Eri materiaalien jyrsinnän perusteet

Teräksen jyrsintä

Eri teräslajien lastuttavuus poikkeaa toisistaan riippuen seosaineista, lämpökäsittelystä ja valmistusprosessista (taonta, valu jne.).

Pehmeiden, niukkahiilisten terästen koneistuksessa pääongelmia ovat irtosärmän ja jäysteen muodostuminen työkappaleen pinnalle. Kovien terästen koneistuksessa oleellisempaa on jyrsimen paikoitus niin, että vältetään teräsärmien murtumat.

Suositukset

Noudata teräksen jyrsinnässä aina suosituksiamme koskien esimerkiksi jyrsimen paikoitusta suuren lastunpaksuuden välttämiseksi terien ulostulossa sekä lastuamisnesteen välttämistä varsinkin rouhinnassa.

Lue lisää teräsmateriaaleista

Ruostumattoman teräksen jyrsintä

Ruostumattomat teräkset voidaan jakaa ferriittisiin, martensiittisiin ja austeniittisiin teräksiin sekä austeniittis-ferriittisiin duplex-teräksiin, joista kullakin on omat suosituksensa jyrsinnässä.

Ferriittisen/martensiittisen ruostumattoman teräksen jyrsintä

Materiaaliluokitus: P5.x

Ferriittisten ruostumattomien terästen lastuttavuus on verrattavissa niukkaseosteisiin teräksiin, joten niihin voidaan soveltaa hiiliteräksen jyrsinnästä annettuja suosituksia.

Martensiittinen ruostumaton teräs pyrkii työstökarkenemaan, ja terään kohdistuu lastuamistapahtuman alussa erittäin suuret lastuamisvoimat. Parhaat tulokset saadaan käyttämällä oikeaa työstörataa ja kaarevaa lähestymistä. Iso lastuamisnopeus, v_c, ehkäisee puolestaan työstökarkenemista. Iso lastuamisnopeus ja sitkeä terälaatu vahvistetuilla särmillä parantavat koneistuksen varmuutta.

Austeniittisten ja duplex-terästen jyrsintä

Materiaaliluokitus: M1.x, M2.x ja M3.x

Austeniittisten ruostumattomien terästen ja duplex-lajien jyrsinnässä hallitsevia kulumiskriteerejä ovat lämpösäröilystä johtuvat särmämurtumat, lovikuluminen ja irtosärmän muodostus/kuoriutuminen. Työkappaleen laadun kannalta pääongelmia ovat jäysteenmuodostus ja huono pinnankarheus.

Lämpösäröjä

Särmämurtumia

Jäysteenmuodostusta, huono pinnankarheus

Suositukset rouhintaan

• Käytä irtosärmän muodostuksen välttämiseksi suurta lastuamisnopeutta (v_c = 150–250 m/min [492–820 ft/min])
• Rouhi ilman lastuamisnestettä, jotta terien lämpösäröily jää mahdollisimman vähäiseksi

Suositukset viimeistelyyn

• Viimeistelyssä tarvitaan joskus pinnankarheuden parantamiseksi lastuamisnestettä – suositeltavin tapa on sumu-/minimivoitelu. Lämpösäröilyä esiintyy vähemmän, koska teräsärmien kuumeneminen on vähäisempää
• Cermet-laadulla voidaan saada riittävä pinnankarheus ilman lastuamisnestettä
• Liian pieni syöttö, f_z, voi nopeuttaa terien kulumista, koska terät lastuavat kappaleen työstökarennutta osaa.

Lue lisää ruostumattomista teräksistä

Valuraudan jyrsintä

Valurautoja on viittä päätyyppiä:

• Harmaa valurauta (GCI)
• Pallografiittivalurauta (NCI)
• Adusoitu valurauta (MCI)
• Tylppägrafiittivalurauta (CGI)
• Austemperoitu pallografiittivalurauta (ADI)

Harmaa valurauta

Materiaaliluokitus: K2.x

Harmaan valuraudan jyrsinnässä hallitsevia kulumiskriteerejä ovat abrasiivinen viistekuluminen ja lämpösäröily. Työkappaleen laadun kannalta pääongelmia ovat reunamurtumat jyrsimen ulostulopuolella ja huono pinnankarheus.

