Teränpitimillä on vahva yhteys koneistuksen tuottavuuteen

Kaikki teränpitimet eivät ole samanlaisia
Mikään teränpidin ei sovellu kaikkiin mahdollisiin käyttötarkoituksiin. Suurilla nopeuksilla tehtävään viimeistelyyn suunniteltu teränpidin ei tavallisesti ole riittävän luja ja kestävä soveltuakseen hyvin esimerkiksi tuoreiden raakavalosten karkeaan rouhintaan. Vastaavasti rouhintaan suunnitellun teränpitimen / jyrsimen tasapainotus ei yleensä riitä sujuvaan koneistukseen suurella nopeudella tehtävissä viimeistelyssä. Tämän lisäksi tukevarakenteisilla ja isokokoisilla rouhintapitimillä voi olla vaikea ulottua pienikokoisiin tai syvällä työkappaleessa oleviin työstökohteisiin. Kovat tai sitkeät työkappaleet vaativat erityisen kestäviä ja lujia teränpitimiä. Tällöin tärkeiksi valintakriteereiksi nousevat myös teränpitimen värinänvaimennusominaisuudet ja lastuamisnesteen suuntauksen ja annostelun mahdollisuus.

Sopimattoman teränpitimen käyttö voi aiheuttaa työkappaleisiin mittavirheitä ja turhaa hävikkiä. Lisäksi työstökoneen kara voi rasittua ja kulua tavallista voimakkaammin, mikä lyhentää kääntöterien kestoikää ja lisää niiden rikkoutumista. Edullisella teränpitimellä voi saada aivan tyydyttäviä tuloksia ei-kriittisissä töissä. Mikäli laatuvaatimuksena on toistotarkkuus – ja erityisesti, jos kalliin työkappaleen hylkääminen pienentää voittomarginaalia – laadukkaisiin sovelluskohtaisiin teränpitimiin investoiminen on edullinen tapa ehkäistä tällaisia odottamattomia tappioita.

Joidenkin konepajojen päälliköille pitkänmalliset ja monenlaisiin käyttötarkoituksiin sopivat teränpitimet on hyvä tapa säästää kustannuksissa. Siitä huolimatta lyhimmän mahdollisen teränpitimen käyttö parantaa tukevuutta, vähentää pintaa vaurioittavaa värinää sekä pidentää työkalun ja kääntöterien kestoikää.

Teränpitimien hinta muodostaa alle kaksi prosenttia tuotannon kokonaiskustannuksista. Vaikka tämä kuluerä puolittuisi, säästöä tulee vain vähän, kun taas hylätyn työkappaleen tai rikkoutuneen terän kustannusvaikutus on merkittävä. Laadukkaat työkalut ja pitimet voivat parantaa koneistuksen tuottavuutta ja työvälineisiin tehty investointi maksaa itsensä nopeasti takaisin. Erityisesti vakaata työstöprosessia edellyttävillä aloilla, kuten ilmailukäyttöön tulevien osien valmistuksessa, monet valmistajat panostavat voimakkaasti laadukkaisiin työkaluihin vähentääkseen viallisia osia sekä vianmääritykseen tai tuotannon katkoksiin hukkaantuvaa aikaa. Ilmailualan osavalmistajat tyypillisesti varaavat runsaasti aikaa uusien teräpidintyyppien validointiin ennen niiden hyväksymistä tuotantokäyttöön.

Työkappaleen ominaisuudet vaikuttavat pitimen valintaan
Teränpitimen valintaan vaikuttavia tekijöitä ovat mm. kunkin työkappaleen materiaalin työstettävyys sekä valmiin osan ominaisuudet, sillä tietynlaisten muotojen tai rakenteiden työstäminen voi edellyttää tietynkokoista teränpidintä. Tästä huolimatta teränpitimien pitäisi olla mahdollisimman yksinkertaisia ja helppokäyttöisiä käyttäjistä johtuvien virheiden vähentämiseksi.

Työkalun kiinnitystekniikasta riippumatta erilaisten töiden toteutettavuus riippuu työstökoneen tukevuudesta, karan tehosta ja kyvystä saavuttaa haluttavat toleranssit. Esimerkiksi mikrometriluokan toleransseihin on turha yrittää päästä kuluneella koneella.

Avainasemassa ovat työstökoneen perusominaisuudet – suurnopeussovelluksiin suunniteltuja teränpitimiä voi hyödyntää tehokkaimmin lineaarijohteisessa nopeatoimisessa koneessa, kun taas liukujohteiset koneet kestävät paremmin raskasta työstöä. Moniajokone taas saa eniten irti teränpitimistä, jotka soveltuvat sekä sorvaukseen, jyrsintään että poraukseen.

