Ved maskinering er et skjæreverktøy ett element i et teknologisk system som bearbeider et arbeidsstykke ved å fjerne materiale. Systemet består dessuten av en verktøymaskin, en arbeidsstykkeholder og en verktøyholder. Forming av et emne utføres med ulike bearbeidingsprosesser som igjen bruker forskjellige skjærestrategier. Utviklingen har resultert i moderne maskiner som muliggjør både kombinerte og hele prosessoperasjoner; prosesser som tidligere ble utført hver for seg. Dessuten sikrer verktøymaskinens avanserte egenskaper bruk av sammensatte maskineringsstrategier for å oppnå maksimal ytelse.

Søker ny utvikling
Metallbearbeidingsindustrien må håndtere forskjellige tekniske materialer. Fremgang innen materialvitenskap og metallurgi brakte ikke bare inn nye eksotiske materialer, men også fremskaffet teknologier for å utvikle materialer med forhåndsdefinerte egenskaper. Å produsere komponenter fra slike materialer har forbedret emnenes arbeidsparameter betydelig, mens bearbeidingen har blitt vanskeligere. I mange tilfeller ble forutsetningene for en vellykket maskinering bare forbundet med begrensninger på skjæreverktøyet.

Skjæreverktøyet, som er det minste elementet i det teknologiske systemet, treffer arbeidsstykket direkte og er forbindelsen mellom maskinen og materialet. For å nyttiggjøre verktøymaskinens fordeler med høyteknologiske og produktive maskineringsstrategier må skjæreverktøyet oppfylle passende krav. Å finne et godt svar på disse kravene for å tilfredsstille en stadig økende etterspørsel etter innovativ metallbearbeiding, er en base for ny utvikling innen skjæreverktøyfeltet.

Rom for forbedring
Metallbearbeidingsindustrien har vært gjennom en tøff tid med COVID-19- pandemien, som har påvirket verdensøkonomien og som uunngåelig har ført til en nedgang i økonomiske indikatorer i bransjen. Lyse utsikter før koronavirusets inntog ble erstattet av beskjedne håp, mens det på den andre siden har vært en tid for dypere analyse av industrielle trender, et blikk på morgendagen, prognoser og fremtidig planlegging. Utviklingen har ikke stoppet. Store endringer står for døren for metallbearbeidingsbransjen, og produsentene bør være klare til å ta dem imot.

Skjæreverktøyproduksjonen kommer ikke unna kommende endringer – et av de viktigste leddene i metallbearbeidingskjeden. Derfor er det å ha en klar forståelse av den industrielle utviklingen, og resultatet av nye krav for morgendagens skjæreverktøy, grunnleggende for verktøyprodusentens suksess. Dette er nøkkelen til utvikling av nye verktøy og etterspørselen etter et bredt spekter av produkter. Utviklingen av skjæreverktøy går i forskjellige retninger. Den tradisjonelle måten er å gjøre verktøyene sterkere, mer produktive og kostnadseffektive, som reflekterer det naturlige kravet fra kunden til et konsumert produkt. Andre utviklingsretninger er relatert til avanserte produksjonsteknologier som er dypt forankret i metallbearbeidingsindustrien; der tilgjengelige verktøyløsninger fortsatt utgjør et stort rom for forbedring.

