Slik møter tradisjonelle HSS-verktøy dagens behov

Bruken av hurtigstålverktøy (HSS) øker jevnt over hele verden uten noen tendens til å avta. Det globale markedet for HSS-verktøy forventes å vokse til over 10 milliarder dollar innen 2020 (Kilde: Global Industry Analysts).

A553 i arbeid hos Larssons Mekaniska Verkstad, Bjärred
A553 i arbeid hos Larssons Mekaniska Verkstad, Bjärred
Publisert

Dette er en betydelig sum, særlig med tanke på at verdensmarkedet for skjærende verktøy er beregnet til rundt 18,5 milliarder dollar. Økningen skyldes en stadig økende etterspørsel fra viktige sektorer som bilindustrien, bygg, elektrisk og annen tung industri.

Et populært alternativ

Til tross for den økende konkurransen fra hardmetallene fortsetter høyhastighetsstålet å være populær blant produsentene på grunn av sin høye slitestyrke kombinert med utmerket seighet.

HSS-verktøy er best egnet for masseproduksjon der forventet levetid, allsidighet, produktivitet og eierkostnad er det viktigste for brukeren. Derfor spiller de fortsatt en viktig rolle i effektiv og pålitelig bearbeiding av mange komponenter. Det faktum at produktkvalitet og kostnadseffektivitet møter kundens behov, viser at det øker attraktiviteten i dagens globale økonomiske klima.

For å møte behovet for høyhastighetsstål fra verdensmarkedet har verktøyprodusenter lagt ned betydelige ressurser i dette segmentet. Disse inkluderer investeringer, ikke bare i nye verktøy, men også i forskning og utvikling.

Dette har ført til at høyhastighetsverktøy er mer pålitelige, med færre ulemper, lavere produksjonskostnader og kortere produksjonstider. Utviklingen av forbedrede substrat, eksempelvis pulverstål og nye belegg har også bidratt sterkt til forbedret ytelse av verktøyene. I Dormers produktprogram finnes fire forskjellige typer materialer er tilgjengelige, nemlig hurtigstål (HSS), koboltstål (HSS-E), hurtigstål/hardmetall (HSS-HM) og pulverstålstål (HSS-E PM). Disse materialene brukes til våre bor, brotsjer, forsenkere, gjengetapper og freser.

Dormers Shark Line HSS-E-PM- gjengetapper.
Dormers Shark Line HSS-E-PM- gjengetapper.

Sammensetning av HSS

Et typisk hurtigstål inneholder krom (4%), wolfram (ca. 6%), molybden (opptil 10%), vanadium (ca. 2%), kobolt (opptil 9%) og karbon (1%). Variasjonene i komponentene gir materialet litt forskjellige egenskaper.

Krom øker herdbarheten og forhindrer flagging. Tungsten gir forbedret skjæreevne og hjelper stålet til å opprettholde hardheten ved å øke varmebestandigheten.

Molybden - et biprodukt av kobber- og wolframproduksjon - forbedrer også skjæreeffektivitet, hardhet og varmebestandighet. Vanadium, som forekommer i mange mineraler, danner svært harde karbider som gir god motstand mot slitasje ved høye temperaturer, øker styrken og bidrar til å opprettholde materialets hardhet.

Kobolt forbedrer varmebestandighet, opprettholder hardhet og øker varmeledningsevnen litt. Et tillegg på fem prosent kobolt til bor og åtte prosent for feste til pinnefreser er vanlig. Et eksempel er at koboltlegerte freser brukes i spesielle applikasjoner som krever varmebestandighet og styrke.

Karbon øker slitestyrken og står for den grunnleggende hardheten (ca. 62-65 HRc).

Fordeler

HSS-verktøyet kan tåle vibrasjon uavhengig av maskintype, selv om maskinstabiliteten har forverret seg over tid og/eller der innspenningen av emnet er svak. Materialet er mer tilgivende mot slag mot eksempelvis fresens tenner og er ufølsom for uregelmessig kjølevæskestrøm. Høyhastighetsstål lar deg også produsere ekstremt skarpe egger. Det gjør det lettere å behandle seige materialer og forårsaker mindre deformasjonsherding i austenittisk rustfritt stål og nikkellegeringer, og gir bedre overflatekvalitet og toleransnøyaktighet på emnet. Etter hvert som materialet skjæres istedenfor å slites bort, øker forventet levetid takket være at temperaturen i eggen holdes lav. I tillegg reduseres skjærekreftene, noe som betyr lavere effektbehov. Fra levetidsperspektiv klarer HSS-verktøy periodiske inngrep veldig godt. Men de er mye mer begrenset når det gjelder skjærehastighet sammenliknet med hardmetallverktøy.

Thomas Lundqvist og Gunnar Wistrand fra Larssons Mekaniska Verkstad.
Thomas Lundqvist og Gunnar Wistrand fra Larssons Mekaniska Verkstad.

