Enemmän tuotannon humua, vähemmän hukkaa: Uusilla kovametalliterillä kestävämpää ja tuottavampaa teräksen sorvausta

Kanadalaisen yrityksen OpenTextin hiljattaisen tutkimuksen mukaan 92 % konepajayrityksistä pitää yritysvastuuta tärkeänä tekijänä maineelleen. Vaikka teräksen sorvaus on vääjäämättä hukkaa synnyttävä prosessi, yritykset voivat parantaa toimintansa vastuullisuutta vaarantamatta prosessivarmuutta – jopa nykyisessä COVID-19-taudin aiheuttamassa haasteellisessa tilanteessa. Johtavan lastuavien työkalujen valmistajan Sandvik Coromantin tuotepäällikkö Rolf Olofsson kertoo erilaisesta lähestymistavasta teräksen sorvaukseen.

YK:n 17:n kestävän kehityksen tavoitteen mukaan konepajayritysten odotetaan minimoivan ympäristövaikutuksensa muutoinkin kuin energiankäyttöä optimoimalla. Vaikka yritykset pitävät yritysvastuuta tärkeänä, Sandvik Coromant arvioi, että materiaalihukan osuus niiden koneistusprosesseissa on 10–30 prosenttia, ja tyypillisesti koneistustehokkuus jää alle 50 prosentin, kun mukaan lasketaan sekä suunnittelu- että koneistusvaiheet.

Mitä yritykset voivat sitten tehdä? YK:n tavoitteissa suositellaan kahta lähestymistapaa, joissa otetaan huomioon esimerkiksi väestönkasvu, resurssien rajallisuus ja lineaaritalous. Ensinnäkin haasteisiin tulee puuttua teknologian avulla. Kyberfyysiset järjestelmät, big data, esineiden internet ja muut teollisuus 4.0:n mukaiset konseptit mainitaan usein tapana vähentää hukkaa konepajoissa.

Tosi asiassa kuitenkin useimmat konepajat eivät vielä hyödynnä uusia, digitaalisia koneita teräksen sorvauksessa. Useimmat yritykset tietävät kyllä oikean terälaadun merkityksen teräksen sorvauksen tehokkuudelle ja tuottavuudelle, kokonaissuorituskyvylle ja terän kestoiälle. Monella yrityksellä pyrkimykset jäävät kuitenkin puolitiehen, koska niissä ei oteta huomioon työkaluratkaisua kokonaisuutena, johon kuuluvat edistykselliset terät, pitimet sekä helposti käyttöön otettavat digiratkaisut. Kukin näistä osa-alueista voi parantaa teräksen sorvauksen vastuullisuutta vähentämällä energian kulutusta ja minimoimalla hukan.
 

Pienemmät lastuamisnopeudet

Teräksen sorvaukseen liittyy useita haasteita: teräsärmää kohden tulisi saada enemmän työkappaleita, samoin tulisi kasvattaa lastuvirtoja, lyhentää jaksoaikoja, optimoida työkalujen määrä ja tietenkin minimoida materiaalihukka.
Entä jos olisi keino vastata kaikkiin näihin haasteisiin ja lisätä samalla toiminnan vastuullisuutta? Yksi tapa vähentää ener­gian­kulutusta on alentaa lastuamisnopeuksia. Tuottavuuden säilyttämiseksi voidaan tällöin kasvattaa syöttöä ja lastuamissyvyyttä. Energian säästymisen lisäksi terän kestoikä pitenee. Sandvik Coromant on todennut, että jos teräksen sorvauksessa terän keskimääräistä kestoikää saadaan lisättyä 25 % ja prosessi pysyy samalla luotettavana ja ennakoitavana sekä työkappaleeseen että terään liittyvä materiaalihukka minimoituu.

Oikean terälaadun valinta auttaa tavoitteen saavuttamisessa. Siksi Sandvik Coromant tuo valikoimaansa kaksi uutta ISO P -alueen kovametallilaatua, GC4415:n ja GC4425:n. GC4425:llä on hyvä kulumiskestävyys, kuumakestävyys ja sitkeys, ja laatu GC4415 täydentää sitä, kun tarvitaan vielä parempaa suorituskykyä ja kuumalujuutta.
Molempia teriä voidaan käyttää Inconelin, seostamattomien ruostumattomien ISO P -terästen ja muiden sitkeiden, erityisten haastavien materiaalien koneistuksessa. Oikea laatu auttaa koneistamaan suuria työkappalemääriä sekä massa- että erätuotannossa.

GC4425:llä päästään erittäin hyvään prosessivarmuuteen, koska särmälinja pysyy entistä paremmin ehjänä. Koska särmää kohti saadaan enemmän työkappaleita, saman kappalemäärän koneistamiseen kuluu vähemmän kovametallia. Lisäksi terien johdonmukainen ja ennakoitava suorituskyky auttaa välttämään työkappalevauriot eli työkappaleista johtuvan materiaalihukan. Molemmat hyödyt vähentävät hylkykappaleiden määrää.
Sekä GC4425:n että GC4415:n perusaine ja pinnoite on kehitetty kestämään paremmin korkeita lämpötiloja, mikä vähentää nopeaa kulumista aiheuttavia ilmiöitä eli terän särmälinja säilyy eheänä korkeammissa lämpötiloissa.
Lastuamisnesteen käyttöä tulisi myös harkita. Jos työkalussa on terän yläpuoliset ja alapuoliset nestesuuttimet, yläpuolisen suuttimen sulkeminen voi olla eduksi joissakin töissä. Lastuamisnesteen päätehtävät ovat lastunpoisto sekä terän ja työkappaleen jäähdytys ja voitelu.
Oikein käytettynä lastuamisneste takaa parhaan tuottavuuden ja parantaa prosessivarmuutta, työkalun suorituskykyä, työn laatua sekä terän kestoikää.

