V E R T Y G S S T Å L B E H A N D L I N G S M E T O D E R POLERING AV FORMSTÅL

Transkript

1 V E R T Y G S S T Å L B E H A N D L I N G S M E T O D E R POLERING AV FORMSTÅL Där verktyg tillverkas Där verktyg används

2 Innehåll Varför behöver formverktyg poleras?... 3 Bedömning av ytans kvalitet... 3 Vad påverkar polerbarheten?... 3 Slipning av formverktyg... 4 Polering av formverktyg... 5 Typiska poleringsförlopp... 6 Olika ytutföranden före polering... 8 Ytjämnhet efter olika värmebehandlingsmetoder... 8 Poleringsproblem kan lösas... 8 Uppgifterna i denna trycksak bygger på vårt nuvarande kunnande och är avsedda att ge allmän information om våra produkter och deras användningsområden. De får således inte anses utgöra någon garanti för att de beskrivna produkterna har vissa egenskaper eller är lämpliga för speciella ändamål 2

3 Varför behöver formverktyg poleras? Den ökade användningen av plastprodukter har ökat efterfrågan på högglanspolerade formverktyg. Högst krav beträffande ytfinhet ställs på formar för linstillverkning, som kräver en extremt hög polerbarhet. Hög ytfinhet ger i allmänhet även andra fördelar, bl a: Lättare utstötning av plastdetaljerna ur formverktyget (gäller de flesta plaster) Minskad risk för lokala korrosionsangrepp Minskad risk för brott eller sprickor. I den här broschyren behandlas de faktorer som påverkar polerbarheten hos formstål. För de mest använda stålen ges rekommendationer om de mest ekonomiska metoderna att uppnå önskad ytjämnhet. Polerarens yrkeskunnande, erfarenhet och teknik spelar här den allra största roll för att få ett fullgott resultat. Bedömning av ytans kvalitet Två saker är viktiga när man bedömer ytan på ett formverktyg. För det första måste ytan ha en geometrisk riktig form utan långa makrovågor. Makroformen är vanligen ett arv från tidigare slipoperationer. För det andra måste den spegelblanka formytan vara fri från repor, porer, apelsinyta, nålsticksmärken o s v. Ytjämnheten bedöms i regel med blotta ögat, vilket kan medföra vissa svårigheter. En plan yta kan se perfekt ut trots att den geometriskt sett inte är helt plan. Ögat kan alltså bli lurat. I mer komplicerade fall bedöms finishen med hjälp av mätinstrument. Vad påverkar polerbarheten? Den ytfinhet som kan uppnås vid polering av stål beror bl a på: Verktygsstålets kvalitet Värmebehandlingen Polertekniken. Allmänt kan sägas att polertekniken är den viktigaste faktorn. Med ett rätt värmebehandlat verktygsstål av god kvalitet kan man nästan alltid åstadkomma ett godtagbart resultat genom att använda lämpligaste polerteknik. Olämplig eller direkt felaktig teknik, kan fördärva även det bästa stål. VERKTYGSSTÅLETS KVALITET I ytskiktet på ett stål kan det förekomma partiklar eller områden med annan hårdhet eller andra egenskaper än grundmassan, t ex porer och slagginneslutningar av olika slag. Dessa kan förorsaka svårigheter vid poleringen. Uddeholm använder sig av olika framställningsmetoder för att öka stålens renhet och därmed förbättra poleringsegenskaperna, t ex vakuumavgasning och elektroslaggraffinering, ESR. Ett formverktyg för linstillverkning med extremt höga krav på polerbarhet och ytfinhet. Verktyget är tillverkat i STAVAX ESR. 3

