Small-scale produced vehicle's carbon fiber chassis manufacturing and assembly
Porvali, Juha (2019)
Diplomityö
Porvali, Juha
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019112143579
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019112143579
Tiivistelmä
This master’s thesis was commissioned by Metropolia University of Applied Sciences. The goal of this study was to discover the tolerance forming methods of carbon fiber reinforced plastics and the ways to influence them. The results should then help to develop the design and manufacturing of a small-scale produced vehicle chassis.
The study consists of three sections: literature study, an open interview and measurements done with a coordinate measuring machine. Literature study will focus on two written books about composite manufacturing and follow up with research papers done on the subject after the year 2010. The open interview follows the process that a single composite component goes through for it to be fitted in to a vehicle. The interview aims to find out possible errors from the design of the product and map out the mistakes possibly made in the manufacturing. The measurements done with the coordinate measuring machine will be inspected with the report given out by the measuring software and inspecting the 3D-model produced during the measurement with the aid of a CAD software.
Literature study revealed that the tolerances of a composite component are formed mainly by the accuracy of the tools used in the manufacturing, the expertise and attention to detail of the workers in the laminating and after work processes and the deformations of the tool and materials during curing process. The measurements and interview found that even a measurably accurate component manufactured by a subcontractor can require considerable amount of work for it to fulfill the aesthetics requirements set for the product.
The results indicate that small-scale production is possible, but the manufacturer should especially focus on component design and therefore on tool design, the subcontracting chain design, component quality control and the tools and personnel of the assembly phase. Tämä diplomityö suoritettiin Metropolia Ammattikorkeakoulu Oy:n toimeksiannosta. Työn tavoitteena oli selvittää hiilikuitukomposiitista valmistettujen osien toleranssien syntymekanismeja ja löytää keinoja vaikuttaa toleransseihin. Tulosten pohjalta pitäisi pystyä kehittämään piensarjatuotetun ajoneuvon korin suunnittelua ja valmistusta.
Tutkimus koostuu kolmesta osa-alueesta: kirjallisuustutkimuksesta, avoimesta haastattelusta ja koordinaattimittauskoneella suoritetuista mittauksista. Kirjallisuustutkimus pohjautuu kahteen tai kolmeen kirjoitettuun kirjaan, joiden aiheena on komposiittiosien valmistus ja tutkimusta täydennetään vuoden 2010 jälkeen tehdyillä tieteellisillä tutkimuksilla. Avoimella haastattelulla selvitetään yhden komponentin läpikäymää prosessia, jossa se saadaan sovitettua ajoneuvoon. Haastattelun tarkoituksena on löytää mahdollisia epäkohtia itse tuotteen suunnittelusta, sekä kartoittaa millaisia virheitä sen valmistuksessa on mahdollisesti tehty. Koordinaattimittauskoneella tehtyjä mittauksia tarkastellaan mittasovelluksen tuottaman raportin kautta, sekä sivutuotteena saatua 3D-mallia tarkastellaan CAD ohjelman avulla silmämääräisesti.
Kirjallisuustutkimuksen tuloksena selvisi, että komposiittien toleranssit muodostuvat pääasiassa sen valmistuksessa käytettyjen muottien tarkkuuden perusteella, laminointiprosessin ja jälkityöstön työntekijöiden huolellisuudesta ja ammattitaidosta, sekä kovetusvaiheen aikana tapahtuvasta muotin ja materiaalin muodonmuutoksista. Mittausten ja haastattelun tuloksena selvisi, että muodoiltaan tarpeeksi mittatarkka alihankintana valmistettu osa voi vaatia myös huomattavia määriä työtä, jotta se täyttäisi sille asetetut ulkonäkövaatimukset.
Tulosten perusteella piensarjavalmistus olisi mahdollista, mutta valmistajan tulisi erityisesti panostaa itse osien ja sitä kautta muottien suunnitteluun, alihankintaketjun suunnitteluun, osien laadunvarmistukseen ja korin kokoonpanovaiheen työkaluihin sekä henkilökuntaan.
The study consists of three sections: literature study, an open interview and measurements done with a coordinate measuring machine. Literature study will focus on two written books about composite manufacturing and follow up with research papers done on the subject after the year 2010. The open interview follows the process that a single composite component goes through for it to be fitted in to a vehicle. The interview aims to find out possible errors from the design of the product and map out the mistakes possibly made in the manufacturing. The measurements done with the coordinate measuring machine will be inspected with the report given out by the measuring software and inspecting the 3D-model produced during the measurement with the aid of a CAD software.
Literature study revealed that the tolerances of a composite component are formed mainly by the accuracy of the tools used in the manufacturing, the expertise and attention to detail of the workers in the laminating and after work processes and the deformations of the tool and materials during curing process. The measurements and interview found that even a measurably accurate component manufactured by a subcontractor can require considerable amount of work for it to fulfill the aesthetics requirements set for the product.
The results indicate that small-scale production is possible, but the manufacturer should especially focus on component design and therefore on tool design, the subcontracting chain design, component quality control and the tools and personnel of the assembly phase.
Tutkimus koostuu kolmesta osa-alueesta: kirjallisuustutkimuksesta, avoimesta haastattelusta ja koordinaattimittauskoneella suoritetuista mittauksista. Kirjallisuustutkimus pohjautuu kahteen tai kolmeen kirjoitettuun kirjaan, joiden aiheena on komposiittiosien valmistus ja tutkimusta täydennetään vuoden 2010 jälkeen tehdyillä tieteellisillä tutkimuksilla. Avoimella haastattelulla selvitetään yhden komponentin läpikäymää prosessia, jossa se saadaan sovitettua ajoneuvoon. Haastattelun tarkoituksena on löytää mahdollisia epäkohtia itse tuotteen suunnittelusta, sekä kartoittaa millaisia virheitä sen valmistuksessa on mahdollisesti tehty. Koordinaattimittauskoneella tehtyjä mittauksia tarkastellaan mittasovelluksen tuottaman raportin kautta, sekä sivutuotteena saatua 3D-mallia tarkastellaan CAD ohjelman avulla silmämääräisesti.
Kirjallisuustutkimuksen tuloksena selvisi, että komposiittien toleranssit muodostuvat pääasiassa sen valmistuksessa käytettyjen muottien tarkkuuden perusteella, laminointiprosessin ja jälkityöstön työntekijöiden huolellisuudesta ja ammattitaidosta, sekä kovetusvaiheen aikana tapahtuvasta muotin ja materiaalin muodonmuutoksista. Mittausten ja haastattelun tuloksena selvisi, että muodoiltaan tarpeeksi mittatarkka alihankintana valmistettu osa voi vaatia myös huomattavia määriä työtä, jotta se täyttäisi sille asetetut ulkonäkövaatimukset.
Tulosten perusteella piensarjavalmistus olisi mahdollista, mutta valmistajan tulisi erityisesti panostaa itse osien ja sitä kautta muottien suunnitteluun, alihankintaketjun suunnitteluun, osien laadunvarmistukseen ja korin kokoonpanovaiheen työkaluihin sekä henkilökuntaan.