MK2050

Proizvajalci se pri odločanju o pravilnem naboru orodja za zagotavljanje najboljše konkurenčnosti pri obdelavi soočajo z različnimi spremenljivkami in izzivi. Poleg različnih vrst litega železa se lahko tudi isti material razlikuje med različnimi litji. Da bi lahko tako proizvajalci izbrali ustrezne geometrije in kvalitete ploščic rezalnih orodij ter tako uspešno združili kakovost, stroškovno učinkovitost in produktivnost, morajo razumeti vse dejavnike, poleg tega pa morajo upoštevati tudi celotno proizvodno verigo.

Čeprav so lita železa v uporabi v široki paleti različnih panog, sta avtomobilska industrija in industrija izdelave težke mehanizacije v večini primerov glavna končna uporabnika materialov, iz katerih izdelujejo različne dele, na primer masovna proizvodnja zavornih kolutov in proizvodnja velikih črpalk v kratkih proizvodnih ciklih. Ta dva dela hkrati predstavljata tudi dva ključna razloga, zaradi katerih proizvajalci uporabljajo lito železo – za velike serije ali polizdelke, ki so tako posebni, da za njihovo izdelavo ni nobenega drugega praktičnega načina.

Ta članek se bo posvetil strojni obdelavi z vidika litega železa, poleg tega pa tudi struženja in rezkanja. Omeniti je treba tudi, da je treba pri izvedbi teh konceptov v okviru dejanske proizvodnje delov, na primer zavornih kolutov ali velikih črpalk, upoštevati tudi druge dejavnike.

Sodobna lita železa so veliko naprednejša in bolje raziskana kot pred 20 leti. V določenih pogojih so lita železa ravno zaradi tega odlična alternativa jeklu v času, ko je treba znižati cene in povečati produktivnost. Na splošno velja, da postajajo lita železa lažja, močnejša in stroškovno učinkovitejša rešitev, hkrati pa so tudi vedno bolj odporna na obrabo. Ti materiali omogočajo prosto strojno obdelavo, so primerni za izdelavo kompleksnejših oblik, hkrati pa je strojna obdelava enostavnejša. Kljub temu ne pozabite, da se trpežnost, cena in stopnja strojne obdelave razlikujejo med različnimi vrstami litega železa, med katere sodijo sive, vermikularne, feritne duktilne litine s silikoni, nodularne duktilne litine in bainitno poboljšane duktilne litine. (Glejte stransko vrstico: Hiter pregled vrst sodobnega litega železa.) Za vsako vrsto je na voljo več kvalitet z izrazito drugačnimi mehanskimi značilnostmi. Te razlike so v glavnem posledica mikrostrukture kovinske matrice, ki obdaja grafit.

Poleg tega, da morajo proizvajalci izbirati med različnimi vrstami litega železa, morajo tudi upoštevati izjemno zahtevnost litja železa. Pri procesu litja že v sami osnovi nastajajo mikrostrukture, katerih lastnosti se na površini dela razlikujejo od tistih v jedru.

Lahko bi torej povzeli, da v enem samem ulitku soobstajata dve različni strukturi. Poleg tega se tudi kakovost litega železa razlikuje glede na livarno. To pomeni, da se lahko celo znotraj enake vrste litega železa, zaradi razlik v postopku litja, pojavijo velike razlike pri stopnji strojne obdelave pri posameznih obdelovancih.

Oglejmo si na primer sivo lito železo. Na zmogljivost strojne obdelave vplivajo spremenljivke v površini in drugi dejavniki v bližini površine, na primer ostanki kalupov ali prosti feriti (železo v najčistejši obliki), ki negativno vplivajo na proizvodni postopek. Ostanki kalupov lahko ustvarijo trša naključno razporejena območja, prosti feriti pa mehkejša območja v obdelovancu. Te spremembe povzročajo težave pri predvidevanju teh območij pri strojni obdelavi. Proizvajalci morajo zato imeti skrbno načrtovano logistiko (od litja do shranjevanja in strojne obdelave) ter si tako zagotoviti homogenost paketov obdelovancev, ki so dovolj veliki za predvidene aplikacije.