4 Vakuumavgasning minskar riskerna för slagginneslutningar och vätesprödhet, och materialet blir därmed mera homogent. ESR-behandlingen minskar slaggmängden i stålet ytterligare. De kvarvarande slaggpartiklarna blir små och jämnt fördelade i grundmassan. ESRstål har därför ännu bättre poleringsegenskaper än ett enbart vakuumavgasat stål. STAVAX ESR och OPTIMAX är rostfria formstål, framställda genom ESR-omsmältning. De har visat sig vara särskilt lämpliga för formar med högsta krav på ytfinhet, exempelvis för linstillverkning. Konventionellt ESR Olika hårdheters betydelse för polertekniken Högre hårdhet gör formstålet mer svårslipat men ger samtidigt bättre ytjämnhet efter polering. Hårdare formstål kräver något längre sliptid för att uppnå högre ytfinhet. Högre hårdhet minskar risken för överpolering. Förhållandet mellan ökad hårdhet, slipbarhet och polerbarhet framställs i figur 2. Slipbarhet och polerbarhet Polerbarhet (ytjämnhet) 70 x 70 x Mjukglödgat Härdat Figur 2. Slipbarhet Ökande hårdhet Figur 1. En bild på typiska slagginneslutningar i ett konventionellt resp. ESR-material. (En inneslutningsbild har framställts genom att överlagra 70 bilder vid hög förstoring.) VÄRMEBEHANDLING Värmebehandling kan påverka polerbarheten på många sätt. Ett sätthärdat stål som har blivit för starkt uppkolat har sannolikt en olämplig struktur för polering. Under stålytan bildas små oxidpartiklar, vilket medför poleringsproblem. Av- eller uppkolning av ytan kan ge hårdhetsvariationer med poleringssvårigheter som följd. POLERTEKNIK Olika stålsorters betydelse för polertekniken De flesta av Uddeholms formstål kräver ungefär samma poleringstider vid samma hårdhet och med vanliga poleringsmetoder. Ett undantag från regeln är de rostfria formstålen STAVAX ESR och OPTI- MAX. Dessa stål kan få den allra bästa ytfinheten, men många verktygsmakare tillämpar en något avvikande teknik för att uppnå den. Det är viktigt att slipa till så fin ytfinhet som möjligt innan poleringen påbörjas. Dessutom bör man avbryta poleringen omedelbart så snart den sista repan från föregående slip/poleringssteg avlägsnats. Slipning av formverktyg REKOMMENDATIONER Normalt framställs ett formrum i ett formverktyg genom fräsning, gnistning eller prägling. För att få en yta med hög ytjämnhet krävs då följande bearbetningssteg: Efter fräsning: Grovslipning, finslipning, polering. Efter gnistning: Finslipning, polering. Efter prägling: Endast en polering efter värmebehandling. Det bör understrykas att grovslipningen är grunden för ett snabbt och framgångsrikt poleringsarbete. Vid grovslipning tas spåren efter grovbearbetningen bort och man får en metalliskt ren och geometriskt korrekt yta. För att underlätta arbetet och få ett bra resultat bör vissa regler följas. Detta gäller för både maskinell slipning och handslipning med brynen. Slipningen får inte utveckla så hög värme och så högt tryck att materialets struktur och hårdhet påverkas. Använd rikligt med kylmedel! Använd endast rena, friskärande slipverkyg och mjuka brynen för hårda ytor! 4

5 Tvätta både arbetsstycke och händer mellan varje byte av kornstorlek hos slipmedlet. Då undviks att grövre slipkorn och sliprester överförs till nästa steg med finare kornstorlek. Ju finare kornstorlek som används desto viktigare är rengöringen mellan varje kornstorleks byte. Efter byte till närmast finare kornstorlek slipas i en riktning ca 45 mot föregående slipriktning tills ytan uppvisar sliprepor endast från den senaste slipriktningen. När reporna från föregående steg har försvunnit fortsätts slipningen under ca 25% längre tid före byte till nästa kornstorlek. Avsikten är att avlägsna det deformerade ytskiktet, som uppstått genom att mekaniska spänningar bildats under föregående slipoperationer. Skifta slipriktning för att undvika oregelbundenheter och reliefbildningar. Vid slipning av stora, plana ytor bör rondeller undvikas. Slipning med brynen minskar risken förstora ojämnheter i ytan. Polering av formverktyg REKOMMENDATIONER Som slipmedel vid polering används framför allt diamantpasta. Bästa resultat erhålles med rätt pasta och rätt polerverktyg. De vanligaste polerverktygen är polerstickor, pinnar och brickor för manuellt bruk, och skivor och borstar för maskinellt bruk. Polerverktygen finns i material av olika hårdhet från metaller via olika typer av fibrer ( t ex trä, konstfibrer) till mjuk filt. Polerverktygets hårdhet påverkar hur mycket diamantkornen sticker ut från ytan och därmed också materialavverkningen. Nedanstående figur illustrerar detta. Genom att följa vissa regler kan man minska på den tidskrävande och dyrbara poleringen. Framför allt är renlighet i varje fas av poleringsoperationen av allra största betydelse. Polera i damm- och dragfria lokaler. Hårda dammpartiklar kan lätt förorena slipmedlet och därmed fördärva en nästan färdig yta. Varje polerverktyg skall användas till uteslutande en pastagrovlek och förvaras i dammtäta behållare. Polerverktygen blir så småningom impregnerade av polermedel och därmed bättre med tiden. Rengör arbetsstycket noggrant med någon fettlösande vätska mellan varje byte av pastagrovlek. Tvätta händerna med tvål. Vid handpolering anbringas pasta på polerverktyget. Vid maskinpolering bör pastan anbringas på arbetsstycket. Anpassa polertrycket till polerverktygets hårdhet och pastans grovlek. Vid avslutande mo ment bör trycket motsvaras av polerverktygets vikt. Stor avverkning kräver hårda polerverktyg och grov pasta. Avslutande polering av formar för plastdetaljer bör ske i press/släppriktningen. Börja poleringen i hörn, kanter och hålkäl eller andra svåra delar av formen. Vid formar med skarpa hörn och kanter måste försiktighet iakttagas så att inte dessa avrundas. Detta klaras lättast om hårda polerverktyg används. Mjukt Medel Hårt Polering av formverktyg. Filt Trä Stål Härdat stål 5

