Lujuutta ja kulutuskestoa ruostumattoman teräksen sorvaukseen

Suhtautuminen ruostumattoman teräksen käyttöön on aina ollut hieman kaksijakoista.Tämän yleisen materiaalin erinomaiset lujuus- ja korroosionkesto-ominaisuudet saavat suunnitteluinsinöörit hykertelemään, mutta sen työstökarkenevuusominaisuudet ja ylipäänsä heikko lastuttavuus aiheuttavat tuotantoinsinööreille harmaita hiuksia.

Uutuus sopii sekä märkä- että kuivakoneistukseen, myös martensiittisille ruostumattomille teräksille tai niukkahiilisille teräksille.

Ruostumattoman teräksen suosio ei kuitenkaan osoita hiipumisen merkkejä esimerkiksi pumppu- ja venttiilituotannossa, öljy- ja kaasuteollisuudessa sekä ajoneuvo-, ilmailu- ja avaruusteollisuuksissa. Sen myötä myös lastuavia työkaluja valmistavien on pystyttävä tarjoamaan pidemmän terien kestoiän ja paremman tuottavuuden takaavia ratkaisuja, jotka tukevat konepajojen menestystä tiukasti kilpailluilla kansainvälisillä markkinoilla. Sandvik Coromantin uusi laatu on valmistajansa mukaan kehitetty vastauksena juuri näihin näkökohtiin.

Haaste

ISO M -materiaaliluokkaan kuuluvia ruostumattomia teräksiä on monenlaisia.

Yleisimpiä niistä ovat austeniittiset lajit sekä duplex-teräkset.

Austeniittisista teräksistä tutuimpia ovat laadut 304 ja 316, jotka ovat hehkutettuna melko pehmeitä ja joiden muovattavuus on erittäin hyvä. Kaikenlainen koneistus aiheuttaa niissä kuitenkin merkittävää työstökarkenemista eli pintojen ja lastujen kovettumista, mikä johtaa terän lovikulumiseen ja pinnankarheuden heikkenemiseen.

Austeniittisten ruostumattomien terästen muovattavuus vaikeuttaa myös niiden sorvausta, sillä tuloksena on erittäin pitkiä ja sitkeitä lastuja, joita on vaikea katkoa. Työkappaleesta voi myös tarttua materiaalia teräsärmään (irtosärmä). Austeniittisten ruostumattomien terästen lämmönjohtavuus on muita teräslajeja alhaisempi, eli terän rintapinnalla voi kehittyä runsaasti lämpöä. Työkappaleen lämpölaajeneminen sorvauksen aikana voi puolestaan aiheuttaa muoto- ja toleranssiongelmia.

Ruostumattomat duplex-teräkset, esimerkiksi laatu 2205, sisältävät sekä ferriittistä että austeniittista rakennetta. Vaikka niiden työstökarkenevuus on austeniittisia ruostumattomia teräksiä vähäisempää, austeniittisia laatuja korkeampi lujuus merkitsee suurempia lastuamisvoimia (tehontarvetta) ja alhaisempia lastuamisnopeuksia. Ruostumattomien duplex-terästen lastuttavuutta pidetäänkin niiden korkean murto- ja myötölujuuden vuoksi yleisesti huonona.

Lastut ovat vahvoja, mikä voi aiheuttaa lastuhakkaumaa ja suuria lastuamisvoimia. Lisäksi lämpötila nousee korkeaksi, mikä johtaa terien plastisiin muodonmuutoksiin ja kuoppakulumiseen.

Ratkaisu

Ruostumattomien terästen sorvaukseen on monia vakiintuneita käytännön vinkkejä. Esimerkiksi ruostumattomien austeniittisten terästen sorvauksessa muokkauslujittuneen pinnan alta lastuavat terävät särmät toimivat hyvin, etenkin jos lastuamissyvyys pidetään muuttumattomana. Ruostumattomille duplex-teräksille suositellaan pieniä asetuskulmia lovikulumisen ja jäysteenmuodostuksen välttämiseksi. Myös työkalun ja työkappaleen kiinnityksen tukevuuteen on kiinnitettävä erityistä huomiota.