Ny designidé
Den tradisjonelle utviklingen går i retning av å forbedre verktøy-ytelsen ved å innføre nyskapende skjæregeometri, avanserte verktøymaterialkvaliteter, progressive verktøydesign for å sikre høyere stivhet og holdbarhet etc. Det kan virke som at denne kursen nesten har tømt bransjen for ressurser og ikke gir noen løfter om de store revolusjonerende endringene. Men skjæreverktøyprodusentene har likevel klart å overraske metallbearbeidingsverdenen med nye produkter som gir betydelige fordeler, til tross for den tradisjonelle  tilnærmingen til produktdesignen. En viktig suksessfaktor er den betydelige veksten i det vitenskapelige og teknologiske nivået for verktøyproduksjon, nyvinninger innen pulverlakkering og overflateteknologi, og innføringen av moderne systemer for inspeksjon og kvalitetskontroll. De betydelig økte egenskapene til selve verktøydesignet, CAD/CAM-systemer og 3D-modellering, ga merkbar drivkraft til å realisere utfordrende innovative ideer. Den teknologiske utviklingen har skapt nye bearbeidingsmetoder som krever at verktøyet oppfyller nye strenge krav. Disse verktøyene har evnen til å skjære harde metaller og samtidig eliminere behovet for sliping. Ved fresing er disse toppmoderne verktøyene i stand til å hamle opp med høyhastighetsmaskinering (HFM) ved høye bearbeidingshastigheter (HSM) og er i stand til å utføre trokoidal fresing ved bruk av høytrykkskjøling (HPC). Utformingen av slike verktøy skiller seg fra verktøy generelt, da de krever spesifikke funksjoner som kjennetegner de ovennevnte metodene og strategiene. Fremskrittene innen verktøymaskinteknologien har skjøvet metallbearbeidingsindustrien et hakk nærmere å leve ut enhver produsents drøm, og som eier av en komplett ett-oppsetts-produksjon. De nyeste fler-aksers- og flerfunksjonsmaskinene, og hybridproduksjonssystemene, har imponerende egenskaper som kombinerer avsponing og 3D-printteknologi, noe som beviser et kvantesprang mot en ett-oppsetts-produksjon. Med et drivende verktøyvalg har fler og fler dreiesentre utvidet sine muligheter. Forståelig nok har denne fremgangen generert andre krav til skjæreverktøyenes multifunksjonalitet, verktøylevetid og -karakteristikker.

Forsøket på å finne et kostnadseffektivt alternativ til hardmetallverktøy ga en ny idé til design med utskiftbare hardmetallhoder. Noen av disse designene ga til og med en betydelig fordel for høy repeterbarhet av hodeoverhenget i forhold til verktøyet. Resultatet ble at det ikke lenger er behov for ytterligere justeringer etter å ha byttet ut et slitt hode, som raskt kan skiftes uten å fjerne verktøyet fra spindelen. Fordelen med «ingen-oppsett» åpnet for redusert nedetid på maskinen, og i kombinasjon med tydelige økonomiske fordeler, ga det lyse utsikter for det utskiftbare konseptet med hardmetallhode som retningsgivende for utvikling av skjæreverktøy.

Metallbearbeidingindustrien har strammet inn kravene til allsidighet og vedlikehold av skjæreverktøy. Disse endringene har fått god respons hos verktøyprodusentene. For eksempel har en typisk fres med indekserbare skjær innvendige kanaler for tilførsel av kjølevæske gjennom fresekroppen. En slik utforming har nå blitt en slags uskreven verktøystandard. Et annet eksempel i dag er at skjæreverktøyprodusenten ikke bare spesifiserer nødvendig dreiemoment for å stramme inn klemmeskruene, men leverer også momentnøkler for å sikre nødvendig dreiemomentverdi.

Voksende trender og nye utfordringer
I metallindustrien er det varige trender som setter produsenten av skjæreverktøyet foran nye utfordringer. Den betydelig økte bruken av kompositter og sintrede materialer krever nå spesifikke freser, som i mange tilfeller er tilpasset. Eksakt metallbearbeiding og 3D-printtrender på oppadgående fører til en økning av emner som produseres veldig nær formen på en ferdig del. Dette gir betydelig reduksjon av lagringsbehov. Derfor ser vi en markant økning av produktiv og nøyaktig fresing med lav energi på høyeffektive verktøymaskiner. Avanserte maskiner med flere akser er i stand til å generere nøyaktige kompliserte ferdigbearbeidede emner ved fresemetoder. Derfor er metallindustrien interessert i rimelige og effektive løsninger fra produsenten av skjæreverktøyet. Bearbeiding av ISO S-materialer som er vanskelig å frese, spesielt β- og nær-βtitankvaliteter og høytemperatur superlegeringer (HTSA) har lave skjærehastigheter. Voksende krav til disse materialkomponentene krever respektiv økning i ytelse ved å øke hastigheten på maskineringsoperasjonen. Som det viser seg, blir det minste elementet i det teknologiske systemet –skjæreverktøyet – det største hinderet for produktivitetsvekst.