Teränpitimen valintaan vaikuttaa myös käytettävä työstöstrategia. Konepajalla voidaan valita käyttöön esimerkiksi työkaluja, jotka maksimoivat tuottavuuden sellaisissa suuren lastuamisnopeuden sovelluksissa, joissa lastuamissyvyys ei ole kovin suuri, tai sellaisessa korkean suorituskyvyn lastuamisessa, jossa painopiste on suuren lastuvirran tuottamisessa koneilla, joissa on riittävästi tehoa, mutta hitaampi käyntinopeus.

Heiton vähäisyys ja toistettavuus voi auttaa pitämään työkalun lastuamisleveyden yhdenmukaisena, mikä vähentää värinää ja pidentää työkalun kestoikää. Tasapaino on ensisijaisen tärkeä, ja laadukkaan teränpitimen tulisikin olla hienotasapainotettu arvoon G2,5 nopeudella 25 000 rpm (1 g.mm). Konepajat voivat tehdä omia selvityksiään ja pyytää neuvoa työkalutoimittajilta löytääkseen sellaisen teränpidinjärjestelmän tai järjestelmien yhdistelmän, joka täyttää tuotannon tarpeet kustannustehokkaasti.

Jokaisella pitimellä on paikkansa
Riippumatta siitä, onko teränpitimen kiinnitystyyppi tavallinen Weldon, holkki, lämpökutisteliitäntätai mekaaninen tai hydraulinen liitäntä, pidin on valittava käyttötarkoituksen tarpeiden mukaan. Esimerkiksi Weldon-varsityökaluille tarkoitetut yksinkertaiset varsijyrsinpitimet ovat tukevia ja helppokäyttöisiä, välittävät hyvin vääntömomenttia sekä tarjoavat turvallisen ja lujan kiinnityksen, josta työkalu ei helpolla irtoa. Ne sopivat hyvin rouhintaan, mutta niiden samankeskisyys on huono, ja ne ovat lähtökohtaisesti huonosti tasapainotettuja eikä niitä kannata käyttää suuria kierrosnopeuksia hyödyntäviin sovelluksiin.

Kiristysholkit ja vaihdettavat holkit ovat yleisimmin käytettyjä kiinnitysmenetelmiä pyöreille työkaluille. Kustannustehokkaita ER-mallisia holkkeja on saatavana runsaasti eri kokoja, ja niiden kiinnitys on riittävän luotettava kevyeen jyrsintään ja poraukseen. Tarkoissa ER-holkkipitimissä on pieni heitto (< 5 µm työkalun kärjen kohdalla) ja symmetrinen rakenne, joka on tasapainotettavissa suuria käyttönopeuksia varten. Raskasta työstöä varten on saatavilla vahvistettuja malleja. ER-pitimet mahdollistavat nopean työkalujen vaihdon, ja niihin sopivat halkaisijaltaan monenkokoiset työkalut.

lämpökutisteliitäntä tarjoavat lujan kiristyksen, 3 µm:n samankeskisyyden 3xD-arvolla sekä erinomaiset tasapaino-ominaisuudet. Pitimen pään kapea, kompakti muoto helpottaa osien ahtaiden kohtien työstämistä.



Shrinkfit_Holder.jpg

Vahvistetut mallit sopivat kohtalaiseen tai raskaaseen jyrsintään, mutta kiristysvoima riippuu työkalun varren ja pitimen sisähalkaisijan toleransseista. Kutistuspitimien käyttö edellyttää lämmityslaitteen hankkimista, ja lämmitykseen/jäähtymiseen kuluu enemmän aikaa kuin pelkkään holkkien vaihtamiseen.

Mekaaniset jyrsinistukat kiristyvät tiukasti työkalun ympärille, ja niiden moneen riviin asennetut neulalaakerit takaavat kiinnityksen lujuuden säteittäissuunnassa. Rakenne mahdollistaa käytön raskaassa jyrsinnässä sekä työkalujen nopean vaihtamisen, mutta toisaalta heitto voi olla suurempi kuin holkkikiinnitystä käytettäessä. Mekaaniset istukat ovat tavallisesti muuntyyppisiä teränpitimiä kookkaampia, mikä voi vaikeuttaa osan ahtaampien kohtien työstämistä.



Power Milling Chuck.jpg

Hydraulipitimet tuottavat kiristysvoiman öljynpaineen avulla, ja niissä on vähemmän sisäosia kuin mekaanisissa istukoissa, joten niiden halkaisija on vastaavasti pienempi. Hydraulipitimillä on vähäinen heitto, ja niitä voi käyttää tehokkaasti kalvintaan, poraukseen sekä kevyeen jyrsintään korkeilla karanopeuksilla. Ne eivät kuitenkaan kestä kovaa säteittäissuuntaista kuormitusta.

