For øjeblikkelig frigivelse

Transkript

1 For øjeblikkelig frigivelse Kontakt: Seco Tools A/S Park Allé 350A 2605 Brøndby Jannie CHRISTIANSEN Telefon: Nøglefaktorer ved bearbejdning af rustfrit stål Brøndby, juli Rustfrit stål er et alsidigt emnemateriale, som finder bred anvendelse, hvor styrke og modstandsdygtighed over for varme og korrosion er afgørende. Men de samme egenskaber, som gør rustfrie stållegeringer til fremragende strukturmaterialer, komplicerer samtidigt de processer, der anvendes til at bearbejde dem til funktionelle dele. En nøje gennemtænkt kombination af - eller balance mellem de skærende værktøjers egenskaber og geometrier og anvendelsen af aggressive skæreparametre kan forbedre produktiviteten af bearbejdningsprocesser i rustfrit stål betydeligt. HQ_IMG_Insert_CNMG_Duratomic.jpg Legeringens udvikling Grundlæggende kategoriseres rustfrie stållegeringer som ferritiske eller martensitiske. Ferritiske legeringer har % krom og kan ikke hærdes. Martensitiske legeringer har et højere krom- og kulstofindhold end ferritiske rustfrie ståltyper, samt tilsætning af mangan og silicium, og giver en legering, der kan hærdes ved hjælp af en termisk behandling. Ferritiske og martensitiske rustfrie stållegeringer anvendes generelt ikke så ofte i industrielle miljøer, men snarere i husholdningsartikler såsom køkken- eller haveværktøjer. 1/5

2 Alt imens anvendelsen af rustfrit stål har udviklet sig, er legeringer ofte blevet anvendt i situationer, der kræver mekanisk styrke og korrosionsbestandighed. Metallurgieksperter har tilsat nikkel i legeringerne for at øge deres styrke. Jern-/kromlegeringer er blevet til jern-/krom-/nikkellegeringer. Disse materialer kaldes austenitiske rustfrie ståltyper, og de er almindeligt anvendt i industrien i dag, hvor der kræves styrke og modstandsdygtighed over for korrosion og varme. Legeringerne anvendes typisk inden for petrokemisk behandling, i fødevareindustrien, hvor hygiejnestandarderne kræver korrosionsbestandighed, og i almindelige maskiner beregnet til brug i krævende miljøer. HQ_IMG_Workpiece_Materials_1.jpg Ved at øge nyttevirkningen af en legering, som f.eks. rustfrit stål, vil det nødvendigvis mangedoble udfordringerne i at maskinbearbejde den. De korrosionsbestandige egenskaber i ferritiske og martensitiske rustfrie stållegeringer er i bund og grund kemiske egenskaber, og som følge deraf er disse legeringer ikke meget vanskeligere at maskinbearbejde end almindeligt stål. Men tilsætningen af nikkel og andre bestanddele i austenitisk rustfrit stål giver øget hårdhed, holdbarhed, deformationsmodstand og termiske egenskaber, der reducerer maskinbearbejdeligheden. Sådan lærer vi at forstå legeringerne Indtil for nylig forstod vi os ikke særligt godt på maskinbearbejdningen af austenitisk rustfrit stål. Maskinoperatører mente, at eftersom legeringerne blev stærkere, skulle der bruges større mekaniske skærekræfter, og at det ville være nødvendigt at anvende stærkere værktøjer med en negativ geometri ved reducerede skæreparametre. Men denne fremgangsmåde gav kort standtid, lange spåner, hyppige grater, utilfredsstillende overfladeruhed og uønskede vibrationer. I virkeligheden er de mekaniske skærekræfter, der skal anvendes ved bearbejdning i austenitisk rustfrit stål, ikke meget større end dem, der typisk anvendes ved maskinbearbejdning af traditionelt stål. Det meste af det ekstra energiforbrug, der kræves til maskinbearbejdning af austenitisk rustfrit stål, er forårsaget af dets termiske egenskaber. Bearbejdning er en deformationsproces, og når deformationsmodstandsdygtig, austenitisk rustfrit stål bliver maskinbearbejdet, genereres ekstrem varme. HQ_IMG_Workpiece_Materials_2.jpg 2/5

