Transcript M-stål Elmia 2012

1
20.5.2013
M-stål, still going strong
Elmia 2012
Johan Backman, Imatra
Tillverkningskostnader
20.5.2013
2
M-Stål (M=Machinability)
Minskar bearbetningskostnaderna
 Skonsamt mot verktygen
 Högre skärhastigheter
 Färre störningar
Standardstål (EN, ISO, SS, DIN, SAE, AISI…)
Seg- och sätthärdningsstål, allmänna
konstruktionsstål, maskinstål…
Marknadsfört sedan 1981, Case 1 Scanias drivaxel
20.5.2013
3
Gropförslitning
djup 170 µm
1500 µm
Gropförslitning
djup 15 µm
640 µm
Skärtid 56 sek
Skärtid 6 min
42CrMo4
42CrMo4 M
Hårdhet 255 HB
Hårdhet 275 HB
Skärhastighet= 271 m/min
Skärhastighet= 271 m/min
Matning = 0,4 mm/r
Matning = 0,4 mm/r
Skärdjup= 2,5 mm
Skärdjup= 2,5 mm
4
Vad gör stålet till M-stål
•Varje del av tillverkningsprocessen optimerad för god
skärbarhet
 Omvandling av inneslutningar (Ca-behandling)
 Stålets kemiska sammansättning
 Värmebehandling
 Riktning
•Kvalitetskontroll, bl.a. skärbarhetstest
•Kundservice
•Ca. 40 % av Ovako Imatras leveranser är M-behandlad ~
100 000 t / år
•Hundratals av nöjda kunder
20.5.2013
5
M-stål bearbetningscase
42CrMo4M vs. 42CrMo4
Erikoissorvaamo M.Korhonen
Pieksämäki, Finland
Tapp för bärande fjäder i järnvägsvagn
20.5.2013
7
Material 42CrMo4 +QT (seghärdat)
20.5.2013
8
%
M-stål
Konkurrentstål
Certifikat
Konkurrentstål analys
Ovako
C
0,42
0,42
0,416
Si
Mn
0,30
0,74
0,29
0,78
0,275
0,782
P
0,015
0,017
0,016
S
0,029
0,023
0,028
Cr
1,07
1,16
1,154
Ni
0,13
0,05
0,051
Mo
0,16
0,184
0,18
M-stål
Konkurrentstål
Certifikat
Konkurrentstål
mätning Ovako
Rp0,2 [Mpa]
813
842
778
Rm [Mpa]
957
987
949
A5 [%]
15,8
16,4
17
Z [%]
55
61
60
KV+20°C [J]
79
75,7
83
Material vid testkörningen
Utgångsmaterial
• Ø45 mm L = 266 mm vikt 3,25 kg
Vikt färdig komponent 1,9 kg
M-stål 103 st
Konkurrentstål 145 st
Övervakning av testkörningen 24.4.2012:
M.Koikkalainen, Sandvik Coromant
20.5.2013
9
Svarv och skärdata
Svarv HWACHEON Hi-ECO21HS
Skärvätska helsyntetisk Cimtech A31F , 5 %
VERKTYG (Sandvik) OCH SKÄRDATA
Moment
Skär
Typ
a (mm)
S (mm/r)
v (m/min)
tid (s)
Grovsvarvning
TNMG 160408-PR
4225
4
0,35
190
32/28
Finsvarvning vänster
DNMG 110408-MG
4225
1
0,30
220
36
Finsvarvning höger
DNMG 110408-MG
4225
1
0,30
220
5
Båda materialen kördes med samma skärdata,
takttid1 min 13 sek
20.5.2013
10
RESULTAT GROVSVARVNING
Antal tappar per skär grovsvarvning
120
Antal detaljer
100
80
60
Konkurrentstål
M-stål
40
20
0
1
2
3
Skärbyte
4
5
Konkurrentmaterialet orsakade urflisning, M-stålet jämn förslitning
20.5.2013
11
RESULTAT FINSVARVNING
Antal tappar per skär finsvarvning
120
Antal detaljer
100
80
60
Konkurrentstål
M-stål
40
20
0
1
2
Skärbyte
Med M-stålet ingen förslitning av finskären ännu efter 103 detaljer,
enligt erfarenhet håller finskären ca. 1000 detaljer med M-stål
20.5.2013
12
Sammanfattning
Enligt gammal tumregel håller skären minst 3 x längre, eller
alternativt kan skärhastigheten ökas med ca. 20 % med Mstål.