Pomembno je, da so lastnosti obdelovancev vseh danih trenutkih pod čim boljšim nadzorom, saj lahko navsezadnje vsakršna odstopanja posredno ali neposredno negativno vplivajo na celotno produktivnost. Če lastnosti obdelovanca niso popolnoma jasne, lahko proizvajalci sežejo po različnih sistemih orodij in strategijah rezanja, s katerimi lahko nadomestijo kakršno koli nižjo kakovost materiala. Pri tem morajo imeti proizvajalci dobro poznavanje orodij in strategij, primernih za posamezne aplikacije.

Podjetja za izdelavo rezalnih orodij neprestano razvijajo nove izdelke za struženje in rezkanje, s katerimi je mogoče premagati spremenljivke in izzive, s katerimi se spopadajo pri obdelavi različnih vrst litega železa. To pa je lahko že podvig sam po sebi, saj so vsi materiali, proizvajalci in aplikacije edinstveni. Podjetje za izdelavo rezalnih orodij lahko razvije lastne proizvodne rešitve s široko paleto različnih aplikacij v litem železu, vendar je pri tem veliko odvisno od posameznih strankinih potreb in izbrane strojne obdelave ali načina.

Čeprav so nekateri proizvajalci pripravljeni vložiti denar v široko paleto vrst ploščic, s katerimi bi optimirali vsako aplikacijo in tako dosegli največjo možno produktivnost, drugi proizvajalci prisegajo na omejen nabor vsestranskih ploščic in kvalitet ter tako si tako olajšajo upravljanje postopkov, vendar pa s tem pade tudi produktivnost.

Pomislite na kvalitete za struženje, ki so v središču pozornosti pri tej vrsti strojne obdelave. V preteklosti so podjetja za izdelavo rezalnih orodij razvila več različnih kvalitet, med katerimi bi bilo mogoče izbirati. Dandanes je cilj zmanjšati število kvalitet, zato proizvajalci orodij stremijo k čim učinkovitejšim rešitvam za čim širšo paleto različnih vrst in lastnosti litega železa, zaradi česar je izbira posledično še enostavnejša.

Nekatera podjetja za izdelavo rezalnih orodij uporabljajo napredne tehnologije za nanos oplaščenja in tako strankam omogočajo izvajanje strategij z dvema ali tremi kvalitetami. Seco Tools, na primer, stavi na strategijo struženja z dvema strategijama, ki jo omogoča s svojimi ploščicami z edinstveno tehnologijo oplaščenja Duratomic®, pri kateri poteka manipulacija aluminija in kisika na ravni atomov, kar omogoča izdelavo ploščic z izjemno žilavostjo in odpornostjo na abrazijo za obdelavo litega železa.

Pri dejanskem struženju litega železa je vse odvisno od specifičnih aplikacij proizvajalca. Proizvajalci morajo določiti število posegov, potrebnih za doseganje ciljev; nič več in nič manj. Če lastnosti obdelovanca niso znane, se lahko proizvajalec odloči še za dodaten končni rez, kar ima velik vpliv na čas proizvodnega postopka. Kljub temu lahko proizvajalec s pravim orodjem za trenutne pogoje in zahteve dela zmanjša število posegov.

Kot je navedeno predhodno, se mora morda proizvajalec pri zahtevnejših postopkih struženja posluževati proizvodnje v okviru dobavne verige ob pravem času. V takem primeru paketi obdelovancev s strjevalno strukturo občasno niso primerni z vidika pogojev v bližini površine, vendar jih je treba obdelati kljub povišanim stroškom za del, kar skrajšuje življenjsko dobo orodja in zmanjšuje produktivnost. Na tej točki mora proizvajalec premišljeno odločiti med različnimi vrstami in kvalitetami ploščic, ki so lahko opremljene z orodji iz karbidnih trdin in polikristaliničnega kubično kristaliziranega borovega nitrida (PCBN). Če pa livarna, na primer, dobavlja enakomerno raven kakovosti, lahko proizvajalci z orodji iz PCBN dosegajo izjemno produktivnost.

