En berättelse om två skärande verktyg – roterande- vs. vändskärsverktyg

Före den industriella revolutionen på 1800-talet var skärande verktyg inte särskilt utvecklade och bearbetning av metaller var ett tidsödande arbete tills man fick tillgång till energi från ångmaskiner och senare även från elektricitet, som kunde användas för att driva maskinerna.
Under 1900-talet utvecklades maskinverktygen avsevärt genom introduktionen av snabbstål (HSS), då den moderna eran av skärande bearbetning hade sin början.
Idag finns det två typer av skärande verktyg, roterande- och vändskärsverktyg. Roterande verktyg, är gjorda i ett helt stycke och består av skaft och skäreggar. Typiska exempel på sådana är borrar, gängtappar och pinnfräsar.
I vändskärsverktyg används utbytbara insatser gjorda främst av hårdmetall, som är fastspända på en verktygskropp. Vändskären är ofta utformade med flera eggar, som kan indexeras fram efterhand som de slits ut. Dessa används vanligen för svarvning, fräsning och håltagning.
Fabio Sala är produktchef för roterande verktyg och Lukas Pavlis, produktchef för vändskärsverktyg hos Dormer Pramet. Båda nämner nedanstående nyckelegenskaper som utgör skillnaden mellan de båda typerna av verktyg – material, prestanda och mångsidighet inkluderade.
Material – vändskärsverktyg
I början av 1900-talet, var verktygsmaterialet som skärande verktyg framställdes av endast marginellt hårdare än det material som skulle bearbetas. Därför var verktygslivslängden dålig och man var tvungen att hålla skärhastigheten låg.
I takt med att verktygsmaterialet utvecklades, kunde man öka skärhastigheten i takt med att materialen fick bättre motståndskraft mot höga temperaturer utan att förlora sin hårdhet.
Ju hårdare verktygsmaterial, desto högre slitstyrka, med längre verktygslivslängd som resultat. Kompromissen här är att hårdare verktygsmaterial är sprödare och det är större risk för skador eller verktygsbrott under ogynnsamma bearbetningsförhållanden.
Mjukare verktygsmaterial innebär att verktyget blir segare och tillåter problemfri körning i maskinen också vid ogynnsamma bearbetningsförhållanden. Trots att de segare verktygsmaterialen klarar slag och ogynnsam bearbetning bättre, så måste de dock köras saktare och livslängden blir heller inte lika lång.
Det idealiska materialet för skärande verktyg skall kunna motstå fas- och spetsförslitning, såväl som eggdeformation, vara segt för att motstå verktygsbrott, skall inte reagera kemiskt med materialet i arbetsstycket, motstå oxidation och diffusion samt ha bra motstånd mot plötsliga termiska förändringar.
Vändskär görs av hårdmetall, vilket är det vanligaste materialet för tillverkning av vändskärsverktyg. Andra material som också används för skär är cermet (CT), keramik (CC), kubisk bornitrid(CBN) eller polykristallin diamant (PCD). CT har bra motstånd mot fas- och gropförslitning och är inte benäget att skapa löseggsbildning på skäreggarna. Tack vare detta så hålls skäreggarna vassa längre.
CC har ett brett applikationsområde när det gäller att skära hårda material (45-55 HRc) och har hög motståndskraft mot nötande material och termiska förhållanden. CBN är ett utmärkt material för skärande verktyg och erbjuder ett extremt högt termiskt motstånd. CBN används för material såsom härdat stål och gjutjärn.
PCD finns i två typer (naturlig diamant och industridiamant) och används för icke-järnmaterial, såsom högkiselhaltig aluminium beroende på dess höga motstånd mot förslitningar. Eftersom PCD är extremt hårt och sprött, är det inte något bra val för applikationer som kräver hög hållfasthet och motstånd mot slag och vibrationer.
Material – roterande
Roterande skärande verktyg har traditionellt sett tillverkats av snabbstål (HSS), koboltlegerat snabbstål (HSCo och HSS-E) eller solid hårdmetall.
De legeringsämnen som är vanligast i snabbstål är kol, krom, volfram, molybden, vanadin och kobolt.
HSS är en mycket universell legering, som har god skärbarhet och prestanda. Det är ett slitstarkt och kostnadseffektivt alternativ för bred användning inom storskaliga borrnings- och gängningsapplikationer i en mängd olika material. Men HSS har begränsat motstånd mot nötning, vilket innebär att det inte är lämpligt för krävande och svåra förhållanden.
