Verktøy for både grov og finbearbeiding. © Hans Nordlander

For å velge de riktige geometrier og sorter må produsentene forstå alle faktorene som er involvert, og ta hensyn til hele produksjonskjeden hvis de skal oppnå den beste kombinasjonen av kvalitet, kostnad og produktivitet.

Støpejern til komplekse deler

Selv om støpejern brukes innen en lang rekke industrisektorer er bilindustrien og tungt maskineri de sektorene som er de største og viktigste sluttbrukerne av materialet, med produkter som bremseskiver i store antall eller store pumper i mindre serier men med krav til raske produksjonstider. Disse to komponentene representerer for øvrig to hovedgrunner til at flere produsenter bruker støpejern - til svært store partier eller til utforminger som er så komplekse at det ikke finnes noen realistisk alternativ produksjonsmetode.

Når det er sagt, vil denne artikkelen gå inn på maskineringsaspektene med utgangspunkt i støpejernmaterialet i tillegg til dreiing og fresing. En bør merke seg at det også er andre aspekter som må vurderes når en skal bruke disse konseptene i praksis til produksjon av komponenter som bremseskiver eller store pumper.

Flere typer støpejern

Dagens støpejern er mye mer avansert og bedre forstått enn de var for 20 år siden. I noen tilfeller gjør dette dem til et utmerket alternativ til stål i en tid der det er et konstant press på å redusere prisene og øke produktiviteten. Generelt sett har støpejern blitt lettere, sterkere, rimeligere og har nå høyere slitestyrke.

Disse materialene, som også muliggjør maskinering uten spenningsutløsinger, fungerer godt ved produksjon av komplekse former og har dessuten høy maskinbarhet. Glem likevel ikke at styrkegraden, kostnaden og maskinbarheten varierer mellom ulike støpejerntyper som omfatter grått støpejern, vermikulært grafittstøpejern (GJV), silisiumlegert ferrittisk kulegrafittjern, seigjern og adusergods (ADI). For hver type er det flere grader med svært varierende mekaniske egenskaper. Disse variasjonene kan være et resultat av forskjellene i mikrostrukturen til metallbasen som omgir grafitten.

I tillegg til å måtte velge mellom de ulike typene av støpejern må produsentene også ta hensyn til at støpejernmetallurgien er ganske kompleks. Støpeprosessen vil nødvendigvis skape mikrostrukturer med egenskaper som varierer mellom overflaten og resten av delen.

Maskinbarheten påvirkes

Man kan derfor si at det finnes to forskjellige mikrostrukturer i det samme støpegodset. Støpejernkvaliteten varierer også fra støperi til støperi, så selv om typen av støpejern er den "samme", kan variasjoner i støpeprosessen føre til betydelige forskjeller i maskinbarhetsnivå fra et arbeidsstykke til det neste.

La oss bruke grått støpejern som eksempel. Maskinbarheten påvirkes av variasjoner i overflaten og andre tilstander nær overflaten, som rester fra formen eller fritt jern. Sistnevnte er jern i sin reneste form, som forstyrrer produksjonsprosessen på ulike måter. Førstnevnte skaper hardere og tilfeldig plasserte områder, mens sistnevnte resulterer i mykere områder på arbeidsstykket. Disse variasjonene går utover forutsigbarheten og påvirker maskinbarheten. Produsentene må derfor ha nøye planlagt logistikk, fra støping til lagring til maskinering, for å sikre at de har ensartede partier av arbeidstykker som er store nok til bruksområdene deres.

Ulike valg

Det er viktig å ha egenskapene til arbeidsstykket under best mulig kontroll til enhver tid. Enhver variasjon kan tross alt ha en negativ innvirkning på den totale produktiviteten, direkte eller indirekte. Når egenskapene til

arbeidsstykkene er uklare, kan produsentene ty til verktøysystemer og skjærestrategier for å kompensere for utilstrekkelig kvalitet på materialet. Da gjelder det imidlertid å vite hvilke verktøy og strategier som er best egnet for et bestemt bruksområde.

Selskapene som produserer skjæreverktøy utvikler kontinuerlig nye dreie- og freseprodukter som hjelper med variablene og utfordringene produsentene møter når de arbeider med støpejernmaterialer. Men, dette

kan i seg selv være en utfordring siden hvert materiale, hver produsent og hvert bruksområde verden over er unike. Et selskap som produserer skjæreverktøy, må ha produktløsninger med brede bruksområder for

støpejern, men mye avhenger av individuelle kundebehov og den valgte maskineringsstrategien eller -metoden.

Mens noen produsenter er villige til å bruke penger på et bredt utvalg av skjær og sorter for å optimalisere hvert bruksområde for å oppnå maksimal produktivitet, velger andre et begrenset utvalg med "allround-egenskaper", som gjør det enklere å velge verktøy, men som gir lavere produktivitet.

