Lastuavat työkalut

Lastuava työstö tarkoittaa työkappaleen valmistusta erilaisilla koneistusprosesseilla, joiden aikana syntyy lastuja kuten jyrsimällä, sorvaamalla, poraamalla, kierteittämällä, höyläämällä, hiomalla tai sahaamalla. Lastuavassa työstössä työkalu työkappaleesta materiaalia liikkumalla työkappaleeseen nähden tietyllä syöttö- ja työstöliikkeellä ja tätä kutsutaan yleisesti koneistukseksi. Koneistamalla valmistetaan tyypillisesti esimerkiksi erilaisia koneiden ja laitteiden osia ja komponentteja, kuten venttiilejä, sylintereitä tai hammaspyöriä, sekä muotteja erilaisten muovituotteiden valmistamiseen. Nykypäivänä metallintyöstökoneet ovat pääsääntöisesti automaattisia ns. CNC (Computer Numerical Control) -ohjattuja työstökoneita. Metallintyöstökoneet ryhmitellään pääsääntöisesti sekä sorveiksi että jyrsinkoneiksi. Erilaisia sorveja ovat mm. kärkisorvi, CNC-sorvi, karusellisorvi, monitoimisorvi, pitkäsorvausautomaatti jne. sekä erilaisia jyrsinkoneita ovat mm. manuaalijyrsin, pystykarainen työstökeskus, vaakakarainen työstökeskus, pitkäjyrsinkone, portaalijyrsinkone, aarpora jne. Nykypäiväisiä CNC-ohjattuja työstökoneita ohjelmoidaan yleisesti CAM-ohjelmistoilla, joiden avulla sähköiselle työpiirustukselle voidaan määritellä työstömenetelmät, lastuavat työkalut ja työstöarvot ja luoda työstökoneen ohjaukselle sopiva NC-koodi.

Lastuavat työkalut luokitellaan yleisesti seuraaviin ryhmiin:

• Sorvaus: työstömenetelmä, jossa työkappale pyörii ja työkalu leikkaa materiaalia liikkumalla syöttöliikkeellä. Erilaisia sorvausmenetelmiä ovat esimerkiksi otsapinnan sorvaus, rouhinta- ja viimeistelysorvaus, pistosorvaus, sorvaus pistoterällä, dynaaminen sorvaus, kierteen sorvaus ja PrimeTurning. Sorvauksessa käytettävät työkalut ovat yleisimmin kääntöterällä varustettuja ulko- tai sisäsorvauspitimiä, joiden avulla voidaan sorvata erilaisia olakkeita ja muotoja, uria ja kierteitä ja katkaista sorvattava työkappale. Sorvausteräpitimet voivat olla joko varsi- tai Capto-kiinnityksellä.
• Jyrsintä: työstömenetelmä, jossa työkalu pyörii ja lastuaa materiaalia syöttöliikkeellä. Jyrsintä voi olla taso- tai sivujyrsintää, porausjyrsintää, urajyrsintää, dynaamista jyrsintää, 3D pintajyrsintää, viistejyrsintää, jne. Jyrsinnässä käytettävät lastuavat työkalut ovat tyypillisimmin täyskovametallisia varsijyrsimiä tai vaihdettavilla teräpaloilla varustettuja jyrsinterärunkoja, joiden avulla voidaan jyrsiä tasoja, olakkeita ja uria sekä muita muotoja.
• Reiän työstö: työstömenetelmä, jossa joko työkappale tai työkalu pyörii ja työstö tapahtuu työkalun pyörähdysakselin suuntaisesti. Reiän työstöä voi olla poraus, kierteitys, väljennys, kalvinta, sekä avarrus. Reiän työstön yleisimmät työkalut ovat kovametalliporat, vaihtokärkiporat, u-porat ja avartimet.
• Kierteitys: työstömenetelmä, jossa työkappale tai työkalu pyörii ja työkalun syöttöliike tapahtuu työkalun pyörähdysakselin suuntaisesti samassa suhteessa kierteen nousun. Kierteitä voidaan tehdä lastuavalla tai muovaavalla ns. manglaavalla kierretapilla tai kierrejyrsimellä.

Oikean työkalun valintaan vaikuttavia asioita ovat koneistusprosessin lisäksi mm. käytettävissä oleva työstökone, työstettävä materiaali, työstömenetelmä, työkalupidin, työkappaleen kiinnitys, jäähdytysneste sekä sarjakoko ja automaatioaste. Oikea työkaluvalinta auttaa koneistusprosessin onnistumisessa vähentäen värinöitä ja parantaen työkalun kestoikää sekä nostamaan tuotannon tehokkuutta menetelmien ja työstöarvojen avulla.