HSCo erbjuder en god kombination av slitstyrka och hårdhet, säkerställer god skärbarhet och nötningsmotstånd. Detta gör materialet lämpligt för borrar, gängtappar, fräsar och brotschar.
Hårdmetall är idag det mest slitstarka och använda materialet för skärande verktyg, lämpligt för applikationer både inom roterande verktyg och vändskärsverktyg.
Prestanda & mångsidighet – vändskärsverktyg
Ur ett kostnadsperspektiv representerar vändskärsverktygen – hållare och skär – en stor investering, men de har också potentialen att hålla längre. Dessutom, när man behöver byta verktyg, är dessa mer tids- och kostnadseffektiva på grund av att man bara behöver rotera alternativt byta skär.
För att göra den långsiktiga investeringen med skär ännu mer lönsam, så finns ofta flera skärtyper och sorter att välja mellan. Maskinoperatören kan låta fräsen (eller verktygshållaren) sitta kvar på plats medan han enkelt byter ut skäret och väljer de som bäst lämpar sig för bearbetningen av det aktuella arbetsmaterialet.
Vändskärsverktyg är ofta mer kostnadseffektiva än solida verktyg när det gäller ogynnsamma förhållanden samt kan utföra multipla operationer.
Båda verktygstyperna kan dock utföra samma applikationer t ex dykfräsning, spiralinterpolering, profilfräsning och håltagning. För större verktygsdiametrar är vändskärsverktyg de mest ekonomiska och oftast det enda alternativet.
Prestanda & mångsidighet – roterande skärande verktyg
Fastän roterande skärande verktyg generellt sett innebär en större initial investering jämfört med vändskärsverktyg, så kan denna investering spridas ut över tid genom möjligheten för omskärpning. Denna möjlighet finns inte för skär.
Geometrin, verktygsmaterialet och beläggningen på ett roterande skärande verktyg är avgörande för den prestanda man önskar uppnå. Applikationsspecifika verktyg har potential att producera bättre noggrannhet med längre livslängd än verktyg för generell användning. Roterande verktyg går också att tillverka i mycket små dimensioner.
Ett exempel är den fyrfacetterade korsspetsgeometrin, som används på borrar och som ursprungligen utvecklades för borrning av djupa oljehål i vevaxlar inom bilindustrin. Idag används den på många olika borrtyper och i ett brett område av hårda och mjuka material. Den kan användas på olika borrspetsvinklar, där den vanligaste är 135°.
Detta sätter fokus på utvecklingen av roterande verktyg där nyckelegenskaper, ursprungligen utvecklade för unika områden, med tiden, har utökats för användning i ett brett antal applikationer och material.
En viktig egenskap hos korsspetsen är att den har utmärkt självcentrering, vilket hindrar verktyget från att ”slinta” före ingreppet. Urspetsningen eller korsspetsen reducerar kast och ger en positiv släppning närmare centrum på borret.
En viktig uppgift för borrspetsen är att agera som spånbrytare så effektivt som möjligt och helst forma små, komma-liknande spånor, som lätt transporteras ut via spåren. Detta är en klar fördel i de flesta applikationer, men speciellt vid borrning i sega och långspånande material.
Sammanfattning
Både roterande- och vändskärsverktyg har sina egna distinkta fördelar baserat på material, vilken operation de skall användas för och önskemål från användaren. Utveckling och förbättringar görs för båda alternativen, såsom nya geometrier, beläggningar, verktygsmaterial och produktionsprocesser, exempelvis förbättrad eggpreparering, ytfinhet och andra behandlingar.
Båda alternativen skärande verktyg innebär en omfattande möjlighet för slutkunden att välja ur ett brett sortiment av diametrar och applikationer för sina specifika applikationer.
Dormer Pramet har ett brett service-erbjudande, tryckta broschyrer och kataloger, E-shop, ett program för verktygsval på internet (Product Selector) liksom personlig verktygsrådgivning, vilket allt sammantaget förenklar ditt val av rätt verktyg.
För ytterligare information om det breda sortimentet av roterande- och skärande verktyg från Dormer Pramet, vänligen kontakta ditt lokala försäljningskontor eller gå in på www.dormerpramet.com.