Maak duurzamer en productiever staal draaien mogelijk met nieuwe hardmetalen wisselplaten

Een recent onderzoek van OpenText concludeerde dat 92% van de fabrikanten van mening is dat Maatschappelijk Verantwoord Ondernemen (MVO) belangrijk is voor hun algehele reputatie in de markten. Hoewel het draaien van staal van nature een proces is waarbij afval wordt geproduceerd, is het voor fabrikanten mogelijk om hun duurzaamheid te verbeteren zonder compromissen ten aanzien van de proceszekerheid — zelfs onder de ongekende uitdagingen van COVID-19. Hier legt Rolf Olofsson, Productmanager bij Sandvik Coromant, de wereldwijde leider op het gebied van metaal verspanen een andere benadering voor het draaien van staal uit.

Volgens de 17 wereldwijde doelen voor duurzame ontwikkeling zoals gedefinieerd door de Verenigde Naties (VN), wordt er van fabrikanten verwacht dat ze hun milieu-impact minimaliseren terwijl ze verder gaan dan alleen het optimaliseren van energiegebruik. Hoewel MVO belangrijk is voor bedrijven, schat Sandvik Coromant in dat fabrikanten tussen de 10% tot 30% van het materiaal verspillen tijdens hun bewerkingsprocessen, met een typische bewerkingsefficiëntie van onder de 50%, inclusief de ontwerp-, plannings- en verspaningsfasen.

Dus wat kunnen fabrikanten doen? De doelen van het VN adviseren twee belangrijke manieren waarbij rekening wordt gehouden met factoren zoals bevolkingsgroei, eindige hulpbronnen en de lineaire economie. De eerste is het aanpakken van deze uitdagingen met behulp van technologie. Industry 4.0 concepten — zoals cyber-fysieke systemen, big data of het Internet of Things (IoT) — worden frequent genoemd als de weg vooruit voor fabrikanten om de hoeveelheid afval te reduceren.

En toch houdt dit nog niet rekening met het feit dat de meeste fabrikanten nog geen moderne machines hebben ingezet met digitale capaciteiten voor hun staaldraaibewerkingen.

De meeste fabrikanten zijn er zich van bewust hoe belangrijk de keuze van de wisselplaatsoort is om het draaien in staal efficiënter en productiever te maken; en hoe dit invloed heeft op de algehele prestaties en standtijd. Echter velen zien een aspect over het hoofd door niet naar het gehele gereedschapsconcept te kijken; alles van geavanceerde wisselplaten, gereedschapshouders tot gemakkelijk te introduceren digitale oplossingen. Elk van deze factoren kan helpen om het staaldraaien duurzamer te maken door het energieverbruik te reduceren en de hoeveelheid afval te minimaliseren.

Fabrikanten krijgen te maken met een aantal uitdagingen bij hun activiteiten op het gebied van draaien in staal.Dit zijn onder andere het verkrijgen van meer stuks per snijkant van één enkele wisselplaat; het verhogen van het verspaande volume; het reduceren van de cyclustijden; het optimaliseren van de voorraadniveaus; en natuurlijk het minimaliseren van de hoeveelheid afval.

Maar stel nu dat er een manier zou zijn waarop al deze uitdagingen gerealiseerd zouden kunnen worden, maar dan met de nadruk op een grotere duurzaamheid? Eén manier om het energieverbruik te reduceren is het verlagen van de snijsnelheden. Fabrikanten kunnen de productiviteit handhaven door proportioneel de voeding en de snedediepte te verhogen. Naast het besparen van energie resulteert dit ook in een langere standtijd. In staaldraaiprocessen is de ervaring van Sandvik Coromant dat een gemiddelde toename van de standttijd 25%, in combinatie met betrouwbare en voorspelbare prestaties, het materiaalafval van zowel het werkstuk als de wisselplaat kan minimaliseren.