Lastuavan työkalun materiaali ja pinnoitus vaikuttavat oleellisesti työkalun kestoon ja työstöarvoihin erilaisilla koneistettavilla materiaaleilla. Erilaisia työkalumateriaaleja ovat esimerkiksi pikateräs (HSS), koboltti, kovametalli, cermet, keraaminen, PCD, CBN. Lastuaville työkaluille on saatavilla useita erilaisia ja eri ominaisuuksilla varustettuja pinnoitteita, jotka on ryhmitelty CVD- (kemiallinen höyrysaostus) ja PVD- (fyysinen höyrysaostus) ryhmiin ja niiden tehtävä on parantaa työkalun kulumiskestävyyttä, sitkeyttä ja estää materiaalin tarttuminen työkaluun. Eri lastuavien työkalujen valmistajilla on useita erilaisia näihin tekniikoihin perustuvia työkalupinnoituksia sekä niiden yhdistelmiä, kuten Walter Toolsin patentoitu Tiger·tec® Gold-monikerrospinnoite, jonka ansiosta voidaan saavuttaa jopa 30-50% pidempi työkalun kestoikä, parempi kestävyys viistekulumista ja lämpösäröjä vastaan, parempi teräpalan sitkeys sekä helpommin havaittava työkalun kuluminen. Tiger·tec® Gold-monikerrospinnoite poikkeaa kaikista muista markkinoilla olevista teräpalapinnoitteista yhdistämällä useampien eri pinnoitteiden parhaita ominaisuuksia. Alimpana on MT-TiCN-pinnoite, joka vähentää viistekulumista ja lisää teräpalan sitkeyttä monikerroksisen rakenteensa ansiosta. Al2O3-pinnoitekerros lisää kestävyyttä teräpalaan muodostuvia lämpösäröjä vastaan ja kullanvärinen pintakerros helpottaa teräpalan kulumisen havaitsemista.

Lastuavan työkalun geometria ja lastunmurtaja ovat oleellisimmat tekijät työkalun toimivuuden ja lastunhallinnan kanssa. Kevytleikkuinen positiivisella kääntöterällä varustettu työkalu soveltuu parhaiten viimeistely koneistukseen ja herkästi väriseviin kohteisiin kuten silloin, kun käytetään pitkää työkalupidintä. Negatiivinen terägeometria on taas positiivista kääntöterää huomattavasti kestävämpi mutta myös raskasleikkuisempi. Lastuavan työkalun osat ovat terävarsi, pääsärmä, päästöpinta, sivupäästöpinta, sivusärmä ja rintapinta ja ne muodostavat työkalun toimivuuden kannalta tärkeitä kulmia kuten päästökulma, teroituskulma, kärkikulma, rintakulma, asetuskulma, jättökulma ja viettokulma.

Oikean terämateriaalin, työkalugeometrian ja pinnoitteen valintaan vaikuttaa oleellisesti koneistettava materiaali. Koneistettavat materiaalit luokitellaan seuraaviin ryhmiin, jotka ilmoitetaan seuraavilla kirjaintunnuksilla: P=Teräs, M=Ruostumaton teräs, K=Valurauta, N=Ei-rautametallit, S=Superseokset ja titaani, H=Kovat materiaalit, O=EI-ISO standardin mukainen.

Lastuavien työkalujen kulumista on seurattava ja työkaluja on huollettava säännöllisesti, jotta työkaluilla saavutetaan mittatarkkoja ja pinnanlaatuvaatimukset täyttäviä työkappaleita. Lastuavien työkalujen kulumista tunnistetaan mm. seuraavista kulumistyypeistä: viistekuluminen, kuoppakuluminen, plastinen muodonmuutos, murtumat, lovikuluminen, lämpösärö ja irtosärmä. Kääntöterällisien työkalujen kääntöterät voidaan vaihtaa ja vanhat kuluneet kääntöterät voidaan kierrättää uudeksi kovametalliaihioksi. Täyskovametalliset pyörivät työkalut kuten porat ja varsijyrsimet voidaan teroittaa ja uudelleen pinnoittaa alkuperäiseen geometriaan alkuperäisellä pinnoituksella useimpien työkaluvalmistajien toimesta.

Työkalujen todellinen hinta määräytyy työkalun hankintahinnan lisäksi myös tuottavuuden, eli käytettävien työstöarvojen ja työkalun kestoiän perusteella. Työkalun kokonaishintaan voidaan vaikuttaa huoltamalla työkaluja uudenveroisiksi. Walter Tools teroituspalvelussa tuotteet teroitetaan alkuperäisgeometrioiden mukaisiksi sekä pinnoitetaan Walter Toolsin omilla pinnoituksilla. Teroitettujen tuotteiden pinnat kiillotetaan pinnoituksen jälkeen liukkaiksi, joka takaa hyvän lastujen poistumisen lastu-uraa pitkin. Tämän jälkeen tuotteet laser-merkataan sekä yksittäispakataan ennen takaisin lähetystä asiakkaalle. Teroitetut tuotteet toimitetaan asiakkaalle noin 4 viikon toimitusajalla. Walter Tools teroittaa myös muita kuin itse valmistamiaan työkaluja.

Nykypäivänä työkaluautomaatit ovat yleistyneet lastuavien työkalujen hallintaan. Työkalulaatikostojen avulla terien etsintäaika sekä uusien työkalujen tilaaminen eivät enää kuluta työntekijöiden aikaa. Automaattilaatikostot ovat täysin räätälöitävissä, jolloin siihen voidaan varastoida kääntöteräpalojen lisäksi myös isompia lastuavia työkaluja kuten jyrsin- ja sorvausterärunkoja sekä pitkiä poria. Walter Toolstation työkaluautomaattiin tuotteiden tietokantaan voidaan syöttää tuotekuvan lisäksi myös paljon tuotekohtaisia tietoja kuten esim. työkalulle sopivat teräpalaruuvit ja muut varaosatiedot. Laatikostoon saadaan määriteltyä useita eri toimittajia ja ohjattua tilaukset suoraan heidän järjestelmiinsä. Tilausrajojen ansiosta työkalujen saldorajat voidaan asettaa mahdollisimman pieneksi, jolloin yrityksen pääomaa ei turhaan sidota liian ison työkaluvaraston ylläpitämiseen.