Ett företag som tillverkar hydrauliska snabbkopplingar har genom regelbundna kvalitetsprover upptäckt att vissa låskulor till snabbkopplingarnas låsmekanism plötsligt fått en bristande kvalité och spricker vid belastning. Låskulorna är gjorda av rostfritt stål och har en viktig funktion i låsmekanismen. Om de spricker vid användning kan det leda till konsekvenser med materiella skador eller personskador. Företaget vill förekomma eventuella kvalitetsproblem och måste därför säkerställa att låskulorna har rätt hållfasthet. Låskulorna köps in från en underleverantör och företaget vill därför utveckla en provmetod som provar låskulornas materialegenskaper när de levereras till fabriken. Arbetet i denna rapport syftar till att hjälpa företaget utveckla en sådan provmetod. Ett första steg är att undersöka orsaken till att låskulorna spricker. Materialanalyser utförs av ett materiallaboratorium för att fastställa vilka faktorer i materialet som orsakar brott i låskulorna. Analyserna visar att låskulorna sannolikt spricker på grund av en ökad sprödhet i materialet. Sprödheten beror på att martensiten i materialet är dåligt anlöpt samt en stor mängd karbider. Med orsaken till sprickorna fastställd undersöks befintliga metoder för materialprovning. En provmetod måste prova materialet i färdigtillverkade låskulor eftersom låskulornas tillverkningsprocess påverkar materialegenskaperna. Många av de standardiserade provmetoderna är dock svåra att tillämpa på låskulorna med anledning av låskulornas geometri och små dimensioner. En form av slagprov och pressprov utförs på låskulorna. Ett av syftena med proven är att undersöka om de är lämpliga att använda som provmetod. Genom proven framträder olika materialegenskaper för olika låskulor. Resultaten är dock inte jämförbara låskulorna emellan och proven anses inte vara lämpliga som provmetod. Även ett utmattningsprov utförs på låskulorna genom en upprepande belastning i en snabbkoppling. Detta prov är inte heller lämpligt att använda som provmetod då provet är mycket tidskrävande samt att det finns vissa osäkerheter kring provresultatet. I detta arbete undersöks även två nyligen framtagna provmetoder för kulor till kullager och möjligheten att tillämpa dessa provmetoder på låskulorna. I undersökningen jämförs de båda provmetoderna med avseende på utförande samt framtagning av provkropp. Även en spänningsanalys av en låskula belastad i en snabbkoppling utförs för att ta reda på i vilket område av låskulan de maximala spänningarna uppstår. Undersökningen ger att enbart en provmetod är intressant för fortsatt arbete. Den provmetod som föreslås i detta arbete kallas "the notched ball test" (NBT). Provmetoden innebär att en djup och smal skåra bearbetas i en låskula som sedan belastas med en tryckande kraft vinkelrätt mot skåran tills brott uppstår. Den maximala spänningen som verkar vid brottet beräknas med en enkel ekvation och används som mått för låskulans hållfasthet. Provmetoden är lämplig då den går att utföra med befintlig utrustning på företaget, den provar materialet i färdigtillverkade låskulor samt i samma område som de maximala spänningarna i en låskula belastad i en snabbkoppling uppstår. NBT nyttjar även dragspänningar vilket är fördelaktigt när sprödhet ska upptäckas i ett material. För att fastställa hur olika materialegenskaper samt geometrier för provkroppen påverkar provresultaten utförs en djupare analys av provmetoden. Analysen ger även vilka geometrier som bör användas vid utförandet av NBT samt värdet för den konstant som används vid beräkning av brottspänningen. Praktiska prov av NBT utförs inte i detta arbete men rapporten innefattar slutsatser om provmetoden och rekommendationer till företaget hur ett fortsatt arbete med NBT kan utföras. / A company that manufactures hydraulic quick-couplings has discovered through regular quality checks that the quality of some of the locking balls for the locking mechanism in the quick couplings suddenly has become insufficient and the locking balls rupture under load. The locking balls are made of stainless steel and if they rupture during usage the consequences can be material damage or even personal injury. The company wants to prevent any quality problems and must therefore ensure that the strength of the locking balls is sufficient. The locking balls are purchased from a subcontractor and the company would therefore like to develop a method for strength testing locking balls delivered to the factory. This thesis aims to help the company in developing such a method. A first step is to investigate the cause of the locking balls rupture. Material analyses are executed by a material laboratory in order to determine what features in the material that causes the ruptures. The analyses shows that rupture is probably caused by an increased brittleness in the material and the brittleness is a consequence of less tempered martensite and a high amount of carbides. With the cause of rupture determined, existing methods for testing material properties is studied. It is important that strength testing is carried out with test specimens prepared from the actual locking balls. Otherwise the influence of the locking balls manufacturing process on the material properties is not taking into account. Many of the standardized methods for testing material properties, however, are hard to apply to the locking balls due to the geometry and small dimensions of the locking balls. A kind of impact test and compression test is performed. One of the purposes with the tests is to investigate if they are adequate for strength testing the locking balls. The results of the tests, however, are not suitable for comparison. Also, a fatigue test of the locking balls is performed by a repetitive loading of a quick coupling. The fatigue test is, however, time consuming and there are uncertainties in the test results. None of these tests is considered suitable as a strength testing method. In this thesis, two recently developed methods for strength testing ceramic balls and the possibility to apply these methods on the locking balls is studied. The study includes an analysis of the stress distribution in a locking ball under load to determine in which region the highest stresses occur. The study provides that only one of the methods is suitable for the locking balls due to differences in preparing the test specimen and which region of the locking ball that is tested in each method. The strength testing method that is proposed in this thesis is called the notched ball test (NBT). In NBT a long and narrow notch is cut in a locking ball which is then loaded in compression perpendicular to the notch until rupture occurs. The maximum stress acting at the rupture is calculated and used to determine the strength of the locking ball. NBT is suitable because it can be performed with existing equipment at the company, the test specimen is prepared from actual locking balls and the test uses tensile stresses which is an advantage when brittleness is to be detected in a material. An analysis of NBT is performed to determine how material properties and different notch geometries is affecting the test results. The analysis also gives some recommendations for notch geometries that should be used when performing NBT as well as a constant that is used when calculating the maximum stress. Practical experiments of NBT are not carried out in this thesis. Instead, conclusions regarding NBT and recommendations for the company on how they should proceed with NBT are given.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:his-6053 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Lundgren, Daniel, Persson, Michael |
| Publisher | Högskolan i Skövde, Institutionen för teknik och samhälle, Högskolan i Skövde, Institutionen för teknik och samhälle |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0026 seconds