MAX 2012-10-26 PVD-skikt Gärna ökad livslängd på verktygen men hellre ökad tillförlitlighet och produktivitet! Susanna Weinberger Teknisk chef på Oerlikon Balzers Sandvik Coating AB
PVD - beläggning PVD = Physical Vapour Deposition Beläggningsskikt Endast några tusendelars milimeter tjock Hårdare än stål Substrat 2
Ekonomisk produktion med PVD beläggningar Ökad produktivitet Minskade kostnader Positivt för miljön
Vägen till högproducerande skärande verktyg Nödvändiga faktorer Arbetsmaterialet Verktygsgeometrin Verktygets yta / Eggpreparering Beläggning
Beläggningar är att öka produktiviteten Högre skärdata Kortare ingreppstid Snabbare materialavverkning Längre tillförlitlig livslängd Högre tillgänglighet Färre verktygsbyten och rengöring Ombeläggning med bibehållen prestanda
Utvecklingen av pinnfräsars skärande prestanda Avverkningstakt [cm 3 /min] 100 118.1 cm 3 /min Faktor 15 80 74.5 cm 3 /min 60 51.5 cm 3 /min 40 20 0 7.5 cm 3 /min Grovbearbetning pinnfräs NRF, HSS, TiN 17.3 cm 3 /min Grovbearbetning pinnfräs NRC, PM HSS, TiAlN-bas Grovbearbetning pinnfräs enkel skäregg, hårdmetall, TiAlN-bas Grovbearbetning pinnfräs, special profil, hårdmetall, AlCrN-bas Grovbearbetning pinnfräs, variabel vridning, dubbel spånkanal, hårdmetall, AlCrN-bas 1985 1996 1999 2006 2009 Verktygsdiameter 10mm, Stål som bearbetas 800-1000 N/mm 2, Källa Fraisa SA Avverkningstakt
Snabbstålspinnfräs: Fräsning av 1.2344 stål Livslängd i skärmeter 600 500 400 300 200 Verktyg Pinnfräs, D = 20 mm Arbetsmaterial Stål DIN 1.2344 (800-900 N/mm 2 ) (SS2242 / ORVAR S) Skärdata v c = 35 m/min f t = 0.0625 mm VB max = 0.3 mm ae = 20 mm ap= 22 mm emulsion 100 0 TiAlN AlCrN BALINIT ALCRONA
Omslipning och ombeläggning Livslängd 140 120 100 80 60 40 20 Verktyg Fullradiefräs D = 10 mm Arbetsmaterial Steel DIN 1.2379 (SS2310 / SVERKER 21) Skärdata v c = 200 m/min f t = 0.15 mm a e = 0.5 mm a p = 0.3 mm VB = 0.1 mm torrbearbetning 0 Ny + belagd 1 x omslipad + ombelagd 3 x omslipad + ombelagd
Beläggningar är att minska kostnaderna Minskade verktygskostnader (längre livslängd) Minskade maskinkostnader (högre tillgänglighet) Minskade omställskostnader (färre verktyg krävs) Minskade kvalitetskostnader (omarbete och efterjusteringar, kassationer) Minskade kostnader för skärvätskor (köpa, underhålla, avfallshantering)
Minskning av tillverkningskostnaderna 1% En 50% ökning av verktygets livslängd minskar kostnaden per tillverkad detalj med endast 1 % 1 % En 30% minskning av verktygets kostnad minskar kostnaden per tillverkad detalj med endast 1 % 15 % En ökning av skärdata med 20% (skärhastighet, spåntjocklek mm) minskar kostnaden per tillverkad detalj med ca 15 %
Kuggfräsning av planethjul till växellåda Verktyg: Snäckfräs PM-HSS Ø 90 mm GearPak förbehandling sedan 2005 Komponent: Sätthärdningsstål SS 2506, MN 3,65 Skärdata: Skärhastighet v Fu : Skärhastighet v AC/AP : Matning Fu : Matning AC/AP : Tillverkningstid / detalj Fu : Tillverkningstid / detalj AC/AP : 110 m / min 146 m / min 3 mm / varv 4 mm / varv 1,4 min 48 sec 3000 TiAlN 2500 2000 1500 1000 500 0 Antal producerade detaljer / slipning AlCrN AlCrN+stabilare maskin AlCrN+byte av substrat Ny AlCrN Källa: Swepart Sibbhult / 2010-06-30 Kylmedia: Olja Resultat: Tydligt längre verktygslivslängd trots ökad materialavverkningstakt, 850 till 1700 detaljer Byte till en stabilare maskin ökade antalet till 2100 detaljer Efter byte av substratmaterial i verktyget till ett högre legerat, kunde 2300 detaljer göras per slipning Efter byte av beläggning till senaste AlCrN beläggningen 2700 detaljer per slipning!
