I en studie från Beihang University i Kina, publicerad i International Journal of Production Research, kopplas prediktivt underhåll direkt till produktkvaliteten. Men hur ska tillverkare kunna kombinera denna förutsägbarhet och höga kvalitet vid stålsvarvning med färre arbetare på verkstadsgolvet, eller med helt obemannad produktion? Här förklarar Rolf Olofsson, som är produktchef på Sandvik Coromant, varför rätt verktygsuppsättning tillsammans med felsäkrade processer är avgörande för komponentkvaliteten.
Krönika Rolf Olofsson, Produktschef Sandvik Coromant
Samtidigt som forskningen på Beihang University belyser ”det starka sambandet mellan underhållsstrategi, produktionsplanering och kvalitet”, märker Sandvik Coromant av en växande trend där maskintillverkare infogar processövervakningssystem i moderna CNC-maskiner.
I den nyligen utkomna Digital Factories 2020 report från Pricewaterhouse Coopers (PwC) rekommenderas att ”Företagen måste fatta smartare beslut med hjälp av prediktiv analys och maskininlärning,” medan 98 % av tillverkarna i enkäten menade att de förväntar sig att öka effektiviteten genom prediktivt underhåll. Samtidigt förväntas den globala marknaden för produktionsövervakning växa från 4,0 miljarder dollar under 2018 till 6,4 miljarder dollar 2023, vid en genomsnittlig årlig tillväxt (CAGR) på 9,8 %, enligt MarketsandMarkets.
I enlighet med dessa trender har förutsägbarheten även blivit allt viktigare inom modern svarvning av stålkomponenter. Detta sammanfaller med en allt mer begränsad mänsklig övervakning i ljuset av de nya kraven på social distansering i fabriksmiljöer. Det är tydligt att obemannad produktion är vägen framåt – men det förutsätter att man har förmågan att upptäcka verktygsförslitning i tid och undvika plötsliga brott på verktygen.
Utan mänskliga åtgärder
Återkommande skärbyten, avbrott i bearbetningen och att inte kunna hitta rätt skär för respektive applikation eller material är tidstjuvar inom den moderna produktionen.
Flera olika faktorer kan förhindra tillverkare av stålkomponenter från att uppnå önskat antal arbetsstycken per skift. Inte minst brister i verktygets motståndskraft mot förslitning. Detta gäller särskilt för applikationsområdena ISO P15 och P25. ISO P15 och P25 avser de krav som olika arbetsbetingelser ställer på bearbetningsparametrarna. Hit hör skärdata, ytjämnhet, skärdjup, bearbetade eller råa ytor och kontinuerliga eller intermittenta skärförlopp.
Det är inom detta applikationsområde som hårdmetallskär med överlägsen slitstyrka blir avgörande för att stödja obemannad, eller fullständigt automatiserad, produktion.
Vad avser vi då med slitstyrka? Det finns olika slag. Till exempel har brottstyrkan avgörande betydelse, liksom att skäreggen kan motstå den plastiska deformering som lätt uppstår vid extrema temperaturer. Dessutom måste beläggningen på skäret förhindra fasförslitning, gropförslitning och löseggsbildning. Det är också avgörande att beläggningen verkligen fäster på substratet. Vid dålig vidhäftning av beläggningsskiktet blottas substratet, så att brottet snart kan vara ett faktum.
Nyckeln till att undvika dessa förslitningsfenomen är att begränsa den kontinuerliga, kontrollerbara förslitningen och helt eliminera plötslig, okontrollerbar förslitning. Detta är inte alldeles enkelt, givet den aktuella trenden med begränsad mänsklig övervakning – eller helt utan – men det finns flera tekniker som kan utnyttjas. Man talar ofta om prediktivt och förebyggande underhåll, liksom om intelligenta program och sensorer som kan fungera som ”ögon och öron” på en maskin och ge stöd med optimala rekommendationer för att kompensera när verktygets prestanda försämras.
Det går alltså att uppnå en bättre förslitning med hjälp av sensorer, men hur skulle det gå med bättre verktygsuppsättning?
Undvika brott
När man ska välja ett skär med bättre prestanda, är den perfekta sorten den som begränsar uppkomsten av oönskade förslitningar, eller rent av förhindrar dem helt vid vissa operationer. Förutsägbar förslitning är särskilt viktig vid obemannad eller fullständigt automatiserad produktion.
