En god metode til at løse problemer med mikrodefekter

Test med hårdmetalbor med forbedret design giver nye muligheder for god hulkvalitet.
"Mål to gange og bearbejd en gang", er et almindeligt udtryk i produktionen, men det er nemmere sagt end gjort, når man skal bearbejde krævende materialer. Derfor henvendte en førende international producent af aerospace-dele sig til verdens førende inden for metalforarbejdning, da de søgte efter en løsning, der kunne eliminere hele andet trin i deres boreprocesser og samtidig forbedre hulkvaliteten i de fremstillede flydele. Her forklarer James Thorpe, global product manager hos Sandvik Coromant, hvordan et bors design er afgørende for at producere huller af højere kvalitet.

Hulfremstilling er den mest almindelige af alle bearbejdningsprocesser, men det er også en, der oftest bliver taget for givet. I mange produktionsvirksomheder synes man ikke, at der er grund til at ændre eller opgradere den eksisterende løsning til hulfremstilling, og de har derfor brugt de samme værktøjer og skæreparametre i årevis. Men på det område er der sket store forandringer, efter at COVID-19-pandemien har medført uforudsigelige effekter. Producenter har oplevet uforudsigelige og langvarige forandringer i deres markeder, og de kan nu se, at der er behov for at tilpasse deres produktion.
De fleste producenter udforsker eksempelvis nye salgsgrundlag og produkter. Produktionsvirksomheder, der hidtil har været specialiseret i et bestemt produktionsområde, åbner nu op for, at deres CNC-drejebænke og fræsere anvendes til et bredere udvalg af seje og krævende materialer. Samtidig skal producenterne udforske nye måder at øge indtjeningen og reducere cyklustider på uden at gå på kompromis med produktkvaliteten.
Sagt med andre ord er det på tide, at producenterne bruger nytænkning inden for hulfremstilling.

Det hvide støv

Huloverfladens integritet er et stort problem for producenter af flydele eller virksomheder inden for generel maskinteknik der gerne vil diversificere til aerospace-sektoren. Bedre hulkvalitet er afgørende for at forhindre komponentsvigt, og hulkvaliteten afhænger i allerhøjeste grad af de produktionsprocesser, der anvendes til bearbejdning og sletbearbejdning af hullerne.
Værktøjsløsninger og skærkantgeometrier på bor udvikler sig løbende, så de opfylder de højeste standarder inden for produktion og komponentkvalitet. Brugen af køling forbedrer sig også for at reducere opbygning af varme i værktøjet. Gennemførte test har desuden påvist, at hver af disse faktorer kan påvirke den såkaldte "det hvide lag"-effekt på emnematerialer.
Udtrykket "det hvide lag" blev introduceret af en førende international producent af flydele, der også er kunde hos Sandvik Coromant. Det henviser til en tynd, ultrafin kornstruktur, der kan konstateres efter at have boret i en komponent, og som skyldes varmen fra boret. Det hvide lag kan ikke kun ændre materialets overfladeegenskaber, det betragtes også som uacceptabelt i kundens kvalitetsstyringsprocesser.
Producenten følger en streng hulfremstillingsproces for hulboring i flykomponenter som turbineskovle, kompressorer, tromler og aksler. Derfor valgte de at indgå samarbejde med Sandvik Coromant for sammen at undersøge, hvorfor det hvide lag blev dannet, og hvordan man kan kontrollere det.
Det er vigtigt at bemærke, at testen ikke kun var motiveret af kvalitetsstyring. Kunden ønskede på højeste ledelsesniveau at reducere den samlede driftstid og øge indtjeningen ved at eliminere hele den sekundære bearbejdningsproces.

Huloverfladens integritet er et stort problem for producenter af flydele eller virksomheder inden for generel maskinteknik der gerne vil diversificere til aerospace-sektoren. Her boring i et HRSA-hus med CoroDrill 860 med -SM geometri

.