Katse kuoren alle

Sekä GC4425:ssä että GC4415:ssä on toisen sukupolven Inveio®-pinnoite eli kemiallisella kaasufaasimenetelmällä (CVD) valmistettu alumiinioksidipinnoite (Al2O3). Inveion rakenne paljastuu mikroskooppitarkastelussa: pinnoitteen kiderakenne on yhdensuuntainen. Toisen sukupolven Inveio-pinnoitteessa kiderakenteen yhdensuuntaisuutta on vielä saatu parannettua merkittävästi. Jokainen alumiinioksidipinnoitteen kide suuntautuu entistä paremmin kohti terän ulkopintaa ja antaa vahvan suojan särmän lastuavalle osalle.

Inveio-teknologia takaa terälle loistavan kulumiskestävyyden ja pitkän kestoiän, mikä tietenkin auttaa pienentämään kappalekohtaisia kustannuksia. Lisäksi kovametallinen perusaine on suurelta osin uusiomate­riaalia, joten nämä kaksi laatua ovat erittäin ympäristöystävällisiä.
Sandvik Coromantin asiakkaat ovat panneet laadun GC4425 todelliseen testiin varsinaista lanseerausta edeltäneissä testeissä. Eräs konepajayritys vertasi kilpailijan terää ja GC4425:tä painetelojen valmistuksessa. Prosessivaiheena oli jatkuva aksiaalinen ulkosorvaus ja väliviimeistely, ja käytetty lastuamisnopeus (vc) oli 200 m/min, syöttö (fn) 0.4 mm/r ja lastuamissyvyys (ap) 4 mm.

Terän kestoikää mitataan yleisesti koneistettujen työkappaleiden määrällä. Kilpailijan terälaadulla pystyttiin koneistamaan 12 työkappaletta ennen kuin plastinen muodonmuutos kulutti terän loppuun, kun taas Sandvik Coromantin terällä koneistettiin luotettavasti ja ennakoitavasti 18 työkappaletta eli 50 prosenttia enemmän.
Esimerkki osoittaa, millaisia hyötyjä voidaan saavuttaa valitsemalla työhön juuri oikeat työkalut ja parametrit ja miten Sandvik Coromantin kaltaisen luotettavan kumppanin suositukset ensisijaisista työkaluista ja lastuamisarvoista voivat auttaa takamaan prosessivarmuuden ja vähentämään oikeiden työkalujen määrittämiseen kuluvaa aikaa. Verkkotyökalut, kuten Sandvik Coromantin CoroPlus® Tool Guide, ovat myös osoittautuneet suosituiksi apuvälineiksi parhaan sorvausterän ja -laadun valinnassa.
 

Täysi kierto

Sitten päästäänkin YK:n toiseen suositukseen vastuullisemmista työkaluista: osa ratkaisua on siirtyminen kiertotalouteen, jossa jätetuotteet nähdään raaka-aineena, jotka palautetaan resurssineutraaliin kiertoon. On yhä selvempää, että kiertotalous on hyväksi sekä ympäristölle että yritysten kannattavuudelle.
Kovametallityökalujen kierrätys on osa kiertotaloutta – kaikki voittavat, kun loppuun käytetyt työkalut eivät joudu kaatopaikalle. GC4415 ja GC4425 sisältävät runsaasti kierrätettyä kovametallia. Uusien työkalujen valmistus kierrätetystä kovametallista vaatii 70 prosenttia vähemmän energiaa kuin primääriraaka-aineen käyttö, ja hiilidioksidipäästöt pienenevät 40 prosentilla.

Sandvik Coromantin täyskovametallin kierrätyspalvelu on kaikkien asiakkaiden käytettävissä ympäri maailmaa. Yritys ostaa asiakkailtaan kaikki täyskovametalliterät- ja työkalut valmistajasta riippumatta. Kierrätys on välttämätöntä, sillä pitkällä aikavälillä raaka-ainevarantomme ovat niukat ja rajalliset. Esimerkiksi maailman volframivarantojen arvioidaan olevan noin seitsemän miljoonaa tonnia, mikä vastaa noin sadan vuoden kulutusta. Sandvik Coromant kierrättää takaisinosto-ohjelman kautta 80 prosenttia tuottamistaan kovametallityökaluista.
Nykyisestä epävarmasta markkinatilanteesta huolimatta yritykset eivät voi unohtaa muita velvollisuuksiaan, eivät myöskään yritysvastuuta. Kokonaisvaltaisella lähestymistavalla työkalujen valintaan ja oikeilla kovametalliterillä ne voivat kuitenkin kehittää toimintansa vastuullisuutta tinkimättä prosessivarmuudesta – ja vastata siten tehokkaammin COVID-19:n luomiin haasteisiin.