Rezkanje litega železa je veliko zahtevnejše od struženje materiala. Pri tem je vrsta kvalitete ploščice izjemno pomembna, še pomembnejše pa je, da proizvajalec vzame v obzir celoten proizvodni postopek. Proizvajalec mora poleg geometrij in kvalitet ploščic upoštevati tudi vrste teles rezkarjev in število rezalnih robov v povezavi z obdelovancem. Skupek teh dejavnikov je ključni element pri zagotavljanju nizkih stroškov pri izdelavi dela.

Sodobna podjetja za izdelavo rezalnih orodij poskušajo zadostiti vsem potrebam strank in poenostaviti strojno obdelavo litega železa tako, da jim ponujajo rešitve, ki so enostavnejše in hkrati omogočajo boljše rezultate pri čim večjem naboru materialov in aplikacij. Vročina in hladilno sredstvo, na primer, nista najboljši rešitvi za strojno obdelavo litega železa, še posebej pri rezkanju. Zaradi tega podjetja za izdelavo rezalnih orodij razvijajo kvalitete izjemnih lastnosti za suho in mokro rezkanje. Ta podjetja tudi raziskujejo načine, na katere bi lahko proizvajalcem omogočila skrajšanje časov strojne obdelave z rešitvami, ki omogočajo učinkovito grobo in fino obdelavo v enem samem ciklu.

Pri izbiri najboljše vrste rezkarja za rezkanje litega železa ni enotne univerzalne rešitve. Na splošno se v dandanes največ pozornosti namenja rezkarjem z negativno geometrijo s ploščicami s pozitivnim cepilnim kotom in kvaliteto, ki omogoča mokro in suho obdelavo.

S pozitivnim cepilnim kotom in rezkarjem z negativno geometrijo lahko proizvajalci izkoristijo prednosti na različne načine – manj omejitev pri rezanju ter zmanjšana poraba ter manjše segrevanje, kar omogoča daljšo življenjsko dobo orodja in povečuje uporabne rezalne robove. Zamislite si na primer plano rezkanje bloka motorja, kjer je treba izdelati veliko vdolbin. Ko rezkar strojno obdeluje vogale vdolbine, želi proizvajalec preprečiti krušenje teh robov. Če uporablja proizvajalec obrabljen rezkar v povezavi z visokimi rezalnimi silami, obstaja povečano tveganje krušenja delov materiala obdelovanca – rezkar z negativno geometrijo in pozitivnim cepilnim kotom lahko pomaga te težave preprečevati.

Kljub temu ne pozabite, da z enim samcatim rezkarjem ni mogoče strojno obdelati vseh oblik obdelovancev, čeprav je z njim mogoče uspešno rezati različne vrste litega železa. Zaradi tega nudijo podjetja za izdelavo rezalnih orodij različne oblike rezkarjev, od pravokotnih rezkarjev do planih rezkarjev in vseh vrst rezkarjev, ki se uvrščajo med ti dve vrsti. Proizvajalci morajo misliti na površino, ki jo morajo obdelati, pri tem pa se tudi vprašati: Je oblika kvadratna ali podolgovata? Je stena debela, šibka ali stabilna? Kako varno je vpetje obdelovanca?

Poleg tega morajo proizvajalci upoštevati tudi vrsto strojnega orodja, ki ga uporabljajo pri postopkih. Pri strojni obdelavi različnih vrst litega železa obstaja višja dinamična obremenitev, zato mora biti tudi strojno orodje izjemno robustno in tako omogočati izjemno moč in stabilnost. Vsi ti dejavniki izjemno obremenjujejo stroj. Kljub temu lahko v teh pogojih rezkar z negativno geometrijo in pozitivnim cepilnim kotom pomaga pri varčevanju z energijo, ki jo potrebuje stroj in zmanjšuje sile, ki delujejo na vreteno stroja.