Det er ingen lett oppgave å skulle gi et fornuftig svar på disse og andre aktuelle problemstillinger som har blitt reist av bransjen. Det ser ut til at søket etter svar hovedsakelig er knyttet til design, produksjon osv. På en eller annen måte hører disse mer eller mindre til en tradisjonell og kjent sfære. Samtidig har endringene som skjer i bransjen presentert verktøymakeren for oppgaver av en helt annen art.

Store forventninger til digitalisering
Sikre skritt mot Industri 4.0 og digitalisering av produksjonen har innviet verktøyprodusentene i den virtuelle verden. De stiller krav om å supplere skjæreverktøyet – et materielt produkt – med en tilsvarende digital tvilling og et utviklet sett med informasjonstjenester. Dette vil være en nødvendig i overgangen mot morgendagens smarte fabrikk. Uten denne overgangen vil verktøyprodusentene bli stående ved fabrikkporten. I morgen vil kunden vente på aktive virtuelle designalternativer som er nødvendige for prosessmodellering, integrasjon av verktøysammenstilling, konseptdesign av kundetilpassede verktøy og mer.

Markedsføring på nett vil spille en viktig rolle i forbindelse med de pågående endringene. COVID-19 har fått fart på innflytelsen på digital markedsføring, og den voksende etterspørselen etter tilrettelegging av online salgstjenester og støtte på ettersalg som et helhetlig tilbud, forventes av verktøyprodusentene. Følgelig vil et «alt-i-ett» digitalt system for online markedsføring, verktøydata, tilgang til forskjellig informasjon, generere eksempelvis tvillingmodeller, tekniske og økonomiske beregninger, levetidsanalyse av verktøyet, øyeblikkelig service, råd, kunnskap og kompetanse, være en integrert del av produktserien til skjæreverktøyprodusenten.

Leter etter det rette svaret
Selvfølgelig kan ikke produsentene av verktøyet bare sitte og vente på at ting skal skje, de må være proaktive. ISCAR er et godt eksempel på hvordan et ledende verktøyselskap søker å møte nye bransjekrav og forbereder seg på kommende endringer. De siste årene har ISCAR introdusert mange nye innovative produktserier gjennom produktkampanjen LOGIQ for å tilby løsninger i kraft av de industrielle trendene. ISCAR har forbedret sin produktportefølje for dreiebenker med et brukervennlig system bestående av et dempende verktøy og utskiftbare hoder med forskjellige skjær.

Nye skjær fra polykrystallinske CBN-spisser ble designet for å forbedre ytelsen ved dreiing av harde materialer. Et avansert fraskillingssystem med flerlommeradaptere og robuste forsterkede verktøyholdere åpner nye horisonter for å øke produktiviteten. ISCAR har utvidet sin freseserie betydelig med en rekke verktøy for HFM og HSM. For bearbeiding av luftfartsmaterialer i kategorien utfordrende materialer har ISCAR utviklet nye hardmetallkvaliteter spesielt for vendeskjær og keramiske pinnefreser. Selskapet introduserte også nylig forlengede mangeskjær med HPC-valg med betydelig økt sponavvirkning for røff fresing av titan. ISCARs freselinje med utskiftbare hardmetallhoder er utvidet med et nyutviklet treskjærs fres som sikrer betydelig økt produktivitet. Nye hardmetallskjær med polykrystallinsk diamantspiss og wiper gir effektive løsninger for fresing av komposittmaterialer. Informasjonssegmentet i ISCARs produktprogram har gjennomgått store endringer. Dette innebærer digitale tvillinger av verktøy i samsvar med standard ISO 13399, muligheter for virtuell montering, en optimal programvare for valg av verktøy, et optimaliseringsverktøy for freskvaliteter, flere kilder for kontinuerlig oppdatert informasjon, online kjøp, rikholdige mobiltelefonapplikasjoner og en rekke andre nye banebrytende funksjoner som hever verktøyproduktporteføljen opp på et helt annet nivå. Logikken i industriell utvikling krever nye høyytelses freseverktøy med integrert informasjon av verktøyprodusenten. En slik organisk helhet og balanse mellom materielle og virtuelle verdener blir snart å se i skjæreverktøyindustrien, og vil definere IQ-en for et skjæreverktøy og dets innlemmelse i avanserte produksjonssystemer.

For mer informasjon se: www.svea.no