Rätt dimensionerade skruvförband är en förutsättning för uthållig funktion hos många industriprodukter. Det påståendet är nog de flesta beredda att instämma i. En modern personbil har t ex enligt Swerea IVF omkring 2 000 höghållfasta skruvförband, varav ca 200 är säkerhetsklassade. Men att metoderna för att dra åt skruvförband har en avgörande betydelse för deras hållfasthet och öppnar för mycket intressanta optimeringsfrågor där vikt och kostnader kan påverkas, det är nog inte så allmänt känt. Det här var kunskaper som presenterades av Carl Carlin för de ca 100 deltagarna vid Monteringsforums seminariedag i mars. Vid ett möte en tid efteråt med Verkstäderna i Atlas Copcos Sicklafabrik utvecklade han begreppen kring detta nygamla kunskapsfält. - Fordonsindustrin har känt till dessa samband sedan länge och deras betydelse för vikt och kostnader. Stora delar av forskningen på området gjordes redan på 1970-talet av den tyska professorn Junker, som också vänt på frågeställningen genom forskning kring varför vissa skruvförband gängar upp sig och andra inte, berättar Carl Carlin, som ansvarar för Advanced Fastening Technology inom Atlas Copco Tools and Assembly Systems. - Under 1980-talet började dessa kunskaper utnyttjas i ett systematiskt konstruktionsarbete - hur man skulle rita för att göra produkterna möjliga att bygga, men det var fortfarande "långt" mellan konstruktion och produktion. Ford var länge banbrytande på bilsidan, med Atlas Copco som "preferred supplier", men sedan började konkurrenterna komma ifatt, med namn som t ex Cooper, Stanley, Ingersoll Rand och Bosch. Carl Carlin uppskattar värdet hos världsmarknaden för hjälpmedel för att montera skruvförband till "runt 100 miljarder kr per år"! - Användning av monteringsverktyg påverkar inte bara förbandens hållfasthet och kvalitet utan också kostnader för otillräcklig ergonomi i arbetet. Kostnaderna för detta kommer i form av sjukkostnader och frånvaro, förklarar Carl Carlin och berättar att man hos Atlas Copco tränar nya konstruktörer med tidig praktik på kundernas produktionsavdelningar, för att bl a ge dem (konstruktörerna) en ergonomiskt "grundsyn". Utvecklingen i Tyskland inom dimensionering och åtdragning av skruvförband har varit snabb och drivits på av att man samarbetat mellan leverantörer på området. Nu kommer de första resultaten av samarbetet inom det svenska nätverket SFN, Swedish Fasteners Network, som bildades för två år sedan på initiativ från fordonsindustrin. - I nätverket ingår företagen Volvo Cars, Volvo Powertrain AB, Saab Automobile AB, Scania CV AB, Bulten Sweden AB och Atlas Copco Tools AB, samt forskningsinstituten Swerea IVF och Swerea Kimab , berättar Carl Carlin: - Samsyn är bra!, betonar han. Avsikten med SFN är att informera om och befrämja utvecklingen av moderna skruvförband inom i första hand den svenska fordonsindustrin. Som ett av två inledande projekt har man under 2008 med stöd av anslag från Vinnovas Mera-program tagit fram en webb-baserad handbok i konstruktion och tillverkning av skruvförband. Adressen till SFNs hemsida, där handboken sedan början av maj är allmänt tillgänglig, är www.sfnskruv.se . Jan Skogsmo vid Swerea IVF är kontaktman för det fortsatta arbetet med handboken och berättar att den fortfarande är under arbete i några avsnitt, och att man inom ett fortsättningsprojekt kommer att komplettera med nya avsnitt och fördjupningar. Ett besök på hemsidan rekommenderas! Men hur var det nu med sambanden mellan monteringsprecision och möjligheterna att välja lättare konstruktioner? Carl Carlin förklarar: - Det handlar om precision! Vi definierar en åtdragningsfaktor ÅF som förhållandet mellan den största resp minsta åtdragningskraften som erhålls vid serieproduktion, eller annorlunda uttryckt vilken spridning som normalt fås vid användning av ett visst verktyg och monteringsmetod. Han ger några exempel på vanliga verktyg vid en vanlig dimension i skruvförband, dimension M12 och hållfasthet 10.9. Vid användning av momentstyrda elektriska verktyg räknar man med att ÅF blir 1,6. Motsvarande för pulsmutterdragare blir 2,5, alltså en betydligt större spridning, men vid användning av verktyg för sträckgränsstyrd åtdragning kan man räkna med en mycket mindre spridning, med ÅF = 1,1. När man räknar på vilka krafter som krävs i ett skruvförband så lägger man ihop faktorerna klämkraft och skjuvkraft (där behovet av klämkraft är dominerande), och därtill lägger man de krafter som behövs för att kompensera klämkraftförluster i t ex brickor eller packningar (embedding loss) och en säkerhetsmarginal. Då får vi den totalt erforderliga förspänningen vid åtdragning, och det är den vi skapar med vårt val av dimensioner och stålsort hos skruvarna i förbandet. Och förstås med vilket moment vi drar åt förbandet. Den övre gränsen för kraften som kan uppnås ges av skruvens hållfasthet. I exemplet ger nu de olika åtdragningsfaktorerna ett intressant resultat. Med ÅF = 1,6 ger dimension M12 en tillräcklig marginal, medan ÅF = 2,5 motsvarar en för stor spridning, med stor sannolikhet att vissa förband blir för löst dragna. En ökning till dimensionen M14 är nödvändig. Å andra sidan kan användning av ett sträckgränsstyrt verktyg med liten spridning ge en onödigt hög kraft. En minskning av dimensionen till M10 blir möjlig. Tre olika metoder och konstruktioner ger alltså samma godtagbara resultat. Men om man ser på konsekvenserna för förbandens vikt så framgår skillnaden tydligt. Uttryckt som ett relativt viktmått vid skruvlängd 100 mm ger den noggranna sträckgränsstyrda åtdragningen och M10-skruvar vikten 75, medan precisionsmutterdragaren med ÅF 1,6 och M12-skruvar ger vikten 108. Uppgången till M14 och åtdragning med en pulsmutterdragare innebär att förbandet får relativa vikten 150! - Det tyngsta förbandet är alltså relativt sett dubbelt så tungt som det precisionsdragna. Den skillnaden är värd mycket pengar för både tillverkaren och hans kunder, framhåller Carl Carlin. Han pekar också på det omfattande utbudet av programstöd som finns för konstruktörer att räkna på utformning av skruvförband. De tyska riktlinjerna VDI 2230 ligger till grund för program som Boltcalc, Mcalc, SR1, Bosscalc , MITcalc, Cobra m fl. - Med SFNs handbok och dessa beräkningsprogram finns nu goda möjligheter att finna mer ekonomiska lösningar för montering av skruvförband! slutar Carl Carlin.