Så möter traditionella HSS-verktyg dagens behov

Användandet av snabbstålsverktyg (HSS) ökar stadigt världen runt utan någon tendens till avmattning. Världsmarknaden för HSS-verktyg väntas växa till mer än 10 miljarder dollar fram till 2020 (Källa: Global Industry Analysts) http://www.strategyr.com/MarketResearch/High_Speed_Steel_HSS_Metal_Cutting_Tools_Market_Trends.asp).
Detta är en betydande summa, särskilt med tanke på att den totala världsmarknaden för skärande verktyg uppskattas till omkring 18,5 miljarder dollar. Ökningen beror på ett stadigt växande behov från viktiga sektorer, t ex fordonsindustrin, bygg-, elektro- och annan tung industri.  Ricky Payling, produktstrateg för roterande verktyg hos Dormer Pramet, reflekterar över varför snabbstål fortfarande är ett populärt alternativ, de olika materialsammansättningarna som finns och hur materialet har anpassats till en industri i snabb förändring.
Ett populärt alternativ
Trots den växande konkurrensen från hårdmetallen fortsätter snabbstålet att vara populärt hos tillverkare tack vare sin höga slitstyrka och hårdhet kombinerat med utmärkt seghet. HSS-verktyg passar bäst att använda vid massproduktion där livslängd, mångsidighet, produktivitet och verktygskostnad är det viktigaste för användaren. Därför spelar de fortfarande en stor roll för effektiv och pålitlig bearbetning av många komponenter. Att även produkternas kvalitet och kostnadseffektivitet svarar upp mot kundens behov visar sig öka attraktiviteten i det rådande globala ekonomiska klimatet.
För att möta behovet av snabbstål från världsmarknaden har verktygstillverkarna lagt ned betydande resurser på det här segmentet. Dessa omfattar investeringar, inte bara i nya verktyg utan också i forskning och utveckling. Detta har lett till att snabbstålsverktyg har blivit pålitligare, med färre nackdelar, lägre produktionskostnad och kortare tillverkningstid. Utvecklingen av förbättrade substrat, t ex pulverstål, och nya beläggningar har även bidragit starkt till verktygens förbättrade prestanda.
Bland Dormers produktprogram finns f.n. fyra olika materialtyper att tillgå, nämligen snabbstål (HSS), koboltsnabbstål (HSS-E), snabbstål/hårdmetall (HSS-HM) och pulversnabbstål (HSS-E PM). De här materialen används till våra borrar, brotschar, försänkare, gängtappar och fräsar.
Sammansättning av HSS
Ett typiskt snabbstål innehåller Krom (4%), Volfram (c:a 6%), Molybden (upp till 10%), Vanadin (c:a 2%), Kobolt (upp till 9%) och Kol (1%).  Variationerna i de ingående komponenterna ger materialet lite olika egenskaper. Krom höjer härdbarheten och förhindrar flagning. Volfram ger förbättrad skärförmåga och bidrar till att stålet behåller hårdheten genom att det ökar värmetåligheten.
Molybden – en biprodukt vid koppar- och volframframställning  – förbättrar även den skäreffektiviteten, hårdheten och värmetåligheten. Vanadin, som förekommer i många mineral, bildar mycket hårda karbider som ger bra motstånd mot slitage vid höga temperaturer, ökar styrkan och bidrar till att behålla materialhårdheten.
Kobolt förbättrar värmetåligheten, bibehåller hårdheten och ökar värmeledningen något. Ett tillägg av fem procent kobolt för borrar och åtta procent för pinnfräsar till snabbstålet är vanligt. Ett typexempel är att koboltlegerade borrar används i speciella applikationer som kräver värmetålighet och styrka.
Kol ökar slitstyrkan och står för den grundläggande hårdheten (c:a 62-65 HRc).
Fördelar
HSS-verktyg kan motstå vibrationer oberoende av maskintyp även då maskinstabiliteten har försämrats  över tid och/eller där inspänningen av arbetsstycket är vek. Materialet är mer förlåtande mot slag mot ex. fräsens tänder och är okänsligt mot oregelbundet kylvätskeflöde.
Snabbstål tillåter också att man kan framställa extremt vassa eggar. Det gör det lättare att bearbeta sega material och orsakar mindre deformationshärdning i austenitiskt rostfritt stål och nickellegeringar, samt ger bättre ytkvalitet och toleransnoggrannhet på arbetsstycket.Eftersom materialet skärs istället för att slitas bort ökar livslängden tack vare att temperaturen i eggen kan hållas låg. Dessutom minskar skärkrafterna vilket innebär lägre effektbehov.
Ur livslängdssynpunkt klarar HSS-verktyg intermittenta ingrepp mycket bra. Men de är mycket mer begränsade när det gäller skärhastighet jämfört med hårdmetallverktyg.
