Samansuuntaisuuden vaikutus teräksen sorvausprosesseihin
Mitä yhteistä on eräällä muinaisten roomalaisten sotastrategialla ja teräksen sorvaukseen suunnitelluilla Sandvik Coromantin ISO P terillä? Entä miten tämä yhteinen piirre voi auttaa tehostamaan konepajan toimintaa?Tässä artikkelissa maailmanlaajuisen metallinkoneistusalan johtajan Sandvik Coromantin projektipäällikkö Rolf Olofsson kertoo, kuinka kovametallipinnoitteella ja -perusaineella voi olla valtava vaikutus teräksen sorvausprosessien tehokkuuteen ja tuottavuuteen.
Teräksen koneistus on metallin työstöteollisuudessa yleisesti vallitsevan harhaluulon mukaan helppoa. Kokeneet koneistajat kuitenkin tietävät, että ISO P ‑teräksen sorvaus on kaikkea muuta kuin yksinkertaista. Ensimmäinen monista haasteista on ISO P ‑luokan monimuotoiset materiaalit, jotka vaihtelevat taottavista vähähiilisistä teräksistä runsasseosteisiin teräsmateriaaleihin.
Lisäksi erilaisten terästen kovuus vaihtelee laidasta laitaan merkittävästi. Sekä käyttöaluetyypeissä että työpajojen koneistusolosuhteissa on huomattavia eroja.
Teräksen sorvaus on siis varsin haastavaa, ja ISO P ‑terästen moniin eri ominaisuuksiin soveltuvan laadun valitseminen on kaikkien näiden muuttujien valossa sitäkin ylivoimaisempaa.
Tilanteeseen kuin tilanteeseen sopiva laatu
Murtumislujuus on ratkaisevan tärkeä tekijä kaikissa laaduissa. Ensiarvoisen tärkeä tekijä on myös riittävän kova teräsärmä, joka kestää lastuamisvyöhykkeiden äärimmäisiä lämpötiloja ilman plastista muodonmuutosta.
Lisäksi laadun pinnoitteen on kestettävä viistekulumista, kuoppakulumista ja materiaalin kertyminen terän reunalle. Mikä tärkeintä, pinnoitteen on myös pysyttävä kiinni perusaineessa. Pinnoitteen irrotessa perusaine paljastuu, mikä johtaa nopeaan rikkoutumiseen.
Kun erilaisia vaatimuksia on näin paljon, teräksen sorvauslaadun rakenteeseen on tärkeää perehtyä, jotta voit tehdä tietoon perustuvan päätöksen valitessasi sorvauslaatua omaan käyttökohteeseesi.
Kovametalliterän rakenne
Kaikissa kovametallilaaduissa on sementoitu kovametalliydin, jota kutsutaan perusaineeksi. Perusaine määrää laadun sitkeyden ja lujuuden. Se vaikuttaa myös siihen, miten hyvin terä kestää plastista muodonmuutosta.
Sementoidun kovametalliperusaineen päällä on yleensä muutama esimerkiksi titaanikarbonitridistä (TiCN), alumiinioksidista (Al2O3) tai titaaninitridistä (TiN) koostuva kerros, jotka varmistavat terän sitkeyden, kiinnittymisen ja kulumiskestävyyden. Erinomaisen kulumiskestävyyden, olipa kyseessä sitten viistekuluminen, kuoppakuluminen ja kertyminen reunoille, perusaineeseen kiinnittymisen ja entistä pidemmän työkalujen kestoiän salaisuus piilee tarkasti suunnitellun pinnoitekerroksen mikroskooppisen pienissä yksityiskohdissa.
Roomalainen kilpimuuri
Tavanomaisissa alumiinioksidipinnoitteissa kiteiden kasvusuunta on kuvan 1a mukaisesti sattumanvarainen. Jos kiteiden kasvua pinnoitekerroksessa voidaan hallita ja kiteet saadaan asettumaan samansuuntaisesti kuvan 1b keltaisten kohtien mukaisesti, tuloksena on erinomainen kulumiskestävyys.
Kiteiden samansuuntaisuuden vaikutuksia voidaan havainnollistaa esimerkillä muinaisesta Roomasta. Kun roomalaiset legioonat aloittivat piirityksen, muodostettiin usein kilpimuuri eli testudo-muodostelma. Muodostelmassa kaikki kilvet oli asetettu samansuuntaisesti ja tiiviisti kiinni toisiinsa, jolloin kilpimuuriin ei jäänyt suojaamattomia aukkoja. Tämä kilpimuuri auttoi roomalaisia torjumaan edestäpäin tulevat hyökkäykset etenemisen aikana.
