CBN-terälaadut ja kovasorvaus

Kuutioboorinitridi- eli CBN-terälaadut ja kovasorvaus ovat yhä suositumpi ratkaisu ajoneuvojen vaihteistokomponenttien koneistukseen – eikä ihme, sillä menetelmän edut ovat kiistattomat. Terälaatujen valmistusteknologiassa tapahtuneen kehityksen ansiosta hammaspyörien, akseleiden ja lautaspyörien sorvaustöissä saavutetaan tuntuvasti entistä pidempi terien kestoikä siitä huolimatta, että kyseiset osat ovat usein hiiletys- tai induktiokarkaistuja.

Keraami- ja CBN-terämateriaalien yleistyessä kovasorvauksesta on tullut  kustannustehokas vaihtoehto kovuudeltaan 55–68 HRC:n terästen koneistukseen.

Monien karkaistujen osien perinteinen koneistusmenetelmä on hionta. Keraami- ja CBN-terämateriaalien yleistymisen myötä kovasorvauksesta on tullut varteenotettava, erittäin kustannustehokas vaihtoehto kovuudeltaan 55–68 HRC:n terästen koneistukseen.

Kovasorvauksen on todettu lyhentävän koneistusaikoja ja pienentävän kustannuksia 70 prosenttia ja enemmänkin. Muita etuja ovat tuotannon joustavuus, lyhyemmät läpäisyajat ja parempi laatu.

Näistä syistä kovasorvauksen suosio kasvaa autoteollisuudessa paitsi vaihteistokomponenttien myös muiden voimalinjan osien, kuten venttiili-istukoiden, mäntien, sylinteriputkien ja vakionopeusnivelten koneistuksessa.

Teräaineet

Keraamilaatuja voi käyttää noin 50–60 HRC:n kovuisille kappaleille, kun pinnankarheusvaatimukset eivät ole tiukat. CBN-laadut ovat kuitenkin ylittämätön valinta kovasorvaukseen, jos vaaditaan hyvää pinnankarheutta.

CBN-terät kestävät paremmin kuoppakulumista ja murtumia, kun hiiletys- ja induktiokarkaistuja materiaaleja koneistetaan suurella nopeudella. Sandvik Coromantin uusimmat CBN-terälaadut ovat CB7125 ja CB7135. Laadut tarjoavat pidemmän ja johdonmukaisemman kestoiän kovuudeltaan 58–62 HRC:n ajoneuvo-osien kohtalaisesti tai raskaasti hakkaavassa sorvauksessa.

Uutuuslaadut on suunnattu lähinnä vaihteisto-osien kovasorvaukseen. CB7125:ssä on käytetty uutta PVD-pinnoitetta, ja se sopii kohtalaisen hakkaavaan kovasorvaukseen (komponentissa viistetyt reunat), kun taas CB7135 sopii raskaasti hakkaavaan kovasorvaukseen (työkappaleessa viisteettömät reunat).

Tarjolla on erilaisia teräsärmän malleja koneistuksen hakkaavuuden mukaan. Mallit on optimoitu takaamaan paras yhdistelmä pitkää kestoikää ja koneistuksen luotettavuutta.

CBN-terät kestävät hyvin kuoppakulumista ja murtumia, kun hiiletys- ja induktiokarkaistuja materiaaleja koneistetaan suurella nopeudella.

Hammaspyörät ja akselit

CB7125 pääsee oikeuksiinsa mm. hammaspyörien, ura-akseleiden ja muiden viisteellisiä öljyreikiä tai taskuja sisältävien akseleiden pituussorvauksessa. Muita sopivia käyttökohteita ovat hammaspyörien tasosorvaus sekä karkaistujen pintojen poisto lautaspyöristä. Lastuamisarvosuositukset ovat seuraavat: lastuamisnopeus 100–200 m/min (328–656 ft/min), syöttö 0.05–0.45 mm/r (0.002–0.018 in/r) ja lastuamissyvyys 0.05–0.5 mm (0.002–0.02 in).

Terälaadun edut tulivat todistetuksi asiakkaan luona suoritetussa hiiletyskarkaistun hammaspyörän (62 HRC) pituus- ja tasosorvaustestissä, jossa CB7125:n kestoikä oli 140 % pidempi kuin käytössä olleella kilpailijan terällä. Työstökoneena oli Mazak QTN 300 CNC -sorvauskeskus, ja lastuamisnopeus oli 120 m/min (394 ft/min), syöttö 0.12 mm/r (0.0047 in/r) ja lastuamissyvyys 0.1 mm (0.004 in). Kummallakin terällä käytettiin samoja lastuamisarvoja. Terien lastuvirta oli yhtä suuri, mutta CB7125:llä voitiin koneistaa 12 työkappaletta verrattuna vertailuterän 5 työkappaleeseen.