Beläggningar och substrat
HSS är sedan länge ett etablerat verktygsmaterial, men det betyder inte att det inte har varit föremål för kontinuerlig utveckling och förbättring sedan det introducerades i slutet av 1800-talet. Dormer Pramets olika HSS-material, t.ex. är allt utom omoderna. Vi har investerat  i pulvermetallurgi för att kunna erbjuda ännu bättre material. HSS-E som pulverstål innehåller en större mängd legeringsämnen som ger materialet unika egenskaper som högre seghet, slitmotstånd och hårdhet. Användandet av HSS-E-PM förlänger livslängden och gör den mera förutsägbar. Materialet klarar även högre skärhastigheter och matningar och minskar risken för urflisningsproblem.
De senaste produkterna där pulverstålsteknologin har kommit till användning är Dormers  Shark Line-tappar. De tillverkas av ett HSS-E-PM stål, som är speciellt utvecklat för tappar. Det har högre seghet, pålitligare  egenskaper och överlägsen slipbarhet jämfört med konventionella snabbstål. Egenskaper som gör att tapparna har längre och mera förutsägbar livslängd. HSS-E och HSS-E-PM är även mycket lämpade att belägga med en mängd olika beläggningstyper, t.ex. titan-nitrid (TiN), titan-aluminium-nitrid (TiAlN), titan-karbo-nitrid (TiCN), samt diverse multilagerbeläggningar. Beläggningar ökar livslängden väsentligt och förbättrar HSS-verktygens prestanda vid användningar som kräver hög produktivitet, skärhastighet och matning samt i torra applikationer i svårbearbetade material.
Beläggningarna ger en mycket hård yta som motstår slitage, de har låg friktion som underlättar spånbildningen, de minskar skärkrafterna och värmeutvecklingen, motstår gropförslitning och förbättrar ytfinheten på arbetsstycket. Som exempel är TiAlN-belagda HSS-E verktyg mycket lämpliga för torr bearbetning i gjutjärn och har högt värmemotstånd, medan TiAlN-belagda HSS-E-PM verktyg passar bra till att bearbeta titan- och nickellegeringar.
Sammanfattning
I en tid där användare kräver pålitliga, mångsidiga verktyg till ett konkurrenskraftigt pris är snabbstålsverktyg fortfarande det ideala valet för en mängd olika användningar. Snabbstålsverktygen behåller således fortfarande sin givna plats på marknaden gentemot nyare och mer tekniskt avancerade material.
Snabbstålet har under de många år det funnits hela tiden förbättrats genom att anpassas med nya beläggningar, ändrade sammansättningar och ny tillverkningsteknologi, som alla bidrar till att det behåller sin position som ett viktigt material inom skärverktygsindustrin. Konkurrensen har alltid varit stor inom skärverktygsindustrin och snabbstålsverktyg är fortfarande en nyckelgrupp som erbjuder kunder det som alltid varit starkt efterfrågat; valmöjlighet.
SIDOFÄLT: Studie av ett kundfall
Ett användningsexempel från verkligheten handlar om Dormers koboltlegerade (HSS-E) ADX-borr, A553, som har blivit en nyckelprodukt hos en svensk tillverkare. Larssons Mekaniska Verkstad, grundad 1951, lego tillverkar metallprodukter och sätter samman detaljer för en rad andra industrier. Särskilt ett jobb innefattade borrning av tusentals hål i rullar tillverkade av rostfritt 2346- och 2333-stål till förpackningsmaskiner. Ett 12,0 mm  A553-borr – med TiAlN Top-beläggning och invändig kylning – används till att borra tusentals, upp till 70 mm djupa hål, vilket motsvarar en borrad längd på 70-75 meter per borr.
För Larssons är HSS att föredra, säger CNC-operatören Gunnar Wistrand. “Borret kan flexa något i motsats till hårdmetallborr, som går rakt av och är därigenom mer förlåtande om något händer. En annan säkerhetsfördel med A553 är att vi kan köra maskinen obemannad utan risk för haveri.” Därför väger fördelarna klart mycket tyngre än nackdelarna, bekräftar Gunnar. “När vi använder A553 tar det 30 sekunder extra per rulle, men processen är mer förutsägbar och omställningstiden har kunnat minskas betydligt. Korta serier med många växlingar innebär också att bearbetningstiden är av mindre betydelse jämfört med att skapa en säker bearbetningsprocess med korta omställningstider. Med optimerad process och verktygsval skulle jag kanske tjäna 30 sekunder på varje rulle som framställs, men med en väsentligt osäkrare process. Och det är det inte värt om man sen får stå i timmar och byta grejor när det gått åt pepparn,” säger Gunnar Wistrand.
Utgivet av:                                                                                                                                                                                                            
Dormer Pramet