Beläggningar är att värna om miljön PVD-skikt har låg miljöpåverkan
Exempel: Borr Stål (omsmält) Stål (från malm) Stål produktion Observerade och analyserade processer Valsning Härdning Slipning Andvändnig Skrotning
Jämförelse av processernas miljöinverkan under verktygets livslängd Snabbstålsborr belagd med TiN 120 100 80 60 40 20 0 Total Stål Tillverkning PVD
Borr: Borrning av 78 hål Jämförelse av miljöpåverkan mellan obelagd / belagd 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
Beläggningar är att värna om miljön PVD-skikt har låg miljöpåverkan Möjliggör torrbearbetning
Våt - eller torrbearbetning? Antal detaljer 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Termiska cykler våt torr Skärdata: Höghastighetsfräsning AlCrN (BALINIT ALCRONA) CK45 (190HB) (SS1672) vc=400m/min fz=0.2mm ap=10mm ae=0.5mm
Torrbearbetning! Antal detaljer 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 våt Oxidationsmotstånd Varmhårdhet torr Skärdata: Höghastighetsfräsning AlCrN (BALINIT ALCRONA) CK45 (190HB) (SS1672) vc=400m/min fz=0.2mm ap=10mm ae=0.5mm
Fräsning av styrskena 12 10 8 Antal tillverkade detaljer våt 8 torr 10 Verktyg Fräs med hårdmetallskär Ø 50 mm, 4 tänder, Arbetsmaterial Stål DIN 1.0570 (St 52-3 / SS2132) Kanalsegment, yta med glödskal 6 4 våt 3 Skärdata v C = 260 m/min f t = 0.25 mm a e = 4.5 mm, L = 5000 mm / detalj Emulsion 5% Med- och motfräsning 2 0 AlTiN torr 0 AlCrN Problem: Deformation vid torrbearbetning Lösning: BALINIT ALCRONA Källa: Alesa i Seengen, Switzerland
Beläggningar är att värna om miljön PVD-skikt har låg miljöpåverkan Möjliggör torrbearbetning Sparar CO 2
Minska åtgången av CO 2 med moderna beläggningar Insparad mängd: 771 g CO 2! HSS borr D=6 testade med olika beläggningar Arbetsmaterial Livslängd innan omslipning Antal omslipningar för att producera 10 000 hål Sparad mängd CO 2 per 10 000 hål AlCrN multilager TiAlN SUS 304 (1.4301 / SS2333/32) (rostfritt austenitiskt stål) 2500 1250 3 7 771 - Källa: Product information OSG (AMB 2008), Japan
Beläggningar är att värna om miljön PVD-skikt har låg miljöpåverkan Möjliggör torrbearbetning Sparar CO 2 Välj en lokal leverantör
Oerlikon Balzers Sandvik Coatings marknadsområde Beläggningscentra Fältsäljare Pickup service 23 Oerlikon Balzers 2011
Nära dig vart än du befinner dig 22 Centra 39 Centra 25 Centra Nord - & sydamerika Argentina Brasilien Kanada Mexico USA Europa Liechtenstein Österrike Beneluxländerna Tjeckoslovakien Finland Frankrike Tyskland Storbritannien Ungern Italien Polen Portugal Rumänien Ryssland Spanien Sverige Schweiz Turkiet Asien Kina Indien Indonesien Japan Korea Singapore Thailand Augusti 2010 24
Inte enbart för skärande bearbetning Stansning Formning Plasttillverkning Pressgjutning Insprutningssystem
Beläggning minskade produktionskostnaden med >40 % Produktion av gångjärn för baklucka till Volvo Verktygskostnad (EUR) Verktygslivslängd (enheter) Verktygskostnad per enhet (EUR Producerade enheter per minut Produktionskostnad per minut (EUR) Produktionskostnad per minut (EUR) Byteskostnad per enhet (EUR) Underhållsarbete per enhet (EUR) Obelagt 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 Övriga kostnader per enhet (EUR) Total produktionskostnad per enhet (EUR) Besparing 0.07 0.00 0.28 0.15 46 % 26
PVD-beläggning ökade produktiviteten med 20% Gängade kärnor för skruvkorkar Beskrivning Produktionsprocess: formsprutning Utmärkande för processen: smörjmedel och släppmedel kan inte användas vid förpackning av läkemedel och livsmedel Obelagda gängade kärnor Driftstopp: 1 dag/vecka BALINIT -belagda gängade kärnor - Problemfri produktion under åtskilliga månader - 10% kortare cykeltider - 20% produktivitetsökning 27
Pressgjutning till bilindustrin - Bakre rail i magnesium Produktens yta Application result + tool picture Applikation Kund Finnveden Gjutal AB Beskrivning av applikationen Pressgjutning Producerad produkt Bakre rail till fordon Ursprungligt problem Påkladdning och tidsödande underhåll De fasta halvan belades med PVD skikt, Information om verktyget den rörliga halvan lämnades obelagd för jämförelse Mått och material 390x670x124 mm, DIEVAR, 46-48 HRC 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Belagd Obelagd Procent av totala underhållet Arbetsmaterial Magnesiumlegering, temperatur 690 C Smörjning/Kylning Vattenbaserad olja Resultat från kunden Beläggningstyp Extra tjock TiAlN, 8 µm, Balinit LUMENA Förbehandlingar Duplex och Balismooth Efterbehandling Efterpolering Applikationsresultat Ytterligare positivt resultat Levererades dec-06 Verktyget bedömdes efter 30 000 skott. Den belagda delen var som ny; den obelagda hade redan krackeleringar från termisk utmattning. Användningen har fortsatt och verktyget var fortfarande i bruk mars-11! Mycket mindre och enklare underhåll krävs på den belagda halvan. Ingen efterbearbetning av den sida som ligger an mot den belagda halvan av verktyget.