VERKTYGSSTÅL BEHANDLINGSMETODER FOTOETSNING AV VERKTYGSSTÅL Där verktyg tillverkas Där verktyg används
960202 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
Inledning Fotoetsning innebär en inetsning av ett mönster i ytan hos ett verktyg, t ex ett verktyg för plastformning. Det önskade mönstret överförs till ytan genom en fotografisk process. Mönstret etsas till önskat djup med hjälp av lämplig syra under noggrant kontrollerade förhållanden. Den producerade detaljen erhåller ett avtryck av detta mönster. Hela verktyg eller delar av det kan fotoetsas allt efter önskemål. Genom fotoetsning kan en mängd olika mönster framställas i praktiskt taget vilket verktyg som helst. Mönstren kan likna t ex läderyta eller trä eller vara enbart ett linjemönster med varierande riktningar och djup. Fotoetsning är en mycket populär och praktisk metod för framställning av tilltalande ytor på olika produkter. Typiska användningsområden är bl a inredningar i bilar och plastkåpor till olika slags maskiner och instrument. Fördelar med mönstrade ytor En mönstrad yta döljer smärre ytfel som kan uppstå vid tillverkningen eller under den fortsatta behandlingen eller monteringen. Kassationsprocenten för de färdiga produkterna blir därför lägre. Produkten ges en estetiskt tilltalande yta. Ytan är greppvänligare än en blank yta och alltså lättare att hålla i och hantera. Störande reflexer undviks till stor del. Ytterligare en fördel är att fingeravtryck och liknande fläckar inte syns så väl som på en blank yta. Denna broschyr behandlar fotoetsningen som slutbearbetningsmetod och de möjligheter den erbjuder samt vilka faktorer som måste beaktas för att man skall få ett gott resultat. Mönstrat formverktyg och detalj till bilratt. 3
Studium av etsbarhet För att tillse att verktygsmakare och verktygsanvändare får maximalt utbyte av fotoetsning från Uddeholm så har Uddeholm Tooling tillsammans med Standex närmare studerat vilka faktorer som är av vikt för ett bra resultat. De faktorer som undersökts är: stålsort och värmebehandlingstillstånd flamhärdning, svetsning och gnistbearbetning riktningsberoende variationer i stålets analys och renhet dimensionsberoende. Vid studiet av ovannämnda faktorer har stålets ytor genomgående slipats med 280 korns skiva. I en provningsomgång har samtliga prov etsats med användning av samma data för att gradera etsbarheten sett som avverkning hos de olika materialen. Därefter har etsdata varierats för att arbeta fram optimalt etsningsresultat. Nedanstående stål har i första hand undersökts som längdprov (i materialets valsriktning) i mjukglödgat tillstånd men också enligt parametrarna i tabellen. FOTOETSNING AV OLIKA STÅLSORTER Resultat Resultatet av etsningarna har bedömts med hänsyn tagen till etsdjup, mönsterlikhet, sidoetsningseffekt och ytutseende. Ytorna har inte endast bedömts visuellt utan även undersökts vid större förstoringar för att upptäcka och studera eventuella mikroskopiska skillnader. Glödgat material Beroende på etsmetod är det ibland nödvändigt med en speciell etsvätska då korrosionsbeständiga stål ska etsas. Detta gäller framförallt STAVAX ESR och ELMAX. Även ORVAR SUPREME och CALMAX uppvisar ibland ett svagare etsangrepp då standardvätskor används. Specialvätska rekommenderas därför även för dessa stålsorter. Övriga undersökta Uddeholmsstål SS parametrar RIGOR 2260 Hårdhet: 60 HRC Förhöjd restaustenithalt. CALMAX Hårdhet: 57 HRC ORVAR SUPREME 2242 Hårdhet: 52 HRC Grov- och fingnistade. IMPAX SUPREME Analysvariation. Flamhärdade till 54 HRC. Yta och centrum från grov dimension. Svetsad med IMPAX-elektrod. STAVAX ESR 2314 Hårdhet: 55 HRC Svetsad med