Hur kan hårdsvarvning revolutionera industrin?

Hårdsvarvning: Forskning till industrinytta

Turn2Flex är ett forskningsprojekt vars syfte är att förstå hur hårdsvarvning påverkar ett materials ytegenskaper och hur man kan styra processen för att skapa hårdare ytor.

Hårdsvarvning är en process som används för att bearbeta härdat stål och den är vanligtvis förknip- pad med fördelar såsom ökad flexibilitet och lägre tillverkningskostnader.

En av de centrala fördelarna med denna metod är att flera olika bearbetningsoperationer kan utföras med samma maskin, samtidigt som komplexa geometrier kan bearbetas med standardverktyg av typen PCBN eller keramiska skär.

Trots de många positiva aspekterna som hårdsvarvning erbjuder, är det förvånansvärt få företag som fullt ut nyttjar denna teknik. Ett av de ledande företagen i Sverige som har framgångsrikt implementerat tekniken för en mängd olika ytor är AB SKF, som under många år har bedrivit forskning inom området hårdsvarvning.

Hur kan hårdsvarvningsprocessen styras?

Projektet Turn2Flex har som huvudsyfte att förstå hur man kan styra hårdsvarvningsprocessen för att generera ytor som uppfyller uppsatta kriterier som ytfinhet, restspänningar, mikrostruktur, och toleranser.

Efter att ha uppnått detta mål strävar projektet mot att styra processen för att skapa funktionella ytor som kan bidra till ökad prestanda. Detta innebär att man inte bara strävar efter att producera ytor med rätt tekniska egenskaper, utan även ytor som kan förbättra komponenternas funktionalitet och därmed öka deras värde och användbarhet.

Val av rätt processparametrar är viktigt vid bildandet av ”rätt” typ av vita skikt

Sedan 2010 har Seyed Hosseini på RISE Research Institutes of Sweden ägnat sig åt forskning inom området hårdsvarvning. Hans arbete har avslöjat att valet av parametrar under hårdsvarvningsprocessen kan resultera i bildandet av ett vitt skikt på arbetsytan.

– De förändringar som inträffar på ytan av materialet och uppstår på grund av höga temperaturer, har traditionellt betraktats som något som bör undvikas, säger Seyed.

Men Seyeds forskning har också visat att det är möjligt att skapa dessa vita skikt med hjälp av en plasticering av ytan som sker under hårdsvarvningsprocessen. Detta går att göra utan att nå fasomvandlingstemperaturen för stålet, det vill säga, vid låga temperaturer.

Namnet ”vita skikt” hänvisar till den mikrostrukturella förändringen som sker när ytan bearbetas. Den typ av vita skikt som uppstår vid låga temperaturer har visat sig ha särskilda egenskaper som anses vara fördelaktiga.

– Genom denna process genereras tryckrestspänningar vid ytan, och materialet får en finkornig struktur med högre hårdhet. Dessutom förblir andelen restaustenit oförändrad eller minskar, samtidigt som anlöpningskarbiderna fortsätter att vara närvarande i materialets struktur, säger Seyed.

Tillsammans med våra samarbetspartners kan vi fördjupa vår kunskap

– Eftersom vi har etablerat ett samarbete med Sumitomo Electric Hardmetal Gmb, en av de främsta leverantörerna av CBN-skär, har vi haft möjligheten att testa nya skär. Vi har utfört tester med olika skärgeometrier och inom en snar framtid kommer vi kunna uppnå en djupare förståelse för olika aspekter såsom nosradier och CBN-skärtyper. Här kommer vi även kunna se hur olika mikrogeometrier kan användas för att på ett kontrollerat sätt skapa vita skikt, säger Seyed.

Eftersom slitaget på verktygen är starkt kopplat till bildandet av vita skikt och deras egenskaper, är det av yttersta vikt att kunna avgöra när ett skär bör bytas ut.

I projektet finns även Ovako AB med som samarbetspartner och materialleverantör. Samarbetet möjliggör studier av de vanligaste materialen inom lagerindustrin, såsom AISI 52100-stål, samt Hybrid 60-stålet som erbjuder förbättrade korrosionsegenskaper jämfört med AISI 52100.

– Tillsammans med våra samarbetspartners kan vi fördjupa vår kunskap och bidra till att utveckla och optimera processer och material inom hårdsvarvning, säger Seyed.

Nuläge och framtid

– I den här delen av projektet har vi framgångsrikt identifierat och utvecklat processparametrar för att bearbeta materialet på ett bra sätt. Vi kan skapa det vita skiktet både kontrollerat och målinriktat. Vi befinner oss nu i processen att verifiera processparametrarna och deras effektivitet, säger Seyed.

I nästa steg kommer fokuset riktas mot att undersöka och kvantifiera slitage och andra relevanta egenskaper på materialets ytor. Målet är att mäta och fastställa hur mycket livslängden förbättras när de vita skikten används i praktiken.

– Slutligen, om våra insatser och resultat inom projektet uppfyller våra förväntningar, kommer vi att gå vidare med att genomföra lagertester, säger Seyed.

Den sista fasen av projektet kommer vara ett avgörande steg för att bekräfta att bearbetningsmetoderna och de resulterande ytorna uppfyller de höga krav och prestandakrav som krävs inom lagerindustrin.

– Genom att göra detta hoppas vi kunna erbjuda praktiska och pålitliga lösningar som kan öka livslängden och förbättra prestandan för komponenter och produkter som använder sig av dessa vita skiktstekniker, avslutar Seyed.

Lär dig mer om hårdsvarvning här

Turn2Flex

Projektet Turn2Flex får finansiering stöd från Vinnova, Formas och Energimyndigheten genom Produktion 2030 som är ett av de strategiska innovationsprogrammen i Sverige. Projektet leds av RISE i samarbete med Chalmers Tekniska Högskola, Ovako, SKF, Skärteknikcentrum Sverige, Slitskyddsteknik (SST) och Sumitomo Electric Hartmetall.

Projektet startades 2021-04-28 och pågår till 2024-04-26

Projektbudget: 9 250 000 SEK

Kontakta oss

Vill du veta mer om projektet så är du välkommen att kontakta oss.

Projektledare
Seyed Hosseini, RISE Research Institutes of Sweden
010-228 47 57
seyed.hosseini@ri.se

Skärtekniska experter
Jacek Kaminski, Skärteknikcentrum Sverige
072-458 06 26
jacek@sktc.se

Thord Johansson, SST Slitskyddsteknik AB
070-927 20 75
thord.i.johansson@telia.com