Aivan yhtä tärkeää kuin lastuavan työkalun kiinnitykseen käytettävä tekniikka on myös se, miten teränpidin kiinnittyy työstökoneen karaan. Teränpitimen kara- tai karakartiopää määrää vääntömomentin siirtotehon sekä työkalun keskitystarkkuuden. Perinteiset BT-, DIN- ja CAT-kartiot toimivat tehokkaasti pienemmissä koneissa, mutta niiden käyttömahdollisuudet voivat olla rajallisia suuria nopeuksia käytettäessä. Sekä kartio- että laippakiinnitystä hyödyntävät mallit ovat tukevia ja käytössä tarkkoja, erityisesti pitkän ulottuvuuden työkaluilla. Suurten vääntömomenttien luotettavaan välittämiseen tarvitaan kookas kartio; esimerkiksi HSK-E32-karakartiota ei voi käyttää HSK-A125A-kartion tilalla raskaassa työstössä.

Kartiotyypin valinta riippuu usein paikallisista käytännöistä. HSK-tyyppi tuli markkinoille Saksassa 1990-luvun puolivälissä viisiakselisten koneiden suosion myötä. CAT-kartioita käytetään lähinnä Yhdysvalloissa, kun taas BT-varret, erityisesti kartio- ja laippakiinnitykselliset, ovat suosittuja Aasian maissa.

HSK-kartiot ovat erittäin yleisiä viisiakselisessa koneistuksessa, kun taas PSC (polygonal clamping system, Capto)- ja KM-kiinnitystä käytetään pääasiassa moniajokoneissa. Ne sisältyvät nykyisin ISO-standardiin. Sekä KM että Capto ovat modulaarisia järjestelmiä, jotka mahdollistavat yksittäisten työkalujen asennuksen eri mittaisiksi kokoonpanoiksi useita jatkos- tai supistuskappaleita käyttämällä. Teränpidintyypit, jotka mahdollistavat osien sorvaamisen, jyrsimisen ja poraamisen kiinnitystä vaihtamatta kasvattavat jatkuvasti suosiotaan moniajokoneiden käytön lisääntyessä.



Hydraulic Chuck.jpg

Huolimatta siitä, että jotkin patentoidut teränpidinjärjestelmät käyttävät yksilöllisiä pitimiä ja holkkeja innovatiivisilla tavoilla, jotka antavat vaikuttavia tuloksia, konepajan on harkittava tällaisten ratkaisujen hyötyarvoa. Kyseiset järjestelmät ovat usein hintavia, ja lisäksi niihin sopivat vain yhden toimittajan työkalut, mikä rajoittaa valinnanvaraa.

Kustannukset ja muut näkökohdat
Vaikka mekaanisen tai hydraulisen pitimen perushinta on korkeampi kuin kiristysholkki- tai kutistuspitimen, valintaan vaikuttavat myös muut tekijät, kuten kutistuspitimen lämmitysjärjestelmän hinta sekä työkalujen vaihtoon kuluva aika. Lisäksi jokaiselle työkalukoolle tarvitaan halkaisijan mukaan oma kutistuspidin, kun taas kiristysholkkipitimiä käytettäessä erikokoisten työkalujen käyttö sujuu helposti holkkia vaihtamalla.

Myös koneenkäyttäjillä ja työkaluja huoltavalla henkilöstöllä on tärkeä rooli teränpitimien onnistuneessa käytössä. Työstökoneiden ja muiden tuotantolaitteiden tavoin myös teränpitimien tehokas hyödyntäminen parhaalla mahdollisella tavalla edellyttää, että niitä käytetään ja huolletaan oikein. Koneenkäyttäjän on esimerkiksi työnnettävä työkalun varsi koko mitaltaan pitimeen, koska löysästi asennettu työkalu toimii värinän vuoksi epätarkasti ja saattaa jopa irrota kokonaan pitimestä. Työkalujen käyttöohjeita on ehdottomasti noudatettava; käyttäjät eivät saa esimerkiksi kiristää istukkaa jatkovarren avulla liian voimakkaasti, sillä tällöin holkki voi vääntyä ja työkalu kohdistua väärin.

Myös työkalujen huolto on tärkeää, mutta sitä laiminlyödään usein. Käyttäjien on aina puhdistettava teränpitimet ennen käyttöä ja tarkistettava myös työstökoneen kara. Pitimet on säilytettävä siistissä ja kuivassa paikassa, ja kartioissa on oltava suojukset. Hydraulipitimiä käytettäessä niiden hydrostaattinen paine on tarkistettava säännöllisesti.