De juiste keuze van de wisselplaatsoort helpt tot op zekere hoogte om dit te bereiken. Daarom voegt Sandvik Coromant een tweetal nieuwe hardmetaalsoorten voor P-draaien, aangeduid met GC4415 en GC4425, aan haar programma toe. GC4425 levert verbeterde slijtvastheid, hittebestendigheid en taaiheid, terwijl de soort GC4415 is ontworpen om GC4425 aan te vullen wanneer verbeterde prestaties en een grotere hittebestendigheid nodig zijn.

Wat belangrijk is dat beide soorten gebruikt kunnen worden bij taaie materialen, zoals Inconel en ongelegeerd roestvaststalen ISO-P soorten die bijzonder complex en moeilijk te bewerken zijn. De juiste soort kan helpen bij het bewerken van een groter aantal werkstukken binnen massa- en/of batch-productieprocessen.

De GC4425 soort biedt een extreem hoge proceszekerheid door haar vermogen om een intacte snijkantlijn te behouden. Omdat de wisselplaat meer stuks per snijkant kan leveren, wordt er minder hardmetaal verbruikt om hetzelfde aantal componenten te bewerken. Daarnaast voorkomen wisselplaten met consistente en voorspelbare prestaties schade aan het werkstuk, hetgeen het afval van het werkstukmateriaal minimaliseert. Beide voordelen reduceren de hoeveelheid afkeur die wordt geproduceerd.

Daarnaast zijn zowel bij de GC4425 als de GC4415, het basismateriaal en de coating van de wisselplaat ontwikkeld om beter bestand te zijn tegen hoge temperaturen. Dit reduceert het effect dat overmatige slijtage veroorzaakt en als gevolg daarvan is het materiaal bijzonder goed in staat om de snijkantlijn te handhaven bij hogere temperaturen.

Echter, fabrikanten moeten ook rekening houden met het gebruik van koelmiddel bij de wisselplaat. Bij het gebruik van een gereedschap dat is voorzien van koelmiddeltoevoer van boven en van onder, kan het bij bepaalde bewerkingen zinvol zijn het koelmiddel van boven uit te zetten. De primaire functies van snijvloeistof zijn spaanafvoer, koeling en smering tussen het gereedschap en het werkstukmateriaal.

Indien correct toegepast, zal het de productie maximaliseren, de proceszekerheid verhogen en de gereedschapsprestaties en werkstukkwaliteit verhogen. Het gebruik van gereedschapshouders met inwendige koeling kan ook de standtijd van de wisselplaat verbeteren.

Zowel GC4425 als GC4415 zijn beide voorzien van de tweede generatie Inveio^® laag, een door chemische dampafzetting (CVD) gestructreerde aluminiumoxide (Al₂O₃) coating ontwikkeld voor het bewerken. Bij het onderzoeken van Inveio op microscopisch niveau blijkt dat het oppervlak van het materiaal wordt gekenmerkt door een unidirectionele kristaloriëntatie. Daarnaast is de kristaloriëntatie substantieel verbeterd met de tweede generatie Inveio coating. Nog sterker dan voorheen, is elk kristal in de aluminiumoxidecoating in dezelfde richting uitgelijnd, hetgeen een sterke barrière vormt in de richting van de snijzone.

Inveio biedt de wisselplaat een betere slijtvastheid en een langere standtijd. Gereedschappen met langere levensduur zijn natuurlijk gunstig voor het reduceren van de kosten per component. Daarnaast bevat hun hardmetaal-basismateriaal een groot aandeel van gerecycled hardmetaalmateriaal, waardoor ze één van de meest milieuvriendelijke hardmetaalsoorten vormen.

Om deze claims te testen heeft de GC4425 soort door klanten van Sandvik Coromant de test voorafgaande aan het introduceren in de markt ondergaan. Eén van deze was een algemeen engineeringbedrijf dat zowel een wisselplaat van een concurrent als de GC4425 wisselplaat toepaste bij de productie van drukrollers. Een ISO-P soort werd blootgesteld aan continu uitwendig axiaal bewerken en semi-nabewerken bij een snijsnelheid (vc) van 200 m/min, een voeding van 0,4 mm/omw (fn) en een snedediepte (ap) van 4 mm.