Tyypillinen kuluma

Kappaleen reunamurtuma

Suositukset rouhintaan

• Rouhi mieluiten ilman lastuamisnestettä, jotta terien lämpösäröily jää mahdollisimman vähäiseksi. Käytä paksulti pinnoitettuja kovametalliteriä
• Jos työkappaleen reunamurtumat tulevat ongelmallisiksi: Tarkista terien viistekuluminenPienennä syöttöä, fz, jolloin lastunpaksuus pieneneeKäytä positiivisempaa geometriaaKäytä mieluiten 65-/60-/45-asteen jyrsintä
• Jos lastuamisnestettä tarvitaan pölyn tms. välttämiseksi, käytä märkäjyrsintään tarkoitettuja laatuja
• Ensisijainen valinta on aina pinnoitettu kovametalli, mutta myös keraamit tulevat kyseeseen Lastuamisnopeuden, v_c, tulisi olla erittäin korkea, 800–1000 m/min (2624–3281 ft/min). Jäysteen muodostuminen työkappaleeseen rajoittaa nopeutta. Älä käytä lastuamisnestettä

Suositukset viimeistelyyn

• Käytä ohuelti pinnoitettuja kovametallilaatuja tai vaihtoehtoisesti pinnoittamatonta kovametallia
• CBN-laadut käyvät viimeistelyyn suurilla lastuamisnopeuksilla. Älä käytä lastuamisnestettä

Pallografiittivalurauta

Materiaaliluokitus: K3.x

Ferriittinen ja ferriittis-perliittinen pallografiittirauta muistuttaa lastuttavuudeltaan erittäin paljon niukkaseosteista terästä. Jyrsinten ja terägeometrioiden ja -laatujen valinnassa tulee siis soveltaa samoja suosituksia kuin terästen jyrsinnässä.

Perliittiset lajit ovat abrasiivisempia, joten niihin suositellaan valuraudalle tarkoitettuja terälaatuja.

PVD-pinnoitetut laadut ja lastuamisnesteen käyttö takaavat koneistuksen tehokkuuden.

Tylppägrafiittivalurauta (CGI)

Materiaaliluokitus: K4.x

Perliittipitoisuus alle 90 %

Nämä lajit, joiden perliittipitoisuus on usein noin 80 %, ovat yleisimmin jyrsittäviä tylppägrafiittirautoja. Tyypillisiä työkappaleita ovat moottoreiden sylinterilohkot ja -kannet ja pakosarjat.

Jyrsinsuositukset ovat samat kuin harmaalle valuraudalle, mutta terägeometrian tulee olla terävämpi ja positiivisempi, jotta jäysteenmuodostus jää mahdollisimman vähäiseksi.

Koneistettaessa sylintereitä tylppägrafiittiraudasta ympyräinterpolaatio voi olla erittäin hyvä vaihtoehto tavanomaiselle avarrukselle.

Austemperoitu pallografiittivalurauta (ADI)

Materiaaliluokitus: K5.x

Rouhinta suoritetaan yleensä ennen lämpökäsittelyä; työ on verrattavissa runsasseosteisen teräksen jyrsintään.

Viimeistely tehdään kuitenkin lämpökäsittelyn jälkeen, jolloin aine on erittäin abrasiivista ja verrattavissa karkaistuun teräkseen, ISO H. Suositeltavimpia ovat abrasiivista kulumista hyvin kestävät laadut.

Terien kestoikä ADI-raudan jyrsinnässä on pallografiittirautaan verrattuna noin 40 % lyhyempi ja lastuamisvoimat ovat noin 40 % suuremmat.

Lue lisää valuradoista

Ei-rautamateriaalien jyrsintä

Ei-rautamateriaaleihin kuuluu alumiinin lisäksi myös magnesium-, kupari- ja sinkkipohjaisia metalliseoksia. Niiden lastuttavuus vaihtelee riippuen lähinnä piipitoisuudesta (Si). Yleisimmät lajit ovat hypoeutektisia, jolloin Si-pitoisuus on alle 13 %.