Yhteenveto
Konepajojen on tiedostettava teränpitimien merkitys työstökoneiden toiminnalle ja perehdyttävä siihen, miten tietyille työkaluille, työstöstrategioille ja työkappaleille parhaiten sopivien teränpitimien valinta voi nostaa tuottavuutta ja vähentää kustannuksia. Teränpitimien valmistajien valikoimat ovat viime aikoina monipuolistuneet entisestään (ks. sivupalkki), ja niistä löytyy tuotteita hyvinkin yksilöllisiin käyttötarpeisiin.

Tulevaisuudessa parannuksia nähdään muuallakin kuin ainoastaan teränpitimien fyysisessä rakenteessa. Työkalujen hallinta ohjelmistojen ja RFID-tunnisteiden avulla kuuluu dataa hyödyntävään tuotantotapaan, joka on jatkuvasti yleistymässä. Teränpidintekniikan uusia edistysaskelia ovat mm. teränpitimet, joihin asennetuilla antureilla pitimeen kohdistuvia voimia voi tarkkailla reaaliaikaisesti. Kerättyjen tietojen avulla työstöparametreja voi säätää joko koneenkäyttäjä tai automaattisesti toimiva tekoäly, jolla on yhteys koneen ohjausyksikköön. Nämä ja muut uudet teknologiat lisäävät entisestään teränpitimien vaikutusta koneistuksen tuottavuuteen.

(Sivupalkki)
Teränpitimiä kaikkiin tarpeisiin
Seco Tools pyrkii jatkuvasti laajentamaan teränpidinvalikoimaansa asiakkaiden erityistarpeita paremmin vastaavaksi. Vuonna 2000 Seco Tools osti teränpidinjärjestelmiä tuottavan ranskalaisen EPB:n, jolla on runsaasti kokemusta teränpitimien, avarrustyökalujen ja vaimennettujen teräpitimien suunnittelusta ja valmistuksesta. EPB:n tuomien resurssien ansiosta Seco Tools voi nyt tarjota runsaasti erilaisia pitimiä, jotka on suunniteltu tiettyihin työstösovelluksiin.

Seco Tools tarjoaa useita erilaisia, asennusmitaltaan ja muodolta toisistaan eroavia kutistuspitimiä työkalujen kiinnitykseen. Esimerkiksi HD-kutistuspitimet on suunniteltu karkeaan rouhintaan, kun taas DIN-kutistuspitimet ovat ehdoton valinta väliviimeistelyyn ja viimeistelyyn huippulaatua edellyttävissä suuren lastuamisnopeuden sovelluksissa. M&D (mold & die) -kutistuspitimet on suunniteltu mm. valettujen ja meistattujen kappaleiden tai ilmailualan osien syvien urien väliviimeistelyyn ja viimeistelyyn.

Näiden lisäksi Seco Tools toimittaa myös ER- ja HP-kiristysholkkeja. Suosittuihin ja monipuolisiin ER-istukoihin sopivat halkaisijaltaan vaihtelevan kokoiset työkalut erikokoisia holkkeja käyttämällä. HP-kiristysholkit on suunniteltu tuottamaan työkappaleisiin laadukkaita pintoja korkeiden kierrosnopeuksien viimeistelyssä ja kevyissä rouhintasovelluksissa. Pitimissä on värinää vähentäviä vaimennusominaisuuksia, ja niitä käytettäessä koneistusta voi terärikonkin jälkeen jatkaa välittömästi holkin ja jyrsimen vaihdon jälkeen.

Seco Toolsin tehojyrsinistukat pystyvät raskaassa käytössä suureen lastuvirtaan, joten ne ovat käyttökelpoinen vaihtoehto kutistuspitimille ja Weldon-pitimille. Niiden käyttöönotto on vaivatonta, ja erikokoiset terät sopivat niihin ilman supistusholkkeja. Jatkettavien hydraulipitimien jatkosholkit taas mahdollistavat työkalujen monipuolisen kiinnityksen. Näiden pitimien heitto on alle 5 µm 3xD-arvolla. Hienotasapainotettuina ne sopivat myös suuren lastuamisnopeuden sovelluksiin. Integroitu öljytila toimii vaimennuselementtinä ja auttaa optimoimaan työstöpinnan laadun.

Secon teknisellä myyntihenkilöstöllä on kattava koulutus teränpitimien ominaisuuksista, kapasiteetista ja käyttökohteista, minkä lisäksi tukea on saatavilla myös paikallisilta asiantuntijoiltamme. Asiantunteva ja kokenut tekninen tukemme auttaa asiakkaita valitsemaan parhaiten sopivat pitimet tuotettavien osien sekä käytettävien koneiden ja työstöstrategioiden vaatimusten mukaan. Lisäksi Secon luettelot sisältävät teknisen oppaan, joka auttaa käyttäjiä tuottavimpien ja kustannustehokkaimpien tuotteiden valinnassa.

Tekijä:
Yves Heitz, yhtiön työkalujärjestelmien tuotepäällikkö