6 Typiska poleringsförlopp Vilka steg man vill använda bestäms till viss del av polerarens vana och den utrustning han har till sitt förfogande. Även egenskaperna hos det bearbetade materialet kan påverka operationsföljden. Det finns i princip två metoder vid val av hårdhet på polerverktyg och pastagrovlek. I det ena fallet tar man en pasta med viss kornstorlek och börjar med ett hårt polerverktyg för att sedan successivt gå mot det mjukaste polerverktyget. Den andra metoden innebär att man väljer ett medelhårt polerverktyg och där startar med en grov pasta. Sedan minskas kornstorleken successivt mot allt finare pasta. Vi rekommenderar en kombination av dessa båda metoder Exempel på operationsföljder: Börja med hårt polerverktyg och grov pasta. Byt därefter till mjukare polerverktyg med samma pasta. Använd sedan medelhårt polerverktyg och medelgrov pasta. Byt till mjukt polerverktyg men med samma pasta. Använd till sist mjukt polerverktyg och fin pasta. Exempel på hur man kombinerar polerverktyg och kornstorlek på pastan. Hårdhet Verktyg/polerduk Pastans kornstorlek Mycket hårt Stål Förstärkt nylon Diamant 45, 15, 6, 3 Hårt Belagd nylon Diamant 9, 6, 3 Hårt Silke Diamant 15, 6, 3, 1 Aluminiumoxid Hårt Papper Diamant 15, 6, 3 Aluminiumoxid Mjukt Ylle Diamant 6, 3, 1 Mjukt Tät nylon/sammet Diamant 3 Mycket mjukt Sammet Diamant 1 och mindre Aluminiumoxid MgO OP-S Fräsning Svarvning Gnistbearbetning Grovslipning Grov Kornstorlek Nr: 50 Fin Grov Kornstorlek 45 µm Finslipning Grov Kornstorlek Nr: 320 FEPA D-serier Polering med diamantpasta Principskissen visar exempel på hur man kan välja operationsföljd Fin Fin 6

7 Omvandlingstabell för kornstorlekar Kornstorlek Handels- FEPA µm storlek nr. kornstorlek nr (22) (40) F-serie 200 D-serie nr. µm 220 nr. µm ,0 ± ,3 ± ,5 ± ,5 ±1, ,2 ± ,4 ±1, ,2 ±1, ,2 ±1, ,5 ±1, ,0 ±1, ,0 ±1, ,2 ±1, ,2 ±1, ,3 ±1, ,75±1, ,6 ±1, ,8 ±1, ,8 ±0, ,3 ±1, ,6 ±0, ,2 ±1, Ytjämnhet efter slipning med slipduk. Förstoring x 300 Kornstorlek µm µm µm Ra µm 0,20 0,07 0,03 Ytjämnhet efter polering med diamantpasta på nylonduk. Förstoring x 300 Kornstorlek 30 µm 7 µm 1 µm Ra µm 0,06 0,01 0,006 7