3 Det er af største vigtighed at lede denne varme væk fra skærezonen. Ud over at være modstandsdygtig over for deformation har austenitisk stål desværre også en lav varmeledningsevne. De spåner, der dannes ved maskinbearbejdning af almindeligt stål, absorberer og transporterer varme væk, men austenitiske rustfrie stålspåner kan kun absorbere varme i et begrænset omfang. Og fordi arbejdsemnet i sig selv har dårlig varmeledningsevne, fortsætter overskudsvarmen ind i det skærende værktøj, hvilket medfører kortere standtid. Værktøjsproducenter konstruerer underliggende værktøjslag af hårdmetal med en tilstrækkelig varmehårdhed til at kunne modstå de høje temperaturer, der dannes ved maskinbearbejdning af rustfrit stål. Samtidig har skarpheden af værktøjets skæræg mindst lige så stor betydning som sammensætningen af det underliggende lag. Et skarpere værktøj skærer i højere grad i rustfrit stål end at deformere det og reducerer dermed varmedannelsen. Aggressive skæreparametre Af hensyn til bortledning af varme fra skærezonen er det mest effektive middel til maskinbearbejdning af rustfrit stål at anvende de størst mulige spåndybder og tilspændinger. Målet er at maksimere den mængde varme, der transporteres væk i spånen. Eftersom rustfrit ståls dårlige varmeledningsevne begrænser den mængde varme, der kan optages i hver kubikmillimeter spånmateriale, vil frembringelsen af større spåner med større kubikmillimetervolumen bortlede mere varme. Anvendelsen af større spåndybder vil samtidigt reducere antallet af overløb, der kræves for at færdiggøre en del. Dette er en vigtig faktor, da austenitisk rustfrit stål udviser tilbøjelighed til at deformations- eller arbejdshærde, når det bliver bearbejdet. HQ_IMG_Turning_Of_Stainless_Steels_1.jpg Der er praktiske begrænsninger for disse aggressive fremgangsmåder ved maskinbearbejdning. Kravene til overfladekvaliteten vil for eksempel begrænse den maksimale tilspænding. Maskinens styrke, samt de skærende værktøjers og emnets styrke, udgør også begrænsninger for den aggressivitet, der kan anvendes for parametrene. Strategier vedrørende køling De problematiske termiske egenskaber ved austenitiske, rustfrie stål tyder på, at anvendelsen af køling næsten altid vil være afgørende for en vellykket bearbejdning. Kølevæsken skal være af høj kvalitet, med et indhold af olie på mindst otte eller ni procent i en olie-/vandemulsion, i forhold til et indhold af olie på tre eller fire procent, der er typisk for mange bearbejdningsprocesser. Den måde, som kølevæsken anvendes på, er ligeledes vigtig. Jo højere tryk, kølemiddel ledes til skærezonen med, jo større vil udnyttelsesgraden være. Specialiserede kølesystemer, som f.eks. Seco Jetstream Tooling, der leverer en højtryksstråle af kølevæske direkte til skærezonen, er endnu mere effektiv. Værktøjsbelægninger kontra slitageprocesser En hård belægning på overfladen af værktøjets substrat styrker varmhårdheden af værktøjets overflade og 3/5

4 forbedrer standtiden i miljøer med høje temperaturer. Men en belægning skal generelt være tyk for at isolere værktøjets underliggende lag fra varmen, og en tyk belægning vil ikke sidde så godt fast på en meget skarp geometri. Producenter af skærende værktøjer arbejder på at konstruere belægninger, der er tynde, men som giver en god barriere mod varmen. Austenitisk rustfrit stål udviser stor sejhed og har en tendens til at klæbe til det skærende værktøj. Anvendelsen af en belægning kan også hæmme friktionsslitagen, en tilstand, der opstår, når det afskårne materiale klæber til og ophobes på skæræggen. Det klæbende emnemateriale kan således trække dele af skæræggen væk og føre til dårlig overfladefinish og værktøjsdefekt. Belægningen kan give en smøreevne, der begrænser friktionsslitagen; højere skærehastigheder medvirker også til at mindske friktionsslitagemekanismen. HQ_IMG_Milling_Of_Stainless_Steels_2.jpg Nogle austenitiske, rustfrie stållegeringer indeholder hårde, slidende indeslutninger, og det kan være en fordel for værktøjets standtid at øge dets slidstyrke med en hård belægning. Stråleslitage opstår ved en legerings tendens til at deformations- og arbejdshærde, når den maskinbearbejdes. Stråleslitage kan betegnes som ekstrem, meget lokal friktionsslitage, og det kan afhjælpes ved at anvende egnede belægninger og andre foranstaltninger såsom varierende spåndybde for at sprede slitageområderne ud over skæræggen. Udvikling af værktøjer Værktøjsproducenter fokuserer løbende på at udvikle de skærende værktøjer samt at finde en balance mellem værktøjsegenskaberne, der kan give optimal ydeevne i bestemte arbejdsemnematerialer. Forskning i hårdmetalkvaliteter søger en balance mellem hårdhed og holdbarhed, så et værktøj ikke bliver så hårdt, at det går i stykker, men er hårdt nok til at modstå deformation. Ligeledes foretrækkes en skarp skæregeometri, men den er ikke så mekanisk stærk som en afrundet æg. Derfor er udviklingen af skæregeometri rettet mod at skabe værktøjer, der skaber så stor balance mellem skarphed og styrke som muligt. Som en del af udviklingsprocessen reviderer værktøjsproducenter deres retningslinjer for værktøjsprogrammer. Anbefalinger til de nuværende bearbejdningsparametre er for størstedelens vedkommende baseret på sejheds- og hårdhedsegenskaber for traditionelle ståltyper, uden hensyntagen til de termiske faktorer, der er så vigtige ved maskinbearbejdningen af austenitisk rustfrit stål og andre højeffektive legeringer. Værktøjsproducenter er for nylig begyndt at samarbejde med akademiske institutioner om at revidere værktøjstestprocedurer, så de inddrager bestemte materialers termiske egenskaber. De nye retningslinjer afspejler etableringen af nye referencematerialer. Standarderne for maskinbearbejdelighed blev oprindeligt sat ud fra ét referencemateriale, en legeret ståltype, og var baseret på de mekaniske belastninger, der opstår under maskinbearbejdningen. Nu er der et separat referencemateriale for austenitiske, rustfrie ståltyper, der har skabt grundlæggende værdier for hastighed, fremføring og skæredybde. I forhold til dette referencemateriale anvendes afbalancerings- eller kalibreringsfaktorer til at bestemme ændringer i de grundlæggende værdier, der vil skabe optimal produktivitet i materialer med forskellige spåntagende egenskaber. 4/5

