Från produktspecifikation till val av material och tillverkningsprocess

Det borde vara en självklarhet att en specifikation av de krav och egenskaper som skall gälla för en ny produkt upprättas innan det egentliga konstruktionsarbetet startas. Likväl är det mycket vanligt att man i praktiskt arbete försummar detta moment eller att en mycket summarisk specifikationen görs och kanske aldrig fästs på papper. Skälen till detta är flera, men det dominerande är nog helt enkelt att det ofta är svårt att tidigt slå fast vad som skall gälla. Anledningen kan vara att en del egenskaper kanske är motstridiga eller att man inte känner alla tekniska och ekonomiska aspekter på de egenskaper man eftersträvar. Specifikationen måste därför vanligen vara ett levande dokument som revideras i etapper allteftersom utvecklingsarbetet framskrider och ny information och nya synpunkter kommer fram.

Det primära syftet med produktspecifikationen är att förteckna de krav och egenskaper som man anser kommer att göra produkten användbar för kunden och attraktiv på markanden. Härtill kommer tvingande krav i form av lagstiftning, miljökrav, företagets egna riktlinjer osv. Väsentligen handlar det emellertid om att förvissa sig om att de egenskaper, som man tror kommer att tillfredsställa kunden, verkligen blir realiserade i produkten. En del av dessa kan vara av strikt teknisk natur, t ex hållfasthet, motstånd mot korrosion osv, medan andra är av mer subjektiv karaktär, t ex komfort, utseende osv. Konstruktören står inför den ofta svåra uppgiften att omvandla en kundorienterad produktspecifikation till en tekniskt orienterad specifikation som direkt kan tillämpas vid geometrisk utformning och val av material och tillverkningsprocess. Rent formella metoder som den i kapitel 1 nämnda QFD-matrisen, kan underlätta överskådligheten i denna process, men den verkliga stötestenen ligger naturligtis i att åstadkomma marknadsinformationen och det tekniska innehållet i matrisen. I en del fall är uttolkningen av de tekniska kraven självklar, men för många tekniskt orienterade specifikationer kan det kräva en hel del eftertanke för att dra korrekta slutsatser beträffande val av material och tillverkningsprocess.

När väl en teknisk specifikation avseende krav och egenskaper upprättats och denna täcker de väsentliga faserna under produktens liv (t ex tillverkning, distribution, montering, drift, service, destruktion) återstår att söka kombinationer av material och processekvenser som kan möta dessa krav. Denna matchning av kravprofil mot egenskapsprofil kan ske manuellt eller med hjälp av datoriserade sökprofiler i en databas.

En del egenskaper kan beskrivas direkt med t ex någon karakteristisk materialegenskap som längdutvidgningskoefficient eller brottgräns. Ofta krävs emellertid en kombination av materialparametrar eller tillverkningstekniska karakteristika för att skapa ett mätetal för en önskad egenskap, t ex hållfasthet mot stötar, böjmotstånd för lättviktskonstruktion osv. Sådana parameterkombinationer kallas merittal för en önskad funktion och härleds ur grundläggande fysikaliska samband. I detta kapitel redovisas ett stort antal merittal för olika egenskaper hos den aktuella produkten, varav en del är välkända, se t ex denna tabell, medan andra härletts från grundläggande samband. Ofta ingår i merittalen potenser av de grundläggande materialparametrarna. Om då merittalen för olika material plottas i log-log-diagram kan materialen jämföras med varandra med hjälp av en rät linje med exponenten som riktningskoefficient, se t ex denn bild för lätta och styva konstruktioner i torsion och böjning. Man ser då t ex att för ren dragning/torsion (E/r) fås "kiselkarbid" som det gynnsammaste valet, medan för böjd platta (E1/3/r) fås "konstruktionsvirke i fiberrriktning" som optimalt val. Man måste givetvis vara uppmärksam på att ett specifikt merittal gäller en enda egenskap, medan det slutliga valet oftast avser en kombination av egenskaper. I exemplet avseende låg vikt och styvhet ovan spelar t ex också de praktiska möjligheterna att ge strukturen optimal form en stor roll.

Detta kapitel ägnas åt att belysa processen från egenskapsbeskrivning till teknisk specifikation och från teknisk specifikation till konkreta val av lämpliga material och tillverkningsmetoder. Syftet är att man med hjälp av den information som presenteras avseende olika funktionella aspekter på produkten skall kunna komma fram till något eller några principiellt acceptabla förslag till val av material och produktionsmetod på konceptstadiet. Det efterföljande kapitlet fyra anvisar sedan metoder att analysera dessa principförslag avseende kostnader, vilket ju vid den slutliga analysen ofta är det dominerande urvalskriteriet.

I kapitlet behandlas ett antal, ofta återkommande, funktionella aspekter på mekaniska produkter och tanken är att läsaren med en konkret konstruktionsuppgift för ögonen kan gå igenom tillämpliga avsnitt och efterhand eliminera olämpliga kombinationer av material och processer så att efter en fullständig genomgång av produktspecifikationen endast ett mindre urval återstår för närmare analys. Avsnitten är så långt möjligt ordnade i ökande komplexitet, så att enklare krav, som oftast direkt relaterar till materialdata, först klaras av, medan mer komplexa krav där såväl material som tillverkningsprocess och utformning spelar in kommer senare.

 
Klicka för att förstora!
metalliskt material kompatibla par guld guldplatina legeringar plastiskt bearbetad platina rodiumplätering silverbelagd koppar silver högsilverlegeringar nickel nickelkopparlegeringar koppar låglegerad brons mässing silverlod nickelkromlegeringar austenitiskt rostfritt stål kommersiell brons höglegerad marin mässing rostfritt stål 18 Cr kromplätering tennplätering rostfritt stål Cr tennbly plätering lod bly högblylegeringar plastiskt bearbetad olegerad låglegerad aluminium gråjärn aducerjärn kolstål låglegerade stål plastiskt bearbetad höglegerad aluminium gjutaluminium Al-Si-typ gjutaluminium kadmiumplätering varmgalvaniserat elektrolytiskt galvaniserat stål zink plastiskt bearbetad gjuten magnesium, plastiskt bearbetad gjuten

[Guide to Selecting Engineered Materials, 89].