Faglig innhold

Emnet omhandler design, utvikling, produksjon og sirkulær økonomi knyttet til forming av metaller, og deles i fire hovedtemaer:

Del I: Grunnleggende teorier for metallforming

Denne delen gir en oversikt over metalliske materialer (klassifisering, oppstrøms tilvirkning, prosesser, egenskaper e.t.c.) samt en oversikt over produkter og produksjonsprosesser (støping, ekstrudering, valsing, smiing, stykkstøping, additiv tilvirking e.t.c.). Denne delen inkluderer teori for plastisitet, mekaniske egenskaper, spenning- og tøyningsegenskaper, flytanalyse, anisotropi, formbarhet, termomekaniske egenskaper, sensitivitet, friksjon og andre kritiske forhold for å designe produkter og prosesser. I tillegg vil grunnleggende forståelse av elementanalyse (finite element analysis/FEA) for metallforming dekkes i denne delen.

Del II: Grunnleggende forsåelse av formeprosesser

Denne delen introduserer grunnleggende metallformingsprosesser som er mye brukt i moderne produksjonsindustri, som ekstrudering, valsing, smiing, tråd-/stavtrekking, avansert bøying og andre. Formingsbasert sammenføyning, additive produksjonsprosesser basert på materialflyt, og hybride produksjonsprosesser introduseres også. I tillegg vil avanserte produksjonsprosesser mot karbonnøytrale og industri 4.0-baserte intelligente formingssystemer bli introdusert og diskutert.

Del III: Prosjektstudie: Design og analyse av avanserte bøyeprosesser

I denne delen skal deltakerne gjennomføre en case-studie av en avansert bøyeprosess. Prosjektet gjennomføres som gruppearbeid, hvor gruppene skal bruke analytiske og numeriske metoder (elementanalyse) for å analysere forløpet i en bøyeprosess. I tillegg vil studentene være med på å fremstille eksperimentelle resultater ved å kjøre de samme prosessene i på utstyret MANULAB, som skal brukes til å validere de analytiske og numeriske resultatene.

Part IV: Bærekraftige produksjonsprosesser

Minimering av energi- og materialforbruk og prosess-skrap er sentralt for å redusere miljøfotavtrykket til metallforming. I tillegg dekker denne delen design for X, og hvordan man hensyntar miljømessige aspekter i en design- og utviklingsfase - samt gjenbruk og EOL med tilhørende prosesser for resirkulering.

Læringsutbytte

Kunnskap:

• Kunnskap om tilvirkning av produkter basert på metallformingsprosesser, grunnleggende forståelse av vitenskapelige teorier, metoder og muliggjørende teknologier samt prinsipper fra Industry 4.0.
• Forstå hvordan man designer og utvikler formeprosesser, i en industriell kontekst, basert på å kombinere FE-simuleringer og fysike eksperimenter for sammenligning og videre modellutvikling.
• Forstå viktige bærekraftsaspekter knyttet til metallforming og hvordan mer effektiv bruk av materialer og energi kan oppnås ved design for eksellense og bruk av simulering/eksperimentering.

Ferdigheter:

• Kunne bruke og utnytte grunneleggende teoretisk og praktisk forståelse til designe, utvikle og tilvirke avanserte produkter ved hjelp av metallforming på en bærekraftig måte.
• Kunne bruke og forstå FE-analyser, og andre digitale datadrevne verktøy, til å optimalisere metallformeprosesser med hensyn på egenskaper som kvalitet, kostnad, CO2 avtrykk etc.
• Praktiske ferdigheter gjennom laboratorieøvinger, hvor State-of-the-art produksjonsfasiliteter er tilgjengelig for studenter og forskere.

Kompetanse:

Studentene skal ha kompetanse knytett til design, utvikling og produksjon av avanserte produkter, basert på metallforming som prosess og sentrale bærekraftskriterier. I tillegg skal studentene være i stand til å designe og utvikle metallformeprosesser for avanserte og innovative produkter. Tilegned kompetanse kan oppsummeres med følgende stikkord: avansert tilvirkning, grunnleggende teorier og metode, design og utvikling av bærekraftige produkter.

Læringsformer og aktiviteter

Kurset er en kombinasjon av forelesninger, FE-simuleringer, øvinger og laboratorie-forsøk.

• Forelesninger: Både presentasjoner og tavleundervisning (fysisk/digitalt) vil benyttes i parallell, og studentene får tilgang til alt materiell via Blackboard.
• FE-simulering: Studentene vil få grunneleggende kunnskap i FE-simulering, og praktiske øvelser knyttet til reelle metallforming case ved bruk av programmene ABAQUS.
• Laboratorieøvinger: Eksperimentelll øvinger knyttet til for eksempel ekstrudering og forming av aluminiumsprofiler vil bli gjennomført i den nye ManuLab.

Det vil bli semesterprosjekt hvor alle ovennevte læringsformer kombineres knyttet til et spesifikt case, hvor simulerte og eksperimentelle forsøk gjennomføres og sammenlignes

Obligatoriske aktiviteter

• Øving/laboratorieaktivitet

Anbefalte forkunnskaper

Kunnskap knyttet til TMM4100 - Materialteknikk.

Kursmateriell

H. Valberg, Applied Metal Forming Including FEM Analysis, Cambridge University Press, 2010.

MP Groover, Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems (7th Ed.), John Wiley & Sons, 2020. (Parts I, II and V)

AE Tekkaya and S. Chatti, Bending (Tubes, Profiles), in: S. Chatti, L. Laperrière, G. Reinhart, T. Tolio, (Eds.) CIRP Encyclopedia of Production Engineering, 2014.

KR Haapala et al. A review of engineering research in sustainable manufacturing. J Manuf Sci Eng Trans ASME 135:1-16, 2013.