MAX 2012-10-26 PVD-pinnoite Pidentää työkalujen käyttöikää, mutta parantaa myös luotettavuutta ja tuottavuutta! Susanna Weinberger Tekninen päällikkö, Oerlikon Balzers Sandvik Coating AB
PVD-pinnoite PVD = Physical Vapour Deposition Pinnoitekerros Pohjamateriaali Paksuus vain muutamia millimetrin tuhannesosia Kovempaa kuin teräs 2
Taloudellinen tuotanto PVD-pinnoitteilla Parempi tuottavuus Pienemmät kustannukset Edullinen ympäristölle
Tie tuottaviin lastuamistyökaluihin Tarvittavat muuttujat Työkappaleen materiaali Työkalun geometria Työkalun pinta / särmän valmistus Pinnoite
Pinnoitteilla parannetaan tuottavuutta Paremmat koneistusarvot Lyhyemmät jaksoajat Nopeampi lastuaminen Pidempi luotettava käyttöikä Parempi käytettävyys Vähemmän työkalunvaihtoja ja puhdistusta Uudelleenpinnoitus samalla suorituskyvyllä
Varsijyrsimen lastuamistehon kehitys Lastuamisnopeus [cm 3 /min] 100 118,1 cm 3 /min Kerroin 15 80 74,5 cm 3 /min 60 51,5 cm 3 /min 40 20 0 7,5 cm 3 /min Varsijyrsin rouhintaan NRF, HSS, TiN 17,3 cm 3 /min Varsijyrsin rouhintaan NRC, PM HSS, TiAlN-pohj. Varsijyrsin rouhintaan yhdellä leikkuusärmällä, kovametalli, TiAlNpohjainen Varsijyrsin rouhintaan, erikoisprofiili, kovametalli, AlCrNpohjainen Varsijyrsin rouhintaan, muuttuva kierto, kaksoislastukanava, kovametalli, AlCrNpohjainen 1985 1996 1999 2006 2009 Työkalun halkaisija 10 mm, työstettävä teräs 800-1000 N/mm 2, lähde Fraisa SA Lastuamisnopeus
Pikateräksinen varsijyrsin: 1.2344-teräksen jyrsintä Käyttöikä leikkuumetreinä 600 500 400 300 200 Työkalu Varsijyrsin, D = 20 mm Työkappaleen materiaali Teräs DIN 1.2344 (800-900 N/mm 2 ) (SS2242 / ORVAR S) Työstötiedot v c = 35 m/min f t = 0,0625 mm VB max = 0,3 mm ae = 20 mm ap= 22 mm emulsio 100 0 TiAlN AlCrN BALINIT ALCRONA
Teroitus ja uudelleenpinnoitus Käyttöikä 140 120 100 80 60 40 20 Työkalu Täyssäteinen jyrsin D = 10 mm Työkappaleen materiaali Teräs DIN 1.2379 (SS2310 / SVERKER 21) Työstötiedot v c = 200 m/min f t = 0,15 mm a e = 0,5 mm a p = 0,3 mm VB = 0,1 mm työstö kuivana 0 Uusi + pinnoitettu 1 x teroitettu + uudelleen pinnoitettu 3 x teroitettu + uudelleen pinnoitettu
Pinnoitteilla alennetaan kustannuksia Pienemmät työkalukustannukset (pidempi käyttöikä) Pienemmät konekustannukset (parempi käytettävyys) Pienemmät asetuskustannukset (tarvitaan vähemmän työkaluja) Pienemmät laatukustannukset (jälkityöstö tai -säädöt, hyvitykset) Pienemmät leikkuunestekustannukset (osto, huolto, jätteen käsittely)
Valmistuskustannusten aleneminen 1% 50 % lisäys työkalun käyttöikään alentaa kustannuksia valmistettua osaa kohti vain 1 % 1 % 30% vähennys työkalukustannuksiin alentaa kustannuksia valmistettua osaa kohti vain 1 % 15 % Työstöarvojen parantaminen 20 % (lastuamisnopeus, lastusyvyys jne.) alentaa kustannuksia valmistettua osaa kohti noin 15 %
Vaihteiston planeettapyörän hampaiden jyrsintä Työkalu: Kierukkajyrsin PM-HSS Ø 90 mm GearPak-esikäsittely vuodesta 2005 Komponentti: Hiiletyskarkaistu teräs SS 2506, MN 3,65 3000 TiAlN 2500 2000 1500 1000 500 0 Valmistettava osamäärä / teroitus AlCrN AlCrN+stabilare maskin AlCrN+byte av substrat Ny AlCrN Lähde: Swepart Sibbhult / 2010-06-30 Työstötiedot: Leikkuunopeus v Fu : Leikkuunopeus v AC/AP : Syöttö Fu : Syöttö AC/AP : Valmistusaika / osa Fu : Valmistusaika / osa AC/AP : Leikkuuneste: Öljy 110 m / min 146 m / min 3 mm / kierros 4 mm / kierros 1,4 min 48 s Tulos: Merkittävästi pidempi työkalun käyttöikä suuremmasta työstönopeudesta huolimatta, 850-1700 osaa Vaihto rakenteeltaan tukevampaan koneeseen lisäsi määrää 2100 osaan Työkalun perusmateriaalin vaihtaminen runsaammin seostettuun lisäsi määrän 2300 osaan teroituskertaa kohti Pinnoitteen vaihto uusimpaan AlCrNpinnoitteeseen 2700 osaa teroituskertaa kohti!