I detta fall kunde skärhastigheten inte ökas på grund av
effektbegränsning i svarven, i grovsvarvningen höll skären
ca. 4 gånger längre tid.
Den gamla regeln gäller även med dagens moderna skär.
20.5.2013
13
M-stål calculator på www.ovako.com
Kalkylprogrammet som kan laddas ned från Ovakos hemsida ger
följande rekommendationer för skärhastigheten för 42CrMo4
hårdhet max. 310 HB (SS2244-05) med de använda
skärdjups- och matningsvärdena för 15 min utslitningstid och
skär av typ P15 ( icke M-stål/M-stål)
Grovsvarvning 164 / 209 m/min (testkörningen 190 m/min)
Finsvarvning 233 / 294 m/min (testkörningen 220 m/min)
20.5.2013
14
Johnny och Rickard Hellsten
M-STÅLS BEARBETNINGSCASE
Hylsa för lantbruksmaskin tillverkad av M-stålet Hydax 15
(Ovako 520MW) varmvalsat ø50 mm
20.5.2013
16
Hydax 15 = 520MW med ca. 0,10% S
520M
svavelhalt ca. 0,03 % god skärbarhet
520MW svavelhalt ca. 0,10 % ytterligare höjd skärbarhet
520MW+ svavelhalt ca. 0,15% superskärbart
900
800
IMATRA GreenCut
v15 m/min
700
600
IMATRA 520 MW, 550 MW
500
400
IMATRA 520, 550
300
SNUN 120408
GC415
0,4 mm/r
2,5 mm
Utan kylning
200
100
M-stål
Normal Stål
0
130
160
190
220
250
HB
20.5.2013
17
280
310
340
Rickard:
” Maskinen som detaljen bearbetas i har 2 revolvrar & motspindel, så
medan undre revolvern borrar i huvudspindeln så kommer subspindeln
med dubbla matningen, sedan svarvar övre revolvern yttre lägena
samtidigt som detaljen borras.
Vi har skärbyte var tredje pall, en pall (270 detaljer) tar ca 6½timme, så ca
var 20e timme har vi skärbyte.
Med Ovakos konkurrentmaterial kunde vi köra i snitt ungefär en pall per
skäruppsättning. Med god tur kunde vi nästan komma upp till tre
pallar, men sen höll nästa skär bara en halv pall. Konkurrentmaterialet
gick därför inte att köra obemannat. Med M-stålet kör vi alltid tre
pallar. Dessutom slet stålet hårt på borrkropparna, som tog slut i
förtid, med M-stålet har vi kört ända upp till 60 000 st. med en
borrkropp
Materialet var ganska mycket billigare, men inte i närheten av kvaliteten
på Hydax 15”
20.5.2013
18
Jämförelse av materialen i övrigt
Analys: Både Hydax 15 chargers och konkurrentstålets analys
faller inom normens EN 10025-2 krav för stålsorten S355J0
förutom att båda har en högre skärbarhetsförbättrande
svavelhalt på ca. 0,01 %. Konkurrentstålet hade en låg halt
av Ca (kalcium), endast 2 ppm, M-stål har Ca-halter på över
20 ppm (0,002 %)
Mekaniska egenskaper: Konkurrentstålets hållfasthet och
slagseghet - 20ºC låg på samma nivå som Hydax 15:s
typiska värden
Skillnaden i skärbarhet beror på M-behandlingen!
20.5.2013
19
M-Steel Calculator på www.ovako.com
20.5.2013
20
Tumregeln för M-stål gäller ännu:
Vid bearbetning med dagens hårdmetallverktyg gäller fortfarande
den gamla tumregeln som etablerades för 30 år sedan:
1. Oförändrad skärhastighet – över 3 x längre utslitningstid på
skären med M-stål
2. Samma utslitningstid – ca. 20 % högre skärhastighet med Mstål
20.5.2013
21
Vidareutveckling av M-stål
• Utveckling av M-stål för mycket krävande komponenter
 fördelning av inneslutningar
• Testning av nya verktyg
• Utveckling av M-stålskalkylatorn, skärdatarekommendationer
• Nya M-stålscase tillsammans med våra kunder
20.5.2013
22