Pinnoitekerroksen samansuuntaiset kiteet toimivat samalla periaatteella: tiiviisti vierekkäin asettuneet kiteet muodostavat kilven ja varmistavat, että laatu kestää lastuamisvyöhykkeen vaativia olosuhteita paremmin.
Samansuuntaiset kiteet
Sandvik Coromantin T&K-asiantuntijat ovat löytäneet keinon ohjata alumiinioksidipinnoitteen kiteiden kasvua, jotta kaikki kiteet asettuvat samansuuntaisesti lujin osa suunnattuna kohti yläpintaa. Tämä patentoitu Inveio®-pinnoitetekniikka on tekninen läpimurto, joka vie terien kulumiskestävyyden ja kestoiän uudelle tasolle.
Tiiviisti pakkautunut yhdensuuntainen kiderakenne muodostaa vahvan suojan lastuamisvyöhykkeelle ja lastua kohti. Tämä parantaa Inveio®-pinnoitettujen laatujen kuoppa- ja viistekulumisen kestoa merkittävästi. Lisäksi lämpö poistuu lastuamisvyöhykkeeltä nopeammin, jolloin se ei ehdi vaikuttamaan teräsärmän muotoon. Kaiken kaikkiaan tuloksena on luotettava työkalu, joka kestää pidempään.
Yksisuuntaisen pinnoitteen hyödyt ovat kehittyneet seuraavan sukupolven Inveio®-tekniikan käyttöönoton myötä entisestään. Tätä tekniikkaa käytetään Sandvik Coromantin uusimmissa teräksen sorvaukseen tarkoitetuissa GC4415- ja GC4425-laaduissa. Parannettu kidesuunta varmistaa entistä yhdenmukaisemman suorituskyvyn ja huomattavasti paremman kulumiskestävyyden.
Jaksottainen lastuaminen
Olemme nyt tutustuneet teräslaadun valitsemisen kahteen ensimmäiseen huomioitavaan seikkaan eli perusaineeseen ja pinnoitteeseen. Niiden lisäksi tulee huomioida vielä yksi tekijä: jaksottaisen lastuamisen aikainen suorituskyky. Tämä on tärkeä edellytys, sillä se auttaa välttämään äkilliset terien rikkoutumiset.
Suosittelemme hankkimaan jälkikäsitellyn terän. Jälkikäsittelyssä terän pinnoitetta pommitetaan pienillä terävillä keraamisilla hiukkasilla. Tämä toimii samalla periaatteella kun pinnoitteen vahvistaminen vasaraniskuilla. Tehokkaasti jälkikäsitellyt terät kestävät jaksottaista lastuamista paremmin.
Uudet GC4415- ja GC4425-laadut
Sandvik Coromant toi hiljattain myyntiin kaksi uutta teräksen sorvaukseen tarkoitettua ISO P ‑terälaatua. Uudet GC4415- ja GC4425-laadut sopivat ihanteellisesti sellaisten valmistajien käyttöön, joiden tuotantorakenteessa käytetään massa- ja erätuotantoa.
Kummassakin uudessa laadussa on uusi Inveio®-tekniikalla vahvistettu perusaine, jonka ansiosta laadut ovat luotettavia ja erinomaisen kulumiskestäviä. Lisäksi laatujen uudenlainen jälkikäsittely tehostaa jaksottaisen lastuamisen aikaista suorituskykyä todistetusti. Tämän ansiosta voidaan välttää äkilliset rikkoutumiset ja kumpaakin terälaatua voidaan käyttää monipuolisemmin.
Uusien terien ansiosta asiakkaat ovat voineet käyttää suurempia lastuamisnopeuksia (Vc) ja moninkertaisia syöttönopeuksia (Fn). Eräässä tapauksessa yleisen tekniikan alalla toimiva valmistaja kokeili GC4425-terää esilämpökäsitellyn, 4140-teräksestä valmistetun työkappaleen monisuuntaiseen ulkoiseen rouhintaan. Kilpailijoiden ISO-terien samassa prosessissa saamiin tuloksiin verrattuna asiakas onnistui kaksinkertaistamaan tuottavuuden, puolittamaan työkierron ajan ja vähentämään kustannuksia 30 prosenttia.
ISO P ‑teräksen koneistus ei ole aivan yksinkertaista.Sorvauksen tehokkuutta ja konepajan yleistä tuottavuutta voi kuitenkin kasvattaa merkittävästi, kun muistaa huomioida laadun valinnassa tietyt keskeiset seikat, kuten perusaineen sitkeyden sekä materiaalitieteen ja työkalutekniikan uudet tekniset edistysaskeleet.
