Wat hebben een oude Romeinse oorlogsstrategie en Sandvik Coromant’s ISO P soorten voor het draaien van staal gemeenschappelijk en hoe kan dit helpen de productie van uw machinewerkplaats te verhogen? Hier onderzoekt Rolf Olofsson, productmanager bij Sandvik Coromant, wereldleider op het gebied van het verspanen van metaal, hoe de coating en het basismateriaal van de hardmetaalsoorten een enorm verschil kunnen maken in de efficiëntie en productiviteit van staaldraaiprocessen.
Een algemene misvatting in de metaalbewerkende industrie is dat het bewerken van staal eenvoudig is. Ervaren machine-operatoren weten dat het draaien van ISO P allesbehalve eenvoudig is. De eerste van de vele zorgen is het brede scala aan materialen in de ISO P classificatie die uiteenlopen van ductiele koolstofarme tot hooggelegeerde staalsoorten. Ten tweede varieert de hardheid van de verschillende staalsoorten significant van het ene uiteinde van het spectrum tot het andere. Het type toepassing varieert en dat geldt ook voor de bewerkingsomstandigheden in de werkplaatsen. Het is duidelijk dat het draaien van staal een uitdaging is.
Universele soort
Voor een dergelijke staalsoort is breukbestendigheid van het grootste belang. Net als een snijkant die in staat is de hardheid te leveren die nodig is om bestand te zijn tegen plastische vervorming die wordt veroorzaakt door de extreme temperaturen die aanwezig zijn in de snijzones. Daarnaast moet de soort zijn uitgerust met een coating die flankslijtage, kraterslijtage en snijkantsopbouw kan voorkomen. Belangrijk is dat de coating ook aan het basismateriaal moet hechten. Als dit niet het geval is komt het basismateriaal bloot te liggen, wat tot snel falen leidt.
Gezien deze reeks van eisen is het van cruciaal belang de structuur van een staaldraaisoort te begrijpen teneinde een weloverwogen beslissing te kunnen nemen wanneer u een soort kiest voor uw toepassing.
Structuur van een hardmetalen wisselplaat
Alle hardmetalen wisselplaten bevatten een kern van gecementeerd hardmetaal die ook wel het basismateriaal of substraat wordt genoemd. Het basismateriaal definieert de taaiheid en de sterkte van de soort. De bestendigheid tegen plastische vervorming is ook hierop terug te voeren. Het hardmetaal basismateriaal wordt doorgaans bedekt met enkele lagen coating zoals titanium-carbonitride (TiCN), aluminiumoxide (Al2O3) en titaniumnitride (TiN). Deze geven de wisselplaat haar snijkanttaaiheid, hechting en slijtvastheidseigenschappen. Het recept voor superieure weerstand tegen verschillende soorten slijtage: vrijloopvlakslijtage, kolkslijtage en snijkantsopbouw. Hechting aan basismateriaal en verbeterde standtijd liggen in de microscopische details die bij het ontwerp van de coating-laag worden ingebracht.
Romeinse verdedigingsmuur
In conventionele alumiumoxide coating is de richting van de kristalgroei willekeurig. Als de groei in de coatinglaag zodanig kan worden beheerst dat alle kristallen in dezelfde richting uitlijnen dan resulteert dit in een superieure slijtvastheid.
Laten we om de kracht van kristaluitlijning te helpen begrijpen eens kijken naar een voorbeeld uit de Romeinse geschiedenis. Wanneer de legioenen uit de Romeinse oudheid een belegering uitvoerden, dan stelden ze vaak een verdedigingsmuur op, de Testudo formatie. In deze formatie werden alle schilden uitgelijnd en dicht tegen elkaar gebracht om kwetsbare openingen te vermijden. Deze muur van schilden hielp de Romeinen tegenstand te bieden tegen naderende agressie terwijl ze oprukten.
De uitlijning van kristallen in een coatinglaag werkt op een soortgelijke manier: de dicht op elkaar gepakte uni-directionele kristallen fungeren als een schild en bieden een betere bestendigheid tegen moeilijke omstandigheden in de snijzone.