5 Powered by TCPDF ( Sidebar Bestemte geometrier til bestemte materialer Mange skærende værktøjer opnår yderst acceptable resultater i en række forskellige materialer og under en lang række skærebetingelser og maskinbearbejdningsparametre. For enkelt styk produktion med moderate produktivitets- og kvalitetskrav kan disse værktøjer være et omkostningseffektivt valg. For at opnå maksimale resultater er værktøjsproducenter dog nødt til konstant at håndtere og afveje en bred vifte af elementer for at skabe skærende værktøjer, der giver den bedste produktivitet og processikkerhed i bestemte arbejdsemnematerialer. De grundlæggende bestanddele i et værktøj omfatter det underliggende lag, overfladebelægningen og geometrien. Hver af dem er vigtige, og i de bedste værktøjer fungerer de som et system, der skaber bedre resultater end summen af de enkelte dele. Der er dog forskelle mellem de roller, værktøjets dele spiller. Det underliggende lag og overfladebelægningen har passive roller; de er udviklet til at levere en god balance mellem hårdhed og holdbarhed, der kan modstå høje temperaturer, og som kan modstå kemisk slitage, vedhæftnings- og friktionsslitage. Værktøjsgeometrien spiller på den anden side en aktiv rolle, da en ændring i geometrien kan ændre mængden af metal, der kan fjernes inden for et bestemt tidsrum, mængden af varme, der genereres, måden, hvorpå spåner dannes, samt hvilken overfladekvalitet, der kan opnås. Grundlæggende eksempler på forskelle i geometrien, der kan ændre ydeevnen, omfatter traditionelle drejeskær fra Seco, der kaldes f.eks. M3 og M5 med negative (0 frivinkel) skæregeometrier og T-lande mellem skæræggen og værktøjets skæreflade. M3-geometrien er en alsidig, mellemgrov geometri, som giver god standtid og spånbrydning i en lang række arbejdsemnematerialer. M5-geometrier er tiltænkt krævende skrubbebearbejdningsapplikationer med høje tilspændinger, der kombinerer en høj styrke i skæræggen med forholdsvist lave skærekræfter. Selvom de er alsidige, er M3- og M5-geometrierne stærke, men ikke helt skarpe, og genererer en hel del varme på grund af deformation ved bearbejdning af austenitisk rustfrit stål. Værktøjsudformninger, der kan være mere effektive ved maskinbearbejdning af rustfrit stål, omfatter til sammenligning Seco MF4- og MF5-geometrierne, der har skarpe, positive geometrier med mere snævre, positive T-lande, som er med til at opretholde skarpheden, samtidig med at de giver støtte bag den skarpe æg. Geometrierne er udviklet til at være åbne og friskærende, så de letter halvfabrikata- og færdigbehandlingsprocesser i stål og rustfrit stål. MF5-geometrien er særligt effektiv i applikationer med høje tilspændinger. Af: Patrick de Vos, Corporate Technical Education Manager, Seco Tools Seco Tools, der har sit hovedkvarter i Fagersta, Sverige, har et verdensomspændende ry for at udvikle innovative løsninger til skærende bearbejdning og at arbejde tæt sammen med kunder for effektivt at kunne forstå og imødekomme deres behov. Vi har mere end medarbejdere ansat i 50 lande og giver alle i vores team indflydelse via trænings-, udviklings- og anerkendelsesprogrammer samt et åbent kommunikationsmiljø. Vores medarbejdere står for tre kerneværdier - en passion for kunder, familieånd og personligt engagement - som definerer vores virksomhed, og hvordan vi interagerer med hinanden samt med vores kunder, leverandører og andre partnere. Besøg os på for at få mere at vide. 5/5