Lehden yläosaan kaksi vaihtoehtoa, logo messinkisenä mustalla taustalla tai mes harjatulla harmaalla taustalla. Ohutlevy_logo_messinki_harjattu_harmaa_tausta_11102019.jpg www.ohutlevy.com 1•2025 Ohutlevy-lehden vanhat numerot: http://www.e-julkaisu.fi/ohutlevy/uusin_lehti/ Samuel Karjalainen +358 40 700 1060 samuel.karjalainen@valkwelding.com www.valkwelding.fi • Automaattinen robotin ohjelmointi • Asennus tunnissa – ei perustuksia • Alkaen 3200€/kk alv. 0% – minimi vuokra-aika 3kk • Kuukausimaksu sisältää hitsauslisäaineet ja kulutusosat Kiinnostaako robottihitsaus?
2026 Jaossa tuhansien eurojen palkinnot! Palkinnot jaetaan Konepaja-messuilla keväällä 2026! Kilpailuaika päättyy 9.1.2026! Osallistumisohjeet: www.plootufennica.com Lisätietoja: Reeta Luomanpää, 040 645 2019 reeta.luomanpaa@teknologiateollisuus.fi Osallistu kilpailuun! SuunniƩele tuote tai osa ohutlevystä Muotoilusarja Teollisuussarja Oppilaitossarja plootufennica.com
MYYNTI 010 8200 500 HUOLTO 010 8200 530 VARAOSAT 010 8200 540 vossi.fi RAKENNETAAN KILPAILUETU LVD TOOLCELL SÄRMÄYS KONE AUTOMAATTISELLA TYÖKALUNVAIHDOLLA Koneen sisään integroitu särmäystyökaluvarasto mahdollistaa erittäin nopean automaattisen työkaluvaihdon eri taivutustöille sekä Easy-Form® Laser (EFL) -taivutuskul- mamittalaite ainoana markkinoilla olevana laitteena oikean taivutuskulman kertapainalluksella huipputarkasti ilman mittausviiveitä. vossi.fi/lvd LVD DYNACELL ROBOTTISÄRMÄYSSOLU Belgialaisvalmistajan täysservotoiminen ja erittäin helppo-ohjelmointinen robottisärmäyssolu. − Uuden tuotteen offline-ohjelmointi vain 10 min + asetukset ja ensimmäisen kappaleen valmistus mittatarkasti 10 min! Uudella 42 RB -sarjan koneella jopa neljä kertaa nopeampi läpimeno ja R3-levynpyöristys myös levyn rei’ille ja muodoille sekä purseen- ja oksidinpoisto. Myös raskaamman plasmaslaggin poistaminen Hammerhead-harjoilla. Robotti- automaatiolla huipputehokas miehittämätön tuotanto. TIMESAVERS LEVYHIOMAKONEET vossi.fi/timesavers Blechexpo 21. 24.10.2025 STUTTGART KATSO UUTUUDET: vossi.fi/blechexpo25 30.9.2.10.2025 OSASTO C916 vossi.fi/alihankinta25
4 • OHUTLEVY 2025 www.ohutlevy.com Julkaisija: Teknologiateollisuus ry Kustantaja: Teknologiainfo Teknova Oy Sisällysluettelo 2025 TOIMITUS: Quality Engineer Johanna Hiljanen (päätoimittaja), SSAB Europe Oy sähköposti: johanna.hiljanen@ssab.com Tuotepäällikkö Pasi Aspegren, Outokumpu Stainless Oy sähköposti: Pasi.Aspegren@outokumpu.com Team lead Hannu-Pekka Heikkinen, Outokumpu Stainless Oy Sähköposti: hannu-pekka.heikkinen@ outokumpu.com Head of Product Development Martti Järvenpää, SSAB Europe Oy sähköposti: martti.jarvenpaa@ssab.com Projektipäällikkö Joel Kontturi, Metropolia Ammattikorkeakoulu sähköposti: Joel.Kontturi@metropolia.fi Prof. Jari Larkiola, Oulun Yliopisto sähköposti: Jari.Larkiola@oulu.fi Asiantuntija Reeta Luomanpää, Teknologiateollisuus ry (myös tilaukset) sähköposti: reeta.luomanpaa@teknologiateollisuus.fi TkT Simo Mäkimattila, M-Ohutlevysuunnittelu Oy sähköposti: Simo.Makimattila@hotmail.com Prof. Pasi Peura, Tampereen yliopisto sähköposti: Pasi.Peura@tuni.fi Specialist Raimo Ruoppa, Lapin ammattikorkeakoulu sähköposti: raimo.ruoppa@lapinamk.fi Prof. Juha Varis, LUT-yliopisto sähköposti: Juha.Varis@lut.fi Tutkimuspäällikkö Tiina Vuorio, Hämeen ammattikorkeakoulu Sähköposti: tiina.vuorio@hamk.fi ILMOITUKSET: Reeta Luomanpää, puh. 040 645 2019 sähköposti: reeta.luomanpaa@teknologiateollisuus.fi Ilmestynyt vuodesta 1980 TAITTO JA PAINO: PunaMusta Oy, 2025 Lukijalle...................................................................................... 6 Teräsnauhan paksuuden ja tasomaisuuden hallinta kuumavalssauksesta kylmävalssaukseen sekä sinkitykseen Mika Judin, Joonas Ilola, Jari Larkiola ................................. 7 Ruostumattomien terästen muovattavuus Pasi Aspgren ........................................................................... 12 Vaalikone valmistusmenetelmien valintaan Elmeri Lehtinen, Jari Niskanen, Markku Hartikainen, Vesa Rahkolin ......................................................................... 