Uni-directionele kristallen
Sandvik Coromant’s R&D experts hebben een manier gevonden de kristalgroei in de aluminiumoxide-coating te beheersen. Daarmee wordt gewaarborgd dat alle kristallen zijn uitgelijnd in dezelfde richting, met het sterkste gedeelte gericht naar het bovenste oppervlak. Deze gepatenteerde technologie, bekend als Inveio® coating, is een technische doorbraak die wisselplaten een nieuw niveau qua slijtvastheid en standtijd geeft.
De dicht op elkaar liggende, in één richting uitgelijnde kristallen vormen een sterke barrière voor de snijzone en spaan. Dit helpt de met Inveio® uitgeruste hardmetaalsoorten de weerstand tegen kolk- en vrijloopvlakslijtage aanzienlijk te verbeteren. Een ander wenselijk gevolg is dat de warmte sneller wordt afgevoerd uit de snijzone. Dat helpt om de snijzone langer in vorm te houden voor langere perioden in snede. Uiteindelijk resulteert dit in een voorspelbaar gereedschap met een lange levensduur.
Met de introductie van de tweede generatie Inveio® technologie — in Sandvik Coromant’s meest recente draaisoorten GC4415 en GC4425 —, zijn de voordelen van uni-directionele coating nog verder verbeterd. Een verbeterde kristaloriëntatie zorgt voor nog consistentere prestaties en een significant verbeterde slijtvastheid.
Bewerkingen met onderbroken sneden
Laten we nu we de eerste twee overwegingen voor het selecteren van een wisselplaatsoort hebben besproken, namelijk het basismateriaal en de coating, kort naar de derde kijken: prestaties tijdens onderbroken snijbewerkingen. Dit is een belangrijke vereiste omdat het ons helpt plotselinge wisselplaatbreuk te voorkomen.
Kies wisselplaten die een nabehandeling hebben ondergaan: een proces waarbij zeer fijne, scherpe keramische deeltjes worden gebombardeerd op de wisselplaatcoating. Stel uzelf een hamer voor die op de coating slaat om deze te versterken. Wisselplaten die een effectieve nabehandeling hebben ondergaan presteren goed bij onderbroken snedes.
Nieuwe soorten GC4415 en GC4425
Sandvik Coromant heeft recentelijk twee nieuwe ISO P soorten voor het draaien in staal geïntroduceerd. De soorten GC4415 en GC4425 zijn ideaal voor fabrikanten die werken met serie- en batchproductie configuraties.
Uitgerust met een nieuw basismateriaal in hun kern, dat is versterkt met Inveio® technologie, bieden de twee soorten betrouwbare prestaties en een superieure slijtvastheid. Daarnaast is de ervaring dat de nabehandeling van de soorten de prestaties in onderbroken verspanende bewerkingen verbetert, waardoor plotselinge breuk wordt vermeden en beide wisselplaatsoorten beter presteren over een breed toepassingsgebied.
Extreme productiviteitstoename
Klanten konden hogere snijsnelheden implementeren (Vc) en de voedingssnelheid (Fn) sterk verbeteren met deze soorten. In één bepaald geval stelde een algemene machinefabrikant een 4140 hittebehandeld stalen werkstuk bloot aan multi-directionele uitwendige voorbewerking met de GC4425 wisselplaat. Vergeleken met het gebruik van een ISO-wisselplaat van een concurrent voor hetzelfde proces kon de klant een productiviteitstoename van 100% realiseren, met een gereduceerde cyclustijd van 50% plus een kostenreductie van 30%.
Bewerken van ISO P steel is lastig. Door een paar overwegingen in gedachten te houden bij het selecteren van een soort, zoals de taaiheid van het basismateriaal en nieuwe technologische vooruitgang op het gebied van materiaalwetenschap en gereedschapstechnologie, kunt u een enorm verschil maken in de efficiëntie op het gebied van het draaien van staal en de algehele productiviteit van uw machinewerkplaats.