Enklere valg

La oss for eksempel se på skjær for dreiing, som er et område det fokuseres mye på i denne typen maskineringsprosess. Tidligere hadde selskapene som produserer skjæreverktøy, gjerne en rekke skjær å velge mellom. I dag er målet å redusere antallet skjær som trengs, ved å skape løsninger som kan brukes på et bredere utvalg av støpejernmaterialer og -spesifikasjoner og dermed gjøre valget enklere samtidig som produktiviteten beholdes.

Noen selskaper bruker avanserte beleggprosesser for å skape løsninger som har en to til tre-sorts strategi for kundene. Seco Tools har for eksempel en løsning med to-sorts strategi takket være skjær med Duratomic beleggingsteknologi, der aluminium og oksygen manipuleres på atomnivå for å skape skjær med en kombinasjon av tøffhet og slitestyrke også i støpejern.

Økt produktivitet med PCBN-verktøy

Når det gjelder støpejerndreiing, avhenger alt av den spesifikke bruk og anvendelse som en produsent har. Produsenten må bestemme antallet operasjoner som kreves for å oppnå målet, hverken mer eller mindre.

Hvis egenskapene til arbeidsstykket er ukjente, kan produsenten måtte velge å inkludere ekstra kutt og operasjoner, noe som går ut over produksjonstiden. Ved å bruke riktig verktøy for det spesifikke materialet

og kravene til komponenten, kan produsenten redusere antallet operasjoner.

Et mer spesifikt scenario for dreiing kan gjelde en produsent som maskinerer komponenter i en just-in-time-forsyningskjede, som indikert tidligere. I en slik situasjon har partier med arbeidsstykker i støpt tilstand noen ganger feil spesifikasjon når det gjelder tilstanden nær overflaten. De må likevel maskineres selv om det fører til økt kostnad per del på grunn av redusert verktøylevetid og produktivitet. Produsenten må

da velge nøye mellom forskjellige typer skjær og sorter, som kan omfatte hardmetall og polykrystallinsk kubisk bornitrid (PCBN). Men hvis støperiet som leverer det grå støpejernet, for eksempel, har et konsistent

kvalitetsnivå, kan produsentene nå uslåelige produktivitetsnivåer med PCBN-verktøy.

Ikke ett enkelt svar

Fresing av støpejern er mye mer komplekst sammenlignet med dreiing. Selv om typen av skjær produsenten bruker er viktig, er det enda mer avgjørende å se på den totale bearbeidingsløsningen. Produsenten må

også - i tillegg til skjærgeometriene og gradene - vurdere frestype, antallet skjær og antall egger per skjær med tanke på komponenten som maskineres for å få en lønnsom produksjon.

Selskapene som produserer skjæreverktøy, prøver å oppfylle kundenes behov og gjøre maskinering av støpejern enklere ved å tilby løsninger som er enklere å tilpasse og gir bedre ytelse for så mange typer materialer og bruksområder som mulig. Varme og kjølemiddel er for eksempel ikke ideelt for maskinering av støpejern, særlig når det gjelder fresing. Selskapene som produserer skjæreverktøy, utvikler derfor skjær med egenskaper for fresing både under tørre og våte forhold. Disse selskapene prøver også å hjelpe produsentene med å redusere maskineringstiden med løsninger som effektivt kan grov og finfrese i samme kuttet.

Det finnes ikke ett enkelt svar på hvilken type fres som er best for fresing av støpejern. Men det ser generelt ut som at den typen freseverktøy som har størst fremgang for tiden, er en negativ fres med skjær som har

positive sponvinkler, og i en sort som tåler både våte og tørre forhold.

Bruk negativ fres med positiv sponvinkel!

En positiv sponvinkel i en negativ fres gir produsentene flere fordeler - Den vil skjære lett og redusere strømforbruket og varmegenereringen - som igjen fører til lengre levetid og bedre utnyttelse av alle skjæreggene. Tenk deg eksempelvis at en motorblokk med mange hulrom skal planfreses. Når det freses over kanten på hvert hulrom, er målet å unngå at det brytes av materiale i utgangen av kuttene. Hvis produsenten

bruker en slitt fres kombinert med høy kraft, er det en økt risiko for å bryte av deler av arbeidsstykkematerialet - en negativ fres med positiv sponvinkel kan bidra til å unngå en slik situasjon.

Glem likevel ikke at selv om en type fres kan brukes på alle de forskjellige typene av støpejern, betyr det ikke at den kan maskinere alle former og utseender like effektivt. Derfor tilbyr selskapene som produserer

skjæreverktøy, freser i mange forskjellige former, alt fra hjørnefreser til skivefreser.