Toisessa asiakastestissä niin ikään hiiletyskarkaistun vakionopeusnivelen (60 HRC) ulkopuolisessa hakkaavassa sorvauksessa CB7125:n kestoikä oli 15 % pidempi kuin käytössä olleella kilpailijan terällä. Lastuamisnopeus oli 160 m/min (525 ft/min) ja syöttö 0.19 mm/r (0.0075 in/r). CB7125:llä pystyttiin koneistamaan 1272 osaa, kun vertailtu terä jäi 1106 osaan.

Vakuuttavaa suorituskykyä

CB7135:ä suositellaan hammaspyörien ja akseleiden pituussorvaukseen, kun kappaleissa on viisteettömiä kiilauria tai taskuja, sekä vakionopeusnivelien sisä- ja ulkorenkaille ja kuulanpitimille. Tyypillisiä lastuamisarvoja ovat seuraavat: lastuamisnopeus 80–160 m/min (262–525 ft/min), syöttö 0.05–0.4 mm/r (0.002–0.016 in/r) ja lastuamissyvyys 0.05–0.5 mm (0.002–0.02 in).

CBN-terälaadut CB7125 ja CB7135 on mahdollistavat kovasorvauksen hyvällä pinnanlaadulla.

Teräsärmän korkea lämpötila pienentää lastuamisvoimia. Siksi liian pieni, vähemmän lämpöä kehittävä lastuamisnopeus voi aiheuttaa terärikon. Kovasorvauksessa ihanteellisinta on, jos lastuamisnestettä ei tarvita, eikä se yleensä olekaan välttämätöntä. CBN-terät (samoin kuin keraamiterät) kestävät korkeita lämpötiloja, mikä eliminoi lastuamisnesteiden aiheuttamat kustannukset ja lisätyön.

Hyvä esimerkki CB7135:n suorituskyvystä nähtiin vakionopeusnivelen ulkokehän (induktiokarkaistu teräs C53, 60 HRC) sisäpuolisessa sorvauksessa pystykaraisella EMAG VSC400 -sorvauskeskuksella, jolloin terän kestoikä kasvoi 12 % vertailtuun terään verrattuna. CB7135 ylsi 390 työkappaleeseen, kun kilpailijan terällä päästiin vain 350 kappaleeseen. Lastuamisnopeus oli 180 m/min (590 ft/min), syöttö 0.13 mm/r (0.0052 in/r) ja lastuamissyvyys 0.15 mm (0.0059 in).

Näin merkittävien tulosten saavuttaminen edellyttää myös asetuksen ja muiden tekijöiden huomioon ottamista. Esimerkiksi koneen ja kiinnitysten tukevuus sekä työkappaleen tarkka paikoitus ovat kriittisen tärkeitä. Nyrkkisäännöksi sopii, että työkappaleen pituuden suhde halkaisijaan saa yleensä olla korkeintaan 2:1, jos kappale on tuettu vain toisesta päästään. Jos lisätukena käytetään kärkipylkkää, suhde voi olla suurempi. Symmetrisesti lämpölaajenevat kara- ja kärkipylkkä parantavat tukevuutta.

Kohti kovasorvausta

Perusteet kovasorvauksen valintaan hionnan sijaan ovat kaiken kaikkiaan vakuuttavat. Jos esimerkiksi työkappaleeseen tulee muutoksia, muutosten teko on sorvilla helpompaa kuin hiomakoneella. Sorvit ovat myös nopeampia ja kustannustehokkaampia kuin hiomakoneet, ja kovasorvauksessa syntyvät lastut ovat hävitettävissä ympäristöystävällisemmin kuin hionnassa syntyvä hiontajäte.

 Kovasorvauksessa ei myöskään yleensä tarvita lastuamisnestettä, mikä pienentää jätteenkäsittely- ja kierrätyskuluja, ja sorvi on tyypillisesti hiomakonetta pienempi investointi.

Uusimmat CBN-laadut ovat vielä yksi syy autonosien valmistajille siirtyä kohti kovasorvausta ja ottaa tämän innovatiivisen prosessin kaikki hyödyt käyttöön. www.sandvik.coromant.com