Seuraava askel miehittämättömään tuotantoon – Terien kulumisen ennustaminen parantaa prosessivarmuutta ja vähentää hylkyä teräksen sorvauksessa

Kiinalaisen Beihangin yliopiston tutkimus osoittaa suoran yhteyden ennakoivan kunnossapidon ja tuotteiden laadun välillä. Artikkelin julkaisi International Journal of Production Research. Mutta miten tehtaan arjessa voidaan käytännössä yhdistää prosessien ennakointia ja tuottavimpia menetelmiä supistettuihin organisaatioihin tai miehittämättömään tuotantoon? Johtavan lastuavien työkalujen valmistajan Sandvik Coromantin tuotepäällikkö Rolf Olofsson kertoo, miten oikeilla työkaluilla ja varmoilla prosesseilla päästään hyvään laatuun.

Beihangin yliopiston tutkimus korostaa kunnossapitostrategian, tuotannonsuunnittelun ja laadun vahvaa keskinäistä yhteyttä. Sandvik Coromantin kokemuksen mukaan erilaisten prosessien seurantajärjestelmien yhdistäminen moderneihin CNC-työstökoneisiin on kasvava trendi. Pricewaterhouse Coopersin (PwC) tuore raportti Digital Factories 2020 suosittelee yrityksille ennakoivan analytiikan ja koneoppimisen hyödyntämistä vertailtavien valintojen pohjaksi. 98 % raporttia varten haastatelluista valmistajista aikoo tehostaa toimintaansa ennakoivan kunnossapidon avulla. Markets and Markets ennustaa tuotannon seurantaratkaisujen maailmanmarkkinoiden kasvavan 4.0 miljardista dollarista (2018) 6.4 miljardiin dollariin vuoteen 2023 mennessä. Tämä merkitsee 9,8 %:n vuosikasvua.

Näiden trendien mukaisesti tuotannon ennakoitavuus on noussut yhä merkittävämmäksi tekijäksi myös teräksen sorvauksessa. Samanaikaisesti yritykset ovat joutuneet miettimään fyysistä läsnäoloa edellyttävän valvonnan karsimista myös koronavarotoimien takia. On selvää, että miehittämätön tuotanto on tulevaisuuden ratkaisu – mutta se ei ole mahdollista ilman toimivaa terän kulumisen seurantaa, jolla vältetään ennakoimattomat terärikot.

Käsin koskematta

Yleisiä nykyaikaisen konepajan aikavarkaita ovat tiheät teränvaihdot, muut tuotantokatkokset sekä tiettyyn työhön tai materiaaliin sopivan terän etsiskely.
Monenlaiset tekijät voivat estää tuottavuustavoitteiden toteutumisen teräksen koneistuksessa. Yksi tärkeimpiä on terien kulumiskestävyys. Tämä pätee etenkin ISO P15 ja P25-käyttöalueen töihin. Käyttöalueet ISO P15 ja P25 viittaavat erilaisten koneistusolosuhteiden koneistusparametreille asettamiin vaatimuksiin. Olennaisia parametreja ovat lastuamisarvot, pinnankarheusvaatimus, lastuamissyvyys, onko pinta koneistettu vai koneistamaton ja onko lastuaminen jatkuvaa vai hakkaavaa.

Näissä töissä erityisesti kulumiskestävyys on elintärkeä ominaisuus, jota kovametalliteriltä vaaditaan, jotta tuotanto voisi olla osittain tai jopa kokonaan miehittämätöntä.
Mutta mitä kulumiskestävyys pohjimmiltaan tarkoittaa? Sitä on kolmen tyyppistä. Yksi ensiarvoisen tärkeä ominaisuus on murtumien kestokyky. Lisäksi teräsärmän on oltava riittävän kova, jotta se kestää plastista muodonmuutosta korkeissa lämpötiloissa. Terän pinnoitteen on estettävä viiste- ja kuoppakuluminen sekä irtosärmänmuodostus. Erittäin tärkeää on myös, että pinnoite pysyy kiinni terän perusaineessa. Jos pinnoite irtoaa, perusaine paljastuu, mikä voi johtaa nopeaan terärikkoon.

Keskeistä näiden kulumisilmiöiden välttämiseksi on rajoittaa jatkuvaa hallittua kulumista sekä estää äkillinen hallitsematon kuluminen. Tämä ei ole helppoa, kun otetaan huomioon nykyinen trendi pyrkiä rajoittamaan valvonnan tarvetta tai koneistaa jopa kokonaan miehittämättömästi. Avuksi on kuitenkin tarjolla useita teknologioita. Usein puhutaan ennakoivasta ja ennalta ehkäisevästä kunnossapidosta, jossa esimerkiksi hyödynnetään älykästä ohjelmistoa ja anturointeja, joilla pystytään ”näkemään” koneen sisälle ja saadaan suosituksia estämään terän suorituskyvyn heikkenemistä. Toisin sanoen anturoinnilla voidaan pidentää terien kestoikää, mutta entä paremmilla työkaluilla?

Eroon terärikoista

Kun haetaan parempaa terälaatua, tavoitteena on rajoittaa kulumista ja tietyissä tapauksissa estää kulumien kehittyminen kokonaan. Kulumisen ennakoitavuus on erityisen hyödyllinen ominaisuus juuri miehittämättömässä tuotannossa.
Kun kulumista pyritään minimoimaan, tärkeää on valita oikeanlainen kovametalliterä, jolla saadaan tasainen ja ennakoitava suorituskyky. Tästä syystä Sandvik Coromant on lisännyt valikoimaansa kaksi uutta terästen (ISO P) sorvaukseen suunnattua kovametallilaatua, GC4415:n ja GC4425:n, jotka kumpikin on suunniteltu kestämään entistä pidempään ja korkeampia lämpötiloja ja tarjoamaan paremmat sitkeysominaisuudet.