Nært samarbeid er lurt

Produsentene må vurdere overflaten som skal freses, og spørre seg selv: Er den kvadratisk eller svært lang? Er veggene tynne eller tykke, svake eller stabile? Og hvor sikkert fastspent er arbeidsstykket?

Produsentene må dessuten vurdere hvilken type verktøymaskiner de bruker i operasjonene. Ved maskinering av støpejernmaterialer er det høyere dynamisk belastning, så verktøymaskinen må være svært robust og samtidig svært kraftig og stabil. Alt dette medfører belastning på maskinen. I slike tilfeller kan imidlertid en negativ fres med positiv sponvinkel bidra til å redusere behovet for kraft på verktøymaskinen og i tillegg redusere belastningen på maskinspindlene.

Men når det kommer til stykket, er det så mange variabler å ta hensyn til for å få økt produktivitet og forutsigbarhet ved maskinering av støpejern, at det lureste produsenten kan gjøre er å samarbeide nært med sin leverandør av skjæreverktøy.

Produsentenes omfattende kunnskap om egen produksjonsteknologi er en verdifull ressurs som de må kombinere med verktøyleverandørenes detaljerte kunnskap om maskinering. Slikt samarbeid holder produsentene oppdatert om de seneste fremskritt og nyheter innen fremstilling og gir dem en forståelse av hvordan dette kan bidra til å optimalisere produksjonsprosessen. Sluttresultatet er at bedriften vil fortsette å øke konkurransefordelene sine og skille seg ut som en leder innenfor teknologi i det stadig mer utfordrende globale markedet.

Et raskt blikk på moderne støpejerntyper

Det er ikke så lenge siden produsentene betraktet støpejern som billig, sprøtt og urent metall. I dag har fremskritt i produksjonen imidlertid ført til at støpejern finnes i en rekke typer som er sterkere og gir bedre maskinbarhet enn noen gang før. Glem likevel ikke at styrkegraden og maskinbarheten varierer mellom og innenfor hver type:

· Grey cast iron - Grått støpejern (GJL) er en av de vanligste og minst kostbare typene. Det inneholder karbider i form av lamellære grafittpartikler, som gir det utmerkede vibrasjonsdempende egenskaper og gjør det til det ideelle valget for motorkomponenter. Det har også det høyeste nivået av maskinbarhet sammenlignet med andre typer.

· Vermicular graphite cast iron - Vermikulært grafittstøpejern (GJV), også kjent som Compakt Graphite(CGI), har fått navn etter de markformede grafittpartiklene. Det har større styrke og lavere vekt enn grått støpejern. Ettersom vermikulært støpejern er egnet for komponenter som er utsatt for både mekanisk og termisk belastning, bruker bilprodusentene det til å produsere visse komponenter, eksempelvis dieselmotordeler.

·Silicon alloyed ferritic cast iron - Silisiumlegert ferrittisk kulegrafittjern er ideelt for produksjon av hjulnav og aksler. Den høye maskinbarheten og de utmerkede mekaniske egenskapene gjør materialet stadig mer populært innen bilindustrien.

· Nodular Ductile Cast Iron - Seigjern (GJS), som består av kuleformede grafittpartikler i ferritt- og/eller perlittbase, har høy duktilitet, god utmattingsstyrke, overlegen slitestyrke og høy elastisitetsmodul. Det har derfor vært det foretrukne materialet for girkasser og hjulopphengdeler for produsenter av biler og tungt maskineri. Spesiallegeringer av kulegrafittjern brukes dessuten i produksjon av høytemperaturkomponenter som eksosrør og turboladerhus.

· Austempered ductile iron - Adusergods (ADI), som manipuleres av en sofistikert varmebehandlingsprosess, gir høy styrke, høy utmattingsstyrke, god slitestyrke og høye verdier for bruddforlengelse, og det gjør det til et svært konkurransedyktig materiale i forhold til mange typer av støpe- og smistål. Takket være den høye styrken og de elastiske egenskapene har adusergods det laveste nivået av maskinbarhet sammenlignet med de andre typene av støpejern som er nevnt her.

Fakta:

Seco Tools er en ledende produsent av kvalitetsverktøy. Secos produktspekter omfatter et komplett program av verktøy og skjær for dreiing, fresing, boring og brotsjing samt komplementære verktøyholdersystemer. Med mer enn 25.000 standardprodukter er Seco en komplett løsningsleverandør for metallskjæreindustrien og utruster verktøymaskiner fra spindel til skjær.

Selskapet har hovedkontor i Fagersta i Sverige og er representert i mer enn 50 land over hele verden med 40 datterselskaper, distributører og samarbeidspartnere.

Mer informasjon finner du på: www.secotools.com

Les hele saken