För att uppnå minimal förslitning är det nödvändigt att välja rätt hårdmetallskär, med konstanta och förutsägbara prestanda. Därför har Sandvik Coromant lanserat ett par nya hårdmetallsorter för ISO P-svarvning i sitt sortiment, GC4415 och GC4425, som båda är konstruerade för bättre slitstyrka, varmhållfasthet och seghet.
Båda sorterna är framför allt perfekta till låglegerat och olegerat stål. De kan bearbeta ett stort antal arbetsstycken och bidrar till högre verktygslivslängd – både vid mass- och batchproduktion.
Sorterna GC4415 och GC4425 – namnen hänvisar till P15 och P25 – innehåller båda två den andra generationens Inveio®-teknik. Inveio innebär en enhetlig kristallorientering i skiktet med aluminiumoxidbeläggning, vilket går att se när man undersöker materialet i mikroskop och ger unika egenskaper.
Alla kristaller i aluminiumoxidbeläggningen ligger riktade åt samma håll, vilket skapar en slitstark barriär mot skärzonen. Kristallorienteringen har förbättrats väsentligt i den andra generationens Inveio-beläggning. Detta ger skären ännu högre slitstyrka och verktygslivslängd – och kan stödja förutsägbar förslitning.
Riktigt goda resultat
GC4415 och GC4425 har redan visat imponerande resultat för Sandvik Coromants kunder. I jämförelse med skäret från en konkurrent hade GC4425 en livslängd på hela 270 detaljer mot konkurrentens 150.
Ett annat jämförelsetest utfördes av en kund inom allmän verkstadsindustri i USA. Här mättes prestandan hos GC4415 mot en konkurrents hårdmetallskär. Båda skären användes till batchproduktion inom svarvning och finbearbetning av ett arbetsstycke i 330HB-stål och verktyget byttes när det började få en dålig ytjämnhet. I båda fallen användes emulsionsskärvätska.
Slutresultatet talade för sig självt. Med GC4415-skäret lyckades kunden nästan fördubbla skärdataparametrarna. Hit hörde en skärhastighet (vc) på 280 m/min (918 fot/min) med GC4415 jämfört med 200 m/min (656 fot/min) med konkurrentens verktyg och en matningshastighet (fn) på 0,15 mm/varv (0,006 tum/varv) jämfört med 0,1 mm/varv (0,004 tum/varv).
Kunden lyckades påtagligt öka både verktygslivslängden och produktiviteten. Sammantaget producerade Sandvik Coromants GC4415-skär med Inveio-teknik dubbelt så många detaljer – 80 stycken, jämfört med 40 för det andra verktyget – innan det började visa tecken på förslitning. Detta betyder en produktivitetsökning på 100 % och fördubblad skärlivslängd.
Digital förstärkning
Förutom att förstärka verktygsuppsättningen med skär av sorterna GC4415 och GC4425, har Sandvik Coromant även flyttat fram sitt digitaliseringserbjudande. Här samarbetade företagets specialister nära med maskinverktygstillverkare, molnleverantörer och nätverksföretag för att utveckla CoroPlus®– en digital plattform med uppkopplade verktyg och programvara.
Programvaran avspeglar hur tiderna har förändrats. Tidigare behövde operatörerna lita på erfarenhet och magkänsla för att förbättra processerna och upptäcka förslitning i verktygen. Idag kan produktionscheferna med hjälp av sensorförsedda verktyg justera, styra och övervaka bearbetningsprestanda automatiskt i realtid.
CoroPlus-plattformen har redan visat sig värdefull när det gäller att övervaka och styra sensorförsedda verktyg. Plattformen underlättar processoptimering genom att undanröja de tidigare nämnda ”tidstjuvarna” inom modern produktion, minska antalet produktionsstopp som krävs för att byta ut slitna verktyg – inklusive svarvskär av hårdmetall – och minska mängden spill.
Dessutom utgör CoroPlus, i kombination med skär av sorterna GC4415 och GC4425 eller andra förbättrade Sandvik Coromant-verktyg, en väsentlig del av stödet för prediktivt underhåll. Det är genom en kombination av rätt programvarusystem som tillverkarna kan förutsäga verktygsförslitning och undvika plötsliga brott.
Detta ger inte bara tillgång till fördelarna med obemannad produktion – ökad processäkerhet, minskad stilleståndstid och skyddade investeringar. Sättet det sker på kopplar även, som studien från Beihang University framhåller, det prediktiva underhållet direkt till en konstant produktkvalitet.
För mer information: Sandvik Coromant
