thesis when different ideas for the manufacturing structure are presented.