Pinnoitteet säästävät ympäristöä PVD-pinnoitteen ympäristörasitus on pieni
Esimerkki: Pora Teräs (kierrätetty) Teräs (malmista) Teräksen tuotanto Tutkittavat ja analysoitavat prosessit Valssaus Karkaisu Hionta Käyttö Romutus
Prosessien ympäristövaikutuksen vertailu työkalun käyttöiän aikana TiN-pinnoitettu pikateräspora 120 100 80 60 40 20 0 Total Stål Tillverkning PVD
Pora: 78 reiän poraus Ympäristövaikutuksen vertailu pinnoittamaton / pinnoitettu vc = 35m/min; fz = 0,12mm 1,0E-12 9,0E-13 8,0E-13 7,0E-13 6,0E-13 5,0E-13 4,0E-13 3,0E-13 2,0E-13 1,0E-13 0,0E+00 10 HSS borrar obelagda 1 HSS borr TiN belagd
Pinnoitteet säästävät ympäristöä PVD-pinnoitteen ympäristörasitus on pieni Mahdollistaa työstämisen kuivana
Märkä- vai kuivatyöstö? Osien määrä 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Termisiä jaksoja våt torr Työstötiedot: Suurnopeusjyrsintä AlCrN (BALINIT ALCRONA) CK45 (190HB) (SS1672) vc=400 m/min fz=0,2 mm ap=10 mm ae=0,5 mm
Työstö kuivana! Osien määrä 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 våt Oksidoitumisen esto Lämpökovuus torr Työstötiedot: Suurnopeusjyrsintä AlCrN (BALINIT ALCRONA) CK45 (190HB) (SS1672) vc=400 m/min fz=0,2 mm ap=10 mm ae=0,5 mm
Ohjainkiskon jyrsintä 12 10 8 Valmistettujen osien määrä märkä 8 kuiva 10 Työkalu Jyrsin kovametalliterällä Ø 50 mm, 4 hammasta Työkappaleen materiaali Teräs DIN 1.0570 (St 52-3 / SS2132) Kanavasegmentti, pinnassa hehkuhilse 6 4 märkä 3 Työstötiedot v C = 260 m/min f t = 0,25 mm a e = 4,5 mm, L = 5000 mm / osa Emulsio 5% Myötä- ja vastajyrsintä 2 0 AlTiN kuiva 0 AlCrN Ongelma: Muodonmuutos kuivana työstettäessä Ratkaisu: BALINIT ALCRONA Lähde: Alesa, Seengen, Sveitsi
Pinnoitteet säästävät ympäristöä PVD-pinnoitteen ympäristörasitus on pieni Mahdollistaa työstämisen kuivana Vähemmän CO 2
Vähemmän CO 2 -päästöjä nykyaikaisilla pinnoitteilla Säästö: 771 g CO 2! HSS-pora D=6 testattuna eri pinnoitteilla Työmateriaali Käyttöikä ilman teroitusta Teroituskertojen määrä 10.000 reiän poraamiseksi Säästyvä CO 2 per 10.000 reikää AlCrN monikerros TiAlN SUS 304 (1.4301 / SS2333/32) (ruostumaton austeniittinen teräs) 2500 1250 3 7 771 - Lähde: Tuotetiedot OSG (AMB 2008), Japani
Pinnoitteet säästävät ympäristöä PVD-pinnoitteen ympäristörasitus on pieni Mahdollistaa työstämisen kuivana Vähemmän CO 2 Valitse paikallinen toimittaja
Oerlikon Balzers Sandvik Coatingsin markkina-alue Pinnoituskeskukset Kenttämyyjät Noutopalvelu 23 Oerlikon Balzers 2011