Anden akt

Den sekundære proces finder sted, efter at der er fremstillet et hul med hårdmetalboret, og den kan omfatte oprivning, dykfræsning eller pindfræsning for at sletbearbejde komponenten. Den sekundære proces sker snarere for at opfylde krav til overfladeintegriteten ved at reducere problemer som det hvide lag, end af hensyn til dimensionsnøjagtigheden, bortset fra når der arbejdes med huller med snævre tolerancer.
Set ud fra et samlet omkostningsperspektiv er den sekundære proces endnu dyrere end at bevare de lave skæredata, hvilket er en anden måde at sikre overfladeintegriteten på. Derfor ønskede Sandvik Coromants kunde at undersøge, om processen kunne elimineres helt. En leverandør med et produkt, der fremstiller et passende hul med de rette dimensioner uden sekundære processer, står i en stærk forretningsmæssig position til at kunne reducere omkostningerne pr. komponent betydeligt.
Undersøgelsen af årsager til og mulige løsninger på det hvide lag omfattede fire test med boring i et nikkelkrommateriale med høj styrke, Inconel 718, der er populær i aerospace-industrien. Det var første gang kunden foretog en sådan undersøgelse.
Testene vurderede boring med to solide hårdmetalbor fra Sandvik Coromant, CoroDrill® R840 og CoroDrill® R846. De blev begge testet med to forskellige sæt skæreparametre: hhv. 58 mm/min. og 98 mm/min. og en omdrejningshastighed på hhv. 829 o./min. og 757 o./min. Skærekraft og momentdata blev målt gennem hele testen, lige som det hvide lags tykkelse.
Efter at disse test blev gennemført, er CoroDrill R840 blevet erstattet af CoroDrill® 860 med -GM geometri, og CoroDrill R846 er blevet erstattet af CoroDrill® 860 med -SM geometri. Begge disse værktøjer af næste generation er designet til at forbedre værktøjslevetiden yderligere uden at gå på kompromis med hulkvaliteten.
Resultaterne gav værdifulde indblik i, hvad det hvide lags tykkelse skyldes. Det skal især bemærkes, at CoroDrill R846 genererede et mindre hvidt lag takket være konstruktionen af borets buede og radiale skærkanter. I mellemtiden menes det, at de lige skær og fasen på CoroDrill R840's skærkant er forbundet med de højere skærekræfter, det større moment og det hvide lags tykkelse. Det er altså borets design, der bestemmer, om man kan opnå høj hulkvalitet med et mindre hvidt lag uden at gå på kompromis med skæredataene.
Den internationale aerospace-producents test i samarbejde med Sandvik Coromant afslører ikke kun noget om det hvide lag, virksomheden har også kunnet eliminere nogle sekundære processer, som oprivning og dykfræsning, og det har givet både tids- og omkostningsmæssige fordele. Resultaterne har desuden også valideret designet på Sandvik Coromants CoroDrill 860-serie af hårdmetalbor.

Bedre design

Sortimentet omfatter ovennævnte CoroDrill 860 med -GM geometri, der er designet til at være et godt universalbor til ISO P-, M-, K- og H-materialer i alle industrisektorer. CoroDrill 860 med -SM geometri er optimeret til bearbejdning af ISO S-kvaliteter som varmebestandige superlegeringer (HRSA), titan og Inconel. Sidstnævnte bor har vist sig især at være populær i luftfartssektoren.
Med CoroDrill 860 med -GM geometri og CoroDrill 860 med -SM geometri har Sandvik Coromants teknikere arbejdet ud fra den tanke, at længere værktøjslevetid og bedre hulkvalitet skyldes borets design. CoroDrill 860 med -GM geometri har et innovativt design med polerede spånkanaler, der forbedrer spånafgangen og giver høj kernestyrke og lavere skærekræfter ved boring.
CoroDrill 860 med -SM geometri har derimod en ny kvalitet og en optimeret og forfinet spidsgeometri, det giver endnu bedre værktøjslevetid ved bearbejdning af HRSA-materialer, der er vanskelige at bearbejde. Det giver bedre hulkvalitet.

Med CoroDrill 860 med -SM geometri opnås længere værktøjslevetid og bedre hulkvalitet takket være borets design.

CoroDrill 860 er allerede blevet gennemprøvet i mange brancher ved markedstest før lanceringen. En virksomhed i maskinindustrien i Frankrig anvendte CoroDrill 860 med -GM geometri til bearbejdning af AISI 4140 konstruktionsstål. De opnåede hulfremstilling af høj kvalitet med både en konkav og konveks indføring af boret, med god rethed og god tolerance. Virksomheden er derefter indgået i et nyt forretningssamarbejde med Sandvik Coromant.
En af Sandvik Coromants andre kunder, en italiensk producent inden for generel maskinteknik, opnåede en produktionsstigning på over 45% ved at bruge CoroDrill 860 med -GM geometri til bearbejdning af stållegeringen 34CrNiMo6 i stedet for et bor af konkurrerende mærke. Samtidig opnåede de en 100% længere værktøjslevetid. Andre steder har CoroDrill 860 med -SM geometri givet imponerende resultater i bearbejdningen af Inconel 718. Ikke mindst ved test, der er gennemført i Katowice i Polen, hvor man kunne opnå 180 % længere værktøjslevetid med CoroDrill 860 med -SM geometri sammenlignet med CoroDrill R840.
Uanset hvilken sektor, der er tale om, aerospace-industrien, generel maskinteknik eller andre områder, kan der opnås stor værktøjs-performance, hvis boret er designet korrekt til det pågældende formål. I dag kan online-værktøjer som Sandvik Coromants CoroPlus® Tool Guide desuden give yderligere hjælp. Ved at åbne appen i en webbrowser og indtaste det ønskede emnemateriale, huldiameter og -dybde kan brugeren finde det bedst egnede solide runde værktøj og skæredata, der opfylder deres behov.
Mens boring med mantraet "mål to gange og bearbejd en gang" endnu ikke er opnået, er den performance, CoroDrill 860 med -GM geometri og CoroDrill 860 med -SM geometri har, med til at få producenterne til at genoverveje, hvordan de fremstiller huller.