8 Olika ytutföranden före polering Gnistbearbetade ytor är mer svårslipade än konventionellt bearbetade eller värmebehandlade ytor. Gnistbearbetning bör avslutas med fingnistning. Om denna inte utförs korrekt, kommer ett tunt omhärdat skikt att finnas kvar i ytan. Detta skikt är betydligt hårdare än grundmassan och måste avlägsnas. En nitrerad eller sätthärdad yta är mer svårslipad än grundmaterialet men ger en bra yta efter polering. Små defekter i ytskiktet kan dock medföra svårigheter att uppnå en extrem ytjämnhet. Ett formverktyg som flamhärdats eller svetslagats uppvisar ofta en mjuk zon mellan den värmebehandlade delen och grundmaterialet. För att undvika att ett dike bildas längs den mjuka zonen bör man använda ett brett bryne. Ytjämnhet efter olika värmebehandlingsmetoder Många verktygsmakare ställer frågan: Hur långt ska jag gå med slipningen innan jag värmebehandlar? Man bör komma ihåg att det under värmebehandlingen troligen inträffar en del dimensionsförändringar som kan komma att kräva en avslutande ytbearbetning. Dessutom kan ytjämnheten hos formen bli påverkad av kylmedlet. Det tjänar därför ingenting till att polera en form till mycket hög ytfinhet före värmebehandlingen, om mått- eller formförändringar och/eller försämring av ytan gör ytterligare bearbetning nödvändig. Poleringsproblem kan lösas Det dominerande problemet vid polering är s k överpolering. Överpolering innebär att en polerad yta blir sämre ju längre tid man håller på och polerar. Det är i princip två effekter som uppstår vid överpolering, dels apelsinyta och dels nål-sticksmärken. Överpolering uppträder oftast i samband med maskinpolering. Handpolering ger sällan upphov till dessa problem. APELSINYTA Uppkomsten av den ojämna knottriga yta som brukar kallas apelsinyta kan ha flera orsaker. Den vanligaste är överhettning eller för stark uppkolning från värmebehandlingen i kombination med högt tryck och för lång tid i poleringen. Undersökningar har visat att överpoleringseffekten inträder olika snabbt vid olika hårdheter. Ett hårdare material tål ett högt polertryck bättre än mjukare stål som lättare kan bli överpolerade. Ytjämnhet Ra µm 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 IMPAX SUPREME 300 HB RIGOR 60 HRC Polertid, min. Blir en yta sämre vid poleringen, är den normala reaktionen att öka polertrycket och fortsätta polera. En sådan åtgärd kommer ofelbart att försämra resultatet ytterligare. Något av nedanstående steg kan vidtas för att återställa ytan: Alt. 1 Avlägsna det defekta ytskiktet genom att slipa ytan med näst sista slipsteget före poleringen. Starta sedan igen med sista slipsteget. Använd lägre tryck än förut vid poleringen. Alt. 2 Avspänningsglödga vid en temperatur ca 25 C under sista anlöpningstemperaturen. Slipa igen med sista slipsteget före poleringen tills en tillfredsställande yta har erhållits. Starta poleringen igen men med lägre polertryck än förut. Om resultatet ändå inte blir bra, måste hårdheten höjas. Detta kan ske på fler sätt. Öka ythårdheten genom nitrering eller teniferbehandling. Värmebehandla verktyget till högre hårdhet. Kontrollera värmebehandlingen. 8

9 NÅLSTICKSMÄRKEN De mycket små nålsticksliknande märken, som kan uppstå hos en polerad yta, beror i regel på att slagger i form av hårda spröda oxider har rivits loss ur ytan vid poleringen. De viktigaste orsakerna till detta är: Polertid och polertryck. Stålets renhet, speciellt med avseende på hårda slagger. Polerverktyget. Polermedlet. En av anledningarna till att nålstick kan uppstå är hårdhetsskillnaden mellan grundmassa och slagg. Vid poleringen avverkas grundmassan i snabbare takt än den hårda slaggpartikeln. Poleringen kommer så småningom att undergräva slaggpartikeln så att denna vid fortsatt polering rycks ut ur materialet. Därvid uppstår ett nålsticksmärke. Problemet uppstår oftast vid pastagrovlekar <10 µm och med mjuka polerverktyg (t ex filt). Ett sätt att reducera risken för nålsticksmärken till ett minimum är att välja formstål med hög renhet, framställda med hjälp av vakuumavgasning och/eller ESR-omsmältning. Börjar ytan trots detta visa nålsticksmärken vid poleringen bör följande åtgärder vidtas: Slipa åter ytan omsorgsfullt med det näst sista slipsteget före poleringen. Använd ett mjukt, friskärande bryne! Starta sedan med sista slipsteget och efterföljande polersteg. För kornstorlekar från 10 µm och mindre skall de mjukaste poleringsverktygen undvikas. Polera under kortast möjliga tid och med minsta möjliga tryck. 9

10