STAVAXelektrod. ELMAX Hårdhet: 58 HRC Mjukglödgat Härdat till 55 HRC STAVAX ESR etsat med specialprocess. De övriga undersökta stålen visar bra resultat av etsning med standardprocess vid visuell bedömning. Vid studium av ytorna i mikroskop (9 ggr. förstoring) kan dock smärre skillnader observeras. De observerade skillnaderna har normalt ingen praktisk betydelse. De visar dock att om man har ett verktyg med insatser som skall etsas med samma mönster, är det lämpligast att använda material från samma stång eller block för att få exakt lika mönster på de producerade detaljerna. (Se Valsriktningens betydelse på sidan 6.) Mönstrad yta. 4
Härdat material Samtliga stålsorter har undersökts i härdat utförande. ORVAR SUPREME, CALMAX, STAVAX ESR och ELMAX uppvisar även här den tidigare beskrivna avvikelsen från de övriga beträffande etsbarhet. Vid studium av ytorna i mikroskop kan en svag tendens till strimmighet iakttas hos en del av de härdade proven. Strimmigheten ligger parallellt med valsriktningen, och fenomenet är ett uttryck för den normala valstågan som uppträder i legerade verktygsstål. Strimmigheten är dock av så måttlig omfattning att den saknar betydelse vid användning med normala segringsgrader, men det visar samtidigt vikten av att välja ett så homogent och väl genomarbetat stål som möjligt. Höga halter av restaustenit i ett härdat verktyg är ofta ofördelaktigt ur många synpunkter. Etsbarheten påverkas emellertid inte ens av relativt höga restaustenithalter enligt ett prov som utförts på RIGOR. Nitrerat material Om ett verktyg eller en insats skall nitreras, måste detta ske efter fotoetsning. Grundmaterial Flamhärdad zon Gnistbearbetning Om gnistbearbetning inte har utförts på rätt sätt kan en del defekter i ytan kvarstå efter bearbetningen. Effekten av grov- och fingnistning på fotoetsbarheten har därför också undersökts. Fotoetsning på grovgnistad yta ger mycket dåligt resultat (en anlöpning vid 250 C medför endast en obetydlig förbättring). Även efter fingnistning kan det vara svårt att uppnå godtagbart etsningsresultat. Flamhärdat material Flamhärdningens inverkan på IMPAX SUPREME har också studerats. Här framträder en tydlig skillnad mellan flamhärdad zon och seghärdat grundmaterial. I den flamhärdade zonen kan man urskilja en svag strimmighet liknande den hos härdade prov. Dessutom föreligger en skillnad i etsdjup mellan flamhärdat och seghärdat material. Om flamhärdning ska utföras bör detta ske efter fotoetsning. Fotoetsning på grovgnistad yta. Svetsning I vissa fall kan man behöva svetsa i ett verktyg, t ex för lagning. En svetsning innebär alltid ett kraftigt ingrepp i utgångsmaterialets jämna struktur. Svetsgodset och grundmaterialet måste ha liknande sammansättning om den svetsade ytan på en plastform skall fotoetsas. Annars kommer svetsen och grundmaterialet att reagera olika på etsningen, vilket ger motsvarande märke på plastdetaljen. Normalt kan svetsar i IMPAX SUPREME, STAVAX ESR och CALMAX med IMPAX WELD, STAVAX WELD och CALMAX WELD (eller TIG- WELD) inte urskiljas efter fotoetsning. Ytterligare information om svetsning ges i Uddeholms broschyr Svetsning. Svetsställen skall alltid klart och tydligt anges för fotoetsningsföretaget. Om man är osäker på hur gnistningen har utförts bör man slipa eller polera materialet för att avlägsna eventuella rester från gnistbearbetningen. Det finns särskilda provningssatser för att kontrollera gnistrester. Fotoetsningsföretagen bör alltid uppmärksammas på ytor som har gnistbearbetats. 5