Alumiini, Si-pitoisuus alle 13 %

Materiaaliluokitus: N1.1-3

Tärkeimpiä kulumiskriteerejä ovat irtosärmänmuodostus/lastujen hitsautuminen teriin, mikä johtaa jäysteenmuodostukseen ja huonoon pinnankarheuteen. Tehokas lastunmuodostus ja -poisto ovat kriittisen tärkeitä, jotta kappaleen pintaan ei jää naarmuja.

Suositukset

PCD-kärkinen terä

• Terävät PCD-kärkiset terät, joissa on kiillotettu särmä, takaavat tehokkaan lastunmurron, ja irtosärmän muodostus on vähäistä
• Valitse teräväsärmäinen, positiivinen terägeometria
• Päinvastoin kuin yleensä jyrsinnässä, alumiinia jyrsittäessä tulee aina käyttää lastuamisnestettä, jotta vältetään aineen hitsautuminen teriin ja parannetaan pinnankarheutta Si-pitoisuus < 8 %: konsentraatio 5 % Si-pitoisuus 8–12 %: konsentraatio 10 %Si-pitoisuus > 12 %: konsentraatio 15 %
• Suuri lastuamisnopeus yleensä parantaa tuloksia huonontamatta terien kestoikää
• h_ex-arvoksi suositellaan 0.10–0.20 mm (0.0039–0.0079 in). Liian pieni lastunpaksuus voi aiheuttaa irtosärmän muodostusta

Varoitus: Varmista, ettei jyrsimen maksimikierrosluku ylity!

• Isoilla pöytäsyötöillä tulisi aina käyttää mittavirheiden välttämiseksi koneen ohjauksen ennakointitoimintoa
• Irtosärmän muodostus tai huono pinnankarheus huonontavat aina myös terien kestoikää. Pelkkä kuluneisuus on riittämätön terien vaihtokriteeri

Lue lisää ei-rautamateriaaleista

Kuumalujien superseosten (HRSA) jyrsintä

Kuumalujat superseokset jaetaan kolmeen ryhmään: nikkelipohjaiset, rautapohjaiset ja kobolttipohjaiset seokset. Titaania käytetään puhtaana ja seoksina. Sekä superseosten että titaanien lastuttavuus on huono; varsinkin vanhennetussa tilassa niiden lastuaminen asettaa työkalulle erityisiä vaatimuksia.

Kuumalujat superseokset ja titaaniseokset

Superseosten ja titaanin jyrsintä vaatii yleensä koneelta hyvää tukevuutta, isoa tehoa ja hyvää vääntöä pienillä kierrosluvuilla. Yleisimpiä terien kulumismuotoja ovat lovikuluminen ja särmien murtumat. Lastuamisnopeutta rajoittaa korkea kuumuus.

Suositukset

Käytä lovikulumisen minimoimiseksi pyöreitä teriä

• Käytä aina kun mahdollista pyöreäteräisiä jyrsimiä, jotta lastut saadaan ohuiksi
• Alle 5 mm:n (0.197 in) lastuamissyvyyksillä tulee käyttää alle 45°:n asetuskulmaa. Käytännössä suositeltavin ratkaisu on pyöreä terä, jossa on positiivinen rintakulma
• Jyrsimen pitää olla tarkka sekä radiaali- että aksiaalisuunnassa, jotta terille saadaan tasainen kuormitus ja lastuaminen juohevaksi ja voidaan siten välttää terien ennenaikainen pettäminen
• Terägeometrian tulee aina olla positiivinen ja särmäpyöristyksen ko. työhön optimoitu, jotta lastut eivät tartu teriin niiden irrotessa kappaleesta
• Tehollisesti lastuavien terien lukumäärän tulee olla mahdollisimman suuri, jotta koneistuksen tuottavuus saadaan hyväksi. Tämä edellyttää hyvää tukevuutta. Käytä erittäin tiheää teräjakoa.