Lähellä sinua missä oletkin 22 keskusta 39 keskusta 25 keskusta Pohjois- ja Etelä-Amerikka Argentiina Brasilia Kanada Meksiko USA Eurooppa Liechtenstein Itävalta Benelux-maat Tšekki Suomi Ranska Saksa Iso-Britannia Unkari Italia Puola Portugali Romania Venäjä Espanja Ruotsi Sveitsi Turkki Aasia Kiina Intia Indonesia Japani Korea Singapore Thaimaa Elokuu 2010 24
Ei vain lastuavaan työstöön Meisto Muovaus Muovivalmistus Painevalu Ruiskutusjärjestelmä
Pinnoite alensi tuotantokustannuksia >40 % Saranoiden valmistus Volvon takaluukkuun Työkalukustannukset (EUR) Työkalun käyttöikä (yksikköä) Työkalukustannukset / yksikkö (EUR Valmistettuja yksiköitä minuutissa Tuotantokustannukset / minuutti (EUR) Tuotantokustannukset / yksikkö (EUR) Vaihtokustannukset / yksikkö (EUR Huoltotyöt / yksikkö (EUR Pinnoittamaton 3 445 50 000 0.07 28 3.84 0.14 0.03 0.04 WC/C (BALINIT C) 4 065 89 600 0.05 38 3.84 0.10 Muut kustannukset / yksikkö (EUR) Tuotantokustannukset yhteensä / yksikkö (EUR) Säästö 0.07 0.00 0.28 0.15 46 % 26
PVD-pinnoite paransi tuottavuutta 20 % Kierrekeernat kierrekorkkeja varten Kuvaus Tuotantoprosessi: ruiskuvalu Prosessissa huomattavaa: voiteluainetta ja päästöainetta ei saa käyttää lääke- ja elintarvikepakkauksissa Pinnoittamattomat kierrekeernat Käyttökatkos: 1 päivä / viikko BALINIT -pinnoitetut kierrekeernat - Ongelmaton tuotanto useita kuukausia - 10% lyhyemmät jaksoajat - 20% tuotannon kasvu 27
Painevalu autoteollisuudessa - takapalkki magnesiumia Application result Tuotteen + tool pinta picture Käyttö Asiakas Finnveden Gjutal AB Sovelluksen kuvaus Painevalu Valmistettava tuote Ajoneuvon takapalkki Aiempi ongelma Höyläytyminen ja aikaa vievä huolto Kiinteä puolikas käsiteltiin PVDpinnoitteella, liikkuva osa jätettiin Tiedot työkalusta pinnoittamatta vertailun vuoksi. Mitat ja materiaali 390x670x124 mm, DIEVAR, 46-48 HRC 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Belagd Obelagd Procent av totala underhållet Työkappaleen materiaali Magnesiumseos, lämpötila 690 C Tulos asiakkaalta Voitelu/jäähdytys Vesipohjainen öljy Pinnoitetyyppi Erikoispaksu TiAlN, 8 µm, Balinit LUMENA Esikäsittelyt Duplex ja Balismooth Jälkikäsittely Jälkikiillotus Käytännön tulos Yleisesti positiivinen tulos Toimitettiin joulukuussa 06 - työkalu arvioitiin 30.000 valun jälkeen. Pinnoitettu osa oli kuin uusi; pinnoittamattomassa osassa oli jo lämpöväsymisen aiheuttamaa säröilyä. Käyttö on jatkunut ja työkalu on edelleen käytössä maaliskuussa 11! Pinnoitettu puoli vaatii vähemmän ja helpompaa huoltoa. Ei jälkityöstöä sillä sivulla, joka on työkalun pinnoitettua puolta vasten.