Valsriktningens betydelse CALMAX har undersökts i både längd- och tvärriktningen i härdat och anlöpt tillstånd. Någon märkbar skillnad mellan proven har inte observerats. För detaljrika mönster vet man dock av erfarenhet att en viss skillnad kan uppstå. I de fall då det är viktigt att fotoetsade mönster på olika delar av ett formverktyg stämmer exakt överens, t ex vid användning av insatser, är följande förfarande att rekommendera: 1.Framställ alla delar som skall mönstras ur samma stång eller block. 2.Se till att alla ytor som skall mönstras har valstågan i samma riktning. DIMENSIONSBEROENDE Vid tillverkning av material i grova dimensioner kan man observera skillnader i materialets mikrostruktur mellan yta och centrum. För att studera hur dessa skillnader inverkar på fotoetsbarheten hos IMPAX SUPREME har prov från yta och centrum fotoetsats i dimensionen 500 mm diameter. Någon skillnad mellan de båda proverna har inte kunnat iakttas. VARIATIONER I STÅLETS ANALYS OCH RENHET Varje stålsort uppvisar alltid vissa små variationer i analys mellan olika charger. I detta sammanhang undersöktes två ytterligheter vad gäller sammansättningen av IMPAX SUPREME, men några skillnader i etsresultat har inte kunnat observeras. Normala analysvariationer hos Uddeholm Toolings verktygsstål påverkar således inte fotoetsbarheten. Stålets renhet och i synnerhet dess svavelhalt kan påverka mönsterutseendet. Det seghärdade plastformstålet IMPAX SUPREME är särskilt lämpligt för fotoetsning av två skäl: det har en mycket ren mikrostruktur eftersom det vakuumavgasas under tillverkningens gång, och det har också mycket låg svavelhalt (max. 0,010%). Det finns dock liknande ståltyper men med mycket högre svavelhalter (0,08%). Dessa kan ge strimmighet vid fotoetsning, vilket framgår av följande bild. Yta Centrum IMPAX SUPREME 500 mm diameter. Ådrat, träimiterat mönster på pressat kastrullhandtag. Fotot visar strimmighet vid fotoetsning av seghärdat plastformstål med hög svavelhalt. 6
Sammanfattning Ett antal av Uddeholm Toolings verktygsstål har undersökts beträffande fotoetsbarhet. Resultaten av dessa undersökningar samt andra erfarenheter kan sammanfattas i följande punkter: Samtliga undersökta stålsorter kan fotoetsas med tillfredsställande resultat. Vissa mikroskopiska skillnader finns, men de saknar normalt praktisk betydelse. ORVAR SUPREME, CALMAX, STAVAX ESR och ELMAX måste etsas med specialprocess. Om nitrering skall utföras måste den äga rum efter fotoetsningen. Flamhärdning bör undvikas före fotoetsning då materialet etsas olika i flamhärdad zon och i seghärdat grundmaterial. Ett svetsat verktyg kan i vissa fall fotoetsas. En förutsättning är dock att samma material används i svetsfogen och grundmaterialet. Gnistbearbetade ytor bör slipas eller poleras för att man skall vara på den säkra sidan. Om rester från gnistningen finns kvar, erhålls ett dåligt etsresultat. Fotoetsningsföretagen bör alltid noga uppmärksammas på verktygsytor som har flamhärdats, svetsats eller gnistbearbetats. Om flera delar ingår i ett verktyg och dessa skall fotoetsas med exakt samma mönster bör man välja samma material och samma längdriktning för samtliga delar. Normala analysvariationer inom samma stålsort har ingen skadlig inverkan. Stål med ren mikrostruktur och låg svavelhalt ger den noggrannaste och jämnaste mönsteråtergivningen. Olika dimensioner på utgångsmaterialet inom en och samma stålsort ger i regel inga skillnader. Skärande bearbetning skall följas av avspänningsglödgning före finbearbetningen. Grövre slipmedel än 220 korn får inte användas på ytor som skall fotoetsas. Del av bilratt som tillverkats med ett fotoetsat verktyg av IMPAX SUPREME. Mönstrat hölje till polaroidkamera, tillverkat i fotoetsat verktyg. Formmaterial: STAVAX ESR. 7