= terien kestoikä

= kestoiän lyheneminen lastuamisarvon kasvaessa

Eri lastuamisarvojen muutokset vaikuttavat vaihtelevasti terien kestoikään: lastuamisnopeus, v_c, vaikuttaa eniten, seuraavana lastuamisleveys, a_e, jne.

Lastuamis-/jäähdytysneste

Toisin kuin useimmissa muissa aineissa, lastunpoiston tehostamiseksi, teräsärmän lämpötilan kontrolloimiseksi ja lastujen uudelleenleikkautumisen estämiseksi superseoksia ja titaania tulisi aina jyrsiä märkänä. Karan/työkalun läpi syötetty korkeapaineinen neste (70 bar [1015 psi]) on aina parempi ratkaisu kuin ulkopuolinen nesteensyöttö pienellä paineella.

Poikkeus: Lastuamisnestettä ei lämpöshokkien takia pidä käyttää jyrsittäessä keraamiterillä.

Kovametalliterille sopii hyvin lastuamisnesteen syöttö jyrsimen läpi

Terien/jyrsimen kuluminen

Terärikkojen ja huonon pinnankarheuden yleisimpiä syitä ovat lovikuluminen, liiallinen viistekuluminen ja teräsärmän murtumat.

Paras tapa välttää ikävät yllätykset on kääntää terät säännöllisesti. Suurin sallittu teräsärmän viistekuluma on 0.2 mm (0.0078 in), kun jyrsimen asetuskulma on 90°, ja 0.3 mm (0.0118 in) pyöreäteräisissä jyrsimissä.

Tyypillinen kuluma

Keraamiteräinen jyrsin superseosten rouhintaan

Keraamiterillä jyrsitään yleensä 20–30 suuremmilla lastuamisnopeuksilla kuin kovametalliterillä. Vaikka syötöt ovat pienempiä (~0,1 mm/z [0.0039 in/z]), tuottavuus on erittäin hyvä. Koska jyrsintä on luonteeltaan hakkaavaa lastuamista, lämpötilat eivät kasva yhtä korkeiksi kuin sorvauksessa. Tästä syystä jyrsinnässä lastuamisnopeus voi olla 700–1000 m/min (2297–3280 ft/min) (sorvauksessa vain 200–300 m/min [656–984 ft/min]).

Suositukset

• Suosi pyöreitä teriä – asetuskulma pysyy pienenä ja lovikuluminen vähenee
• Älä käytä lastuamisnestettä
• Älä käytä keraamiteriä titaanin koneistukseen
• Keraamit huonontavat koneistettua pintaa ja muototarkkuutta, joten niitä ei käytetä, jos työvara on pieni
• Koneistettaessa superseoksia keraamiterillä suurin sallittu viistekuluma on 0.6 mm (0.024 in)

Lue lisää superseoksista ja titaanista

Karkaistujen terästen jyrsintä

Ryhmä sisältää karkaistuja ja nuorrutettuja teräksiä, joiden kovuus on > 45–65 HRC.

Tyypillisiä jyrsittäviä työkappaleita ovat:

• Puristusmuottien työkaluteräksiset aktiiviosat
• Muovimuotit
• Takomuotit
• Painevalumuotit
• Polttoainepumput

Yleisimpiä ongelmia ovat terän abrasiivinen viistekuluminen ja työkappaleen säröily.

Suositukset

• Valitse teräväsärmäinen, positiivinen terägeometria. Tämä pienentää lastuamisvoimia ja pehmentää lastuamista
• Koneista kuivana, vältä lastuamisnesteen käyttöä
• Trokoidijyrsintä on hyvä menetelmä; sillä saadaan suuri pöytäsyöttö ja pienet lastuamisvoimat, jolloin teräsärmän ja työkappaleen lämpötila jää alhaiseksi. Etuina ovat hyvä tuottavuus, pitkä terien kestoikä ja mittatarkat kappaleet
• Tasojyrsintään sopii myös strategia ”kevyesti, mutta kovaa”, ts. pieni lastuamissyvyys (sekä a_e että a_p). Käytä erittäin tiheää teräjakoa ja suhteellisen suurta lastuamisnopeutta

Lue lisää karkaistuista teräksistä