Ker je treba pri litem železu upoštevati toliko različnih spremenljivk, mora proizvajalec, če želi povečati produktivnost in predvidljivost strojne obdelave, tesno sodelovati z dobaviteljem orodja.

Dandanes morajo proizvajalci združevati svoje izjemno znanje lastne proizvodne tehnologije z obširnim znanjem proizvajalcev orodij o strojni obdelavi. Na podlagi takšnega sodelovanja so proizvajalci nenehno v koraku z najsodobnejšimi rešitvami pri proizvodnji, hkrati pa tako tudi pridobivajo tudi nova znanja o načinih, na katere inovacije pri strojni obdelavi vplivajo na optimiranje proizvodnih postopkov. To proizvodnemu obratu omogoča povečanje svoje konkurenčnosti, obenem pa lahko kot vodilno podjetje na področju tehnologije prehiti svoje tekmece na vedno bolj kompleksnem globalnem trgu.

[stranska vrstica]

Hiter pregled vrst sodobnega litega železa

Še do nedavnega so proizvajalci lito železo dojemali kot cenen, krhek in umazan material, danes pa se zaradi napredka pri proizvodnih postopkih pojavljajo vse vrste litega železa. Ti materiali so močnejši in jih je mogoče enostavneje strojno obdelati kot vse ostale materiale. Kljub temu ne gre pozabiti na razlike v žilavosti in možnosti strojne obdelave med različnimi vrstami in celo znotraj ene vrste.

• Sivo lito železo (GJL), ki spada med najbolj razširjene in najcenejše vrste litega železa, vsebuje karbide v obliki lamelnih grafitnih delcev, zaradi katerih ima ta vrsta litega železa izjemne lastnosti blaženja vibracij in je posledično idealna za dele motorjev. Poleg tega je mogoče to vrsto litega železa v primerjavi z drugimi vrstami najbolje strojno obdelovati.

• Lito železo z vermikularnim grafitom (GJV) je svoje ime dobilo po zaviti obliki grafitnih delcev. Ta vrsta litega železa je močnejša in lažja od sivega litega železa. Ker je vermikularno lito železo primerno za dele, ki so izpostavljeni mehanskim in termičnim obremenitvam, ga avtomobilski proizvajalci uporabljajo za proizvodnjo določenih delov vozil, na primer delov dizelskih motorjev.

• Feritno duktilno lito železo s silikoni je najboljša rešitev za proizvodnjo pest in prem. Zaradi izjemnih lastnosti strojne obdelave postaja ta material čedalje bolj priljubljena rešitev v avtomobilski industriji.

• Nodularno duktilno lito železo (GJS), ki ga sestavljajo sferoidni nodularni grafitni delci v feritni in/ali perlitni matrici, imajo izjemno visoko duktilnost, dobro natezno trdnost, izvrstno odpornost proti obrabi in visok modul elastičnosti, zaradi česar je ta vrsta litega železa najboljša izbira za okrove menjalnikov in dele vzmetenja v avtomobilski industriji in industriji težke mehanizacije. Poleg tega so različne vrste duktilnega železa uporabljene pri proizvodnji delov, odpornih na visoke temperature, na primer izpušnih cevi in ohišij turbokompresorjev.

• Bainitno poboljšano duktilno lito železo, spremenjeno z zapletenim postopkom toplotne obdelave, je izjemno močno, ima dobro natezno trdnost, izvrstno odpornost na obrabo in visoke natezne vrednosti do loma, zaradi česar je ta material izjemno konkurenčen v primerjavi z drugimi vrstami litega in kovanega jekla. Zaradi izjemne žilavosti in elastičnosti, bainitno poboljšano duktilno železo je najmanj primerno za strojno obdelavo v primerjavi z drugimi vrstami litega železa, navedenimi v tem članku.

Sestavila:

Mikael Lindholm, Product Manager ISO Turning, Seco Tools

Michael Karlkvist, Product Manager Face Milling & Mass Application, Seco Tools

MK2050

R220.48-05

R220.96