Belegg og substrat

HSS har lenge vært et etablert verktøymateriale, men det betyr ikke at det ikke har vært gjenstand for kontinuerlig utvikling og forbedring siden det ble introdusert på slutten av 1800-tallet. Dormer Pramets ulike HSS-materialer for eksempel, er alt annet enn umoderne. Selskapet har investert i pulvermetallurgi for å tilby enda bedre materialer.

HSS-E som pulverstål inneholder en større mengde legeringsmaterialer som gir materialet unike egenskaper som høyere seighet, slitestyrke og hardhet. Bruken av HSS-E-PM forlenger levetiden og gjør den mer forutsigbar. Materialet klarer også høyere skjærehastigheter og mating og reduserer risikoen for fliseproblemer.

De siste produktene der pulverstålteknologi har kommet til bruk er Dormers Shark Line-tapper. De er laget av et HSS-E-PM-stål, spesielt utviklet for tapper. De har høyere seighet, mer pålitelige egenskaper og overlegen slipbarhet sammenlignet med konvensjonelle høyhastighetsstål. Funksjoner som gjør at tappene har en lengre og mer forutsigbar levetid.

HSS-E og HSS-E-PM er også godt egnet for å belegge med en rekke ulike beleggtyper, f.eks. titannitrid (TiN), titanaluminiumnitrid (TiAlN), titankarbonnitrid (TiCN) og forskjellige flerlagsbelegg.

Belegg øker forventet levetid betydelig og forbedrer HSS-verktøyets ytelse i applikasjoner som krever høy produktivitet, skjærehastighet og mating, og i tørre applikasjoner i krevende materialer.

Beleggene gir en svært hard overflate som motstår slitasje, de har lav friksjon som letter spondannelsen, reduserer skjærekreftene og varmeutviklingen, motstår sporslitasje og forbedrer overflaten på emnet. For eksempel er TiAlN-belagte HSS-E-verktøy godt egnet for bearbeiding av støpejern, og har høy varmebestandighet, mens TiAlN-belagte HSS-E-PM-verktøy er godt egnet for bearbeiding av titan- og nikkellegeringer.

Oppsummering

På et tidspunkt da brukerne krever pålitelige, allsidige verktøy til en konkurransedyktig pris, er hurtigstålverktøy fortsatt det ideelle valget for en rekke bruksområder. Hurtigstålverktøyene beholder dermed fortsatt sin gitte markedsposisjon overfor nyere og mer teknisk avanserte materialer.

Hurtigstålet har, gjennom de årene det har eksistert, hele tiden blitt forbedret ved å bli tilpasset med nye belegg, endrede sammensetninger og ny produksjonsteknologi, som alle bidrar til at det beholder sin posisjon som et viktig materiale i skjæreverktøyindustrien.

Konkurransen har alltid vært stor i skjæreverktøyindustrien og hurtigstålverktøy er fortsatt en nøkkelgruppe som tilbyr kunder det som alltid har vært svært ettertraktet; valgfrihet.

Kundeeksempel

Et praktisk brukereksempel fra virkeligheten er Dormers koboltlegerte (HSS-E) ADX-bor, A553, som har blitt et nøkkelprodukt hos en svensk produsent.

Larssons Mekaniska Verkstad, grunnlagt i 1951, produserer metallprodukter og sammenstiller detaljer for en rekke andre næringer. Spesielt en jobb involverte boring av tusenvis av hull i ruller laget av rustfritt stål 2346- og 2333-stål for pakkemaskiner.

Et 12,0 mm A553 bor - med TiAlN toppbelegg og intern kjøling - brukes til å borre tusenvis, opptil 70 mm dype hull, tilsvarende en borelengde på 70-75 meter per bor.

- For Larssons er HSS å foretrekke, sier CNC-operatør Gunnar Wistrand, og fortsetter:

- Boret kan bøye noe i motsetning til hardmetallboret, som går rett av og er derfor mer tilgivende hvis noe skjer. En annen sikkerhetsfordel med A553 er at vi kan kjøre maskinen ubemannet uten fare for havari.

Derfor veier fordelene seg klart mye tyngre enn ulempene. Når vi bruker A553, tar det 30 sekunder ekstra per rull, men prosessen er mer forutsigbar og omstillingstiden er betydelig redusert. Korte serier med mange skift betyr også at bearbeidingstiden er mindre viktig sammenliknet med å opprette en sikker bearbeidingsprosess med korte omstillingstider. Med optimalisert prosess og valg av verktøy, kan jeg kanskje tjene 30 sekunder på hver rull som produseres, men med en vesentlig mer usikker prosess. Og det er det ikke verdt hvis du må stå times vis for å bytte ting når det har gått galt, sier Gunnar Wistrand.

For mer informasjon se: www.dormerpramet.com