Kaikista tärkeintä on kuitenkin oikean terän valinta. Ruostumattoman teräksen rouhinnassa ja puolikarkeissa vaiheissa käytetään tukevissa olosuhteissa suuria nopeuksia, joille on tähän asti ollut haastavaa löytää sopivan kovaa terälaatua. Ruostumatonta austeniittista tai duplex-terästä sorvaavat konepajat tarvitsevat terän, jolla on hyvä plastisten muodonmuutosten ja kulumisen kestokyky. Tällöin saadaan enemmän kappaleita per teräsärmä ja kustannukset pienenevät.

Sandvik Coromant kehitti asiakaspalautteen pohjalta terälaadun GC2220. Uuden laadun optimoidussa perusaineessa on vähemmän kobolttia, mikä parantaa kuumalujuutta. Rakenteeltaan pylväsmäinen, kova sisempi MT-TiCN-pinnoite tarjoaa hyvän suojan hankaavaa kulumista vastaan. Kenties tärkeimpänä ominaisuutena GC2220:ssa on käytetty terien kestoikää parantavaa Inveio-pinnoiteteknologiaa. Sen tiiviisti pakkautunut yhdensuuntainen kiderakenne antaa teräsärmän lastuavalle osalle maksimaalisen suojan termistä kulumista vastaan.

GC2220:n 25–30 % edeltävän sukupolven terälaatuja parempi plastisten muodonmuutosten kestävyys merkitsee pidempää kestoikää ruostumattomien austeniittisten ja duplex-terästen koneistuksessa. Työkalukustannukset pienenevät, työkaluvarastoa voidaan supistaa ja kappalekohtaiset kustannukset ovat alemmat. Pidemmät teränvaihtovälit parantavat myös tuottavuutta ja nopeuttavat investoinnin takaisinmaksua.

Terälaatu GC2220:ssa on käytössä terien kestoikää parantava Inveio-pinnoiteteknologia.

Tulokset

Uusi terälaatu sopii parhaiten jatkuvaan tai kevyesti hakkaavaan koneistukseen tukevissa olosuhteissa kohtalaisilla tai isoilla lastuamisnopeuksilla, kuten useat asiakastestit pumppu- ja venttiiliteollisuudessa osoittavat.

Austeniittisesta ruostumattomasta teräksestä (200 HB) valmistetun venttiilin ulkopuolisessa pituus- ja tasosorvaustestissä 230 työkappaleen jälkeen (koneistuksen kesto 12 s/työkappale,  lastuamisnopeus oli 107 m/min, syöttö 0.3 mm/r ja lastuamissyvyys 1.3 mm) Sandvik Coromantin GC2220-laadun teräsärmässä oli hädin tuskin minkäänlaisia vaurioita.

Terällä voitiinkin koneistaa 522 työkappaletta ennen kuin terä oli kulunut loppuun, huomattavasti perinteisiä ratkaisuja enemmän.

Vastaavasti austeniittisesta ruostumattomasta teräksestä (200 HB) valmistetun pumpun laipan ulkopuolisessa pituussorvauksessa (koneistuksen kesto 47 s/työkappale, lastuamisnopeus oli 160 m/min, syöttö 0.2 mm/r ja lastuamissyvyys 2 mm) GC2220 kärsi huomattavan vähän plastisista muodonmuutoksista, ja sillä pystyttiin koneistamaan yhteensä 12 työkappaletta – kestoiän  parannus oli jälleen merkittävä.

GC2220 sopii sekä märkä- että kuivakoneistukseen ja muille materiaaleille, kuten martensiittisille ruostumattomille teräksille ja niukkahiilisille teräksille. www.sandvik.coromant.com/fi