Molemmat laadut ovat ihanteellisia valintoja etenkin niukkaseosteisten ja seostamattomien terästen koneistukseen. Niillä pystytään koneistamaan isoja kappalemääriä ja saadaan pitkä kestoikä sekä massa- että erätuotannossa.
Sekä GC4415:ssä että GC4425:ssä – jotka on nimensä mukaan tarkoitettu P15- ja P25-käyttöalueelle – käytetään toisen sukupolven Inveio®-teknologiaa. Inveio-menetelmällä alumiinioksidipinnoitteeseen saadaan yhdensuuntainen kiderakenne, jonka ainutlaatuiset ominaisuudet paljastuvat mik­roskooppitarkastelussa.
Jokainen alumiinioksidipinnoitteen kide suuntautuu kohti terän ulkopintaa ja antaa vahvan suojan särmän lastuavalle osalle. Toisen sukupolven Inveio-pinnoitteessa kiderakenteen yhdensuuntaisuutta on saatu parannettua merkittävästi. Tämä takaa terälle entistäkin paremman kulumiskestävyyden ja pidemmän kestoiän – ja luonnollisesti auttaa pitämään terän kulumisen ennakoitavana.

Samansuuntaiset tavoitteet

GC4415 ja GC4425 ovat jo tuottaneet vaikuttavia tuloksia Sandvik Coromantin asiakkaiden käytössä. Esimerkiksi GC4425:llä saatiin eräässä testissä koneistettua 270 työkappaletta, kun kilpailijan terä kesti 150 kappaleen verran.
Toisessa testissä yhdysvaltalainen yleiskonepaja vertaili GC4415:n suorituskykyä kilpailevaan kovametalliterään. Kummallakin terällä sorvattiin ja viimeisteltiin erätuotantona kovuudeltaan 330 HB:n teräskappaleita ja teränvaihtokriteerinä oli huono pinnankarheus. Kummankin terän kanssa käytettiin lastuamisnesteenä emulsiota.

Tulokset olivat selkeät. GC4415:tä pystyttiin ajamaan huomattavasti suuremmilla lastuamisarvoilla: Lastuamisnopeus (vc) oli 280 m/min (918 ft/min), kun kilpaileva terä saavutti arvon 200 m/min (656 ft/min). Syöttö (fn) oli 0,15 mm/r (0,006 in/r) vs. kilpailijalla 0,1 mm/r (0,004 in/r).
Asiakkaan etuna oli huomattavasti pidempi terän kestoikä ja parempi tuottavuus. Inveio-teknologiaa hyödyntäen valmistetulla Sandvik Coromantin GC4415-terälaadulla saatiin kaksinkertainen määrä työkappaleita (80 kpl) ennen kuin terässä alkoi näkyä kulumisen merkkejä. Kilpailevan laadun kuluminen alkoi näkyä jo 40 kappaleen jälkeen. Tuottavuus siis parani 100 %, ja kestoikä tuplaantui.

Digitalisaatio tehostaa

Entistäkin tuottavampien GC4415- ja GC4425-terälaatujen lisäksi Sandvik Coromant tarjoaa eväitä tuotannon tehostamiseen myös kehittyneillä digitaalisilla ratkaisuillaan. Ratkaisujen taustalla on tiivistä yhteistyötä työstökonevalmistajien sekä pilvipalveluiden ja verkkopalveluiden tarjoajien kanssa. Tuloksena on digitaalinen ­CoroPlus®-alusta, joka verkottaa yhteen työkalut ja ohjelmistot.

Ohjelmisto osoittaa, kuinka ajat ovat muuttuneet. Aiemmin koneistajan työ nojasi yleensä vahvasti henkilökohtaiseen kokemukseen ja oivalluksiin prosessin parannusmahdollisuuksista ja terien kulumisesta. Tänä päivänä tuotantojohto voi hyödyntää työkalujen anturointeja prosessin säätöön ja ohjaamiseen sekä koneistuksen tuottavuuden automaattiseen ja reaaliaikaiseen seurantaan.

CoroPlus-alusta on jo osoittanut arvonsa anturoitujen työkalujen valvonnassa ja ohjaamisessa. Alusta auttaa optimoimaan prosesseja eliminoimalla alussa mainittuja tuotannon ”aikavarkaita”, minimoimalla teränvaihtojen vaatimia tuotantokatkoksia ja vähentämällä hukkaa. Tämä pätee myös kovametallisiin sorvausteriin.
Lisäksi CoroPlus tarjoaa yhdessä GC4415- ja GC4425-terälaatujen sekä muiden Sandvik Coromantin tuottavien työkalujen kanssa erittäin tehokkaan välineen ennakoivaan kunnossapitoon. Sopivan ohjelmiston avulla konepaja pystyy seuraamaan ennakoivasti terien kulumista ja välttämään siten yllättävät terärikot.
Tästä saadut edut – parempi prosessivarmuus, vähemmän tuotantokatkoksia ja varmuutta investointien tuottavuudelle – eivät rajoitu vain miehittämättömään tuotantoon. Kuten Beihangin yliopiston tutkimus osoittaa, digitaalinen ratkaisu luo suoran yhteyden ennakoivan kunnossapidon ja tuotannon tasaisen laadun välille.