Fabrikanten drukken de standtijd van een gereedschap doorgaans uit in het aantal bewerkte componenten (stuks). Terwijl de hardmetaalsoort van de concurrent 12 stuks bewerkte voordat deze was versleten als gevolg van plastische vervorming, produceerde Sandvik Coromant’s wisselplaat 18 stuks en werkte dus 50% langer bij een stabiele en voorspelbare slijtage.

Het voorbeeld toont de winst die kan worden behaald wanneer de juiste bewerkingselementen worden gecombineerd en hoe aanbevelingen omtrent eerste keuze gereedschappen en snijgegevens, van een vertrouwde partner zoals Sandvik Coromant, kunnen helpen bij het bereiken van proceszekerheid en ook bij het verminderen van de hoeveelheid tijd die wordt verspild met het zoeken naar de juiste gereedschappen. Online hulpmiddelen zijn ook populair gebleken om de fabrikanten te helpen bij het bepalen van de beste draaiwisselplaten en -soorten voor hun vereisten, zoals de CoroPlus^® Tool Guide.

Om te helpen bij de procesbewaking zelf, heeft Sandvik Coromant CoroPlus^® Process Control software ontwikkeld welke het bewerken in real-time kan bewaken en kan werken overeenkomstig geprogrammeerde protocollen wanneer er specifieke problemen optreden— bijvoorbeeld door de machine te stoppen of een versleten snijgereedschap te vervangen.

Dit brengt ons bij de tweede aanbeveling van de VN voor duurzamere gereedschappen: geleidelijk overschakelen naar een circulaire economie, waarbij afvalproducten als grondstof worden gezien en terug in een grondstofneutrale kringloop worden gebracht. Het wordt steeds duidelijker dat een circulaire economie zowel goed is voor het milieu als winstgevend is voor fabrikanten.

Dit omvat het recyclen van volhardmetalen gereedschappen — we zijn tenslotte allen winnaars wanneer versleten gereedschappen niet op stortplaatsen en vuilnisbelten belanden. GC4415 en GC4425 bevatten beide een aanzienlijke hoeveelheid gerecycled hardmetaal. Het maken van nieuwe gereedschappen uit gerecycled volhardmetaal vereist 70% minder energie dan het produceren uit nieuwe grondstoffen en het betekent ook dat er 40% minder koolstofdioxide wordt uitgestoten.

Dan is er nog het hardmetaal recyclingprogramma van Sandvik Coromant, wereldwijd beschikbaar voor alle klanten. Het bedrijf koopt versleten wisselplaten en ronde hardmetalen gereedschappen terug van haar klanten, ongeacht de oorsprong. Dit is echt nodig als je nagaat hoe schaars en eindig de grondstoffen zullen zijn, zeker op de lange termijn. Geschatte reserves van wolfraamcarbide bijvoorbeeld zijn ca. 7 miljoen ton, dat betekent nog ongeveer 100 jaar verbruik. Het recycling-initiatief heeft Sandvik Coromant een circulariteit van 80% opgeleverd door middel van het volhardmetaal terugkoop-programma.

Ondanks de huidige onzekerheden in de markt, kunnen fabrikanten niet hun andere verplichtingen vergeten, waaronder MVO. Gelukkig kunnen fabrikanten met een nieuwe benadering ten aanzien van gereedschappen en de juiste volhardmetalen wisselplaten hun duurzaamheid verbeteren zonder dat de proceszekerheid in gevaar komt — en dit nog effectiever, in het licht van de uitdagingen die zijn gecreëerd in de markt door COVID-19.

Kijk op Sandvik Coromant’s website voor meer informatie.