18 Ainutlaatuinen ruostumattomasta teräksestä valmistettu ”Ohutlevy-lehti” luovutettiin Simo Mäkimattilalle Ohutlevypäivillä Reeta Luomanpää .................................................................. 21 Simuloinnista vauhtia muovattavuuden tutkimukseen Raimo Ruoppa, Raimo Vierelä, Päivi Juntunen, Jouni Kanto ............................................................................. 23 SSAB kehittää uutta ZM-pinnoitetta maalattuihin teräsohutlevytuotteisiin Martti Järvenpää .................................................................... 26 Ohutlevystä oivalluksia – opiskelijat suunnittelemassa yritysten tuotteita Timo Kärppä ........................................................................... 27 Ympäristöselosteet tekevät tuotteiden hiilijalanjäljen näkyväksi Johanna Hiljanen . .................................................................. 30 Ymagine® suoravalssaamalla valmistettu teräs: Tekniset edut verrattuna kylmävalssattuun ja kuumavalssattuun (P&O) teräkseen Tata Steel . ............................................................................... 32 Kuulumisia IDDRG2025-konferenssista Atlantin ääreltä Lissabonista Antti Kaijalainen. Pekka Plosila ........................................... 34 Esittelyssä: Valk Welding Finland Valk Welding Oy ..................................................................... 36 200 vuotta koneenrakennusosaamista – syytä juhlaan kerrakseen Johanna Hiljanen . .................................................................. 38 Levytekniikan ajankohtaiset aiheet esillä Steel Forum 2024 Teemapäivässä Turussa Meri Rosenberg ...................................................................... 40 Uuden tason integraatiota ohutlevyntyöstöön Prima Power ........................................................................... 44 Ohutlevypäivät 2025 Loimaalla Simo Mäkimattila ................................................................... 46 Timesavers 42 RB -sarjan uutuus tehokkaaseen laser- ja plasmalevyleikkeiden viimeistelyyn Vossi Group Oy ....................................................................... 56 Messut ja konferenssit ..........................................................59 Yleiset toimitaperiaatteet .....................................................62 Toimialaryhmän jäsenluettelo ..............................................64
6 • OHUTLEVY 2025 www.ohutlevy.com LUKIJALLE Työelämä muuttuu jatkuvasti teknologian kehityksen, automatisoinnin ja tekoälyn yleistymisen myötä. Monet perinteiset ammatit, kuten postinkantaja, pankkivirkailija ja kirjastonhoitaja, voivat tulevaisuudessa joko kadota tai muuttua merkittävästi. Jo alakoulussa oppilaat pohtivat, mitkä ammatit voisivat hävitä ja miksi, mikä osoittaa aiheen ajankohtaisuuden koulutuksessa. Koulutuksen merkitys korostuu entisestään, kun opiskelijoiden odotetaan suunnittelevan tulevaisuuttaan jo varhain. Yläkoululaisilta edellytetään päätöksiä, jotka vaikuttavat lukiossa valittaviin kursseihin ja myöhempiin jatko-opintoihin. Tämä paine on osa laajempaa muutosta, jossa koulutuksen ja työelämän yhteys tiivistyy. Teknologian kehityksen myötä myös työelämässä vaadittavat taidot muuttuvat, eikä aiemmin jopa tärkeillekin ammateille ole enää tarvetta. Toisaalta työelämän murros ei tarkoita vain katoavia ammatteja, vaan myös uusia tehtäviä. Tämä tarkoittaa sitä, että tulevaisuuden työntekijöiltä odotetaan joustavuutta, elinikäistä oppimista, digitaalisten taitojen kehittämistä ja kykyä analysoida tietoa. Oppilaitokset eivät ole enää vain tiedon välittäjiä, vaan ne tekevät aktiivista yhteistyötä yritysten kanssa varmistaakseen, että koulutus vastaa työelämän tarpeita. Aihe on ollut esillä myös Ohutlevytuotteet-toimialaryhmän johtoryhmän kokouksissa ja halu kehittää yhteistyötä erilaisilla toimintatavoilla on vahva. Tämä yhteistyö on tärkeää myös teollisuuden alalla. Digitalisaatio, automaatio ja tekoäly muuttavat jo nyt tuotantoprosesseja, ja yritysten on tärkeää pysyä kehityksen kärjessä. Oppilaitosyhteistyö tarjoaa mahdollisuuden hyödyntää uusinta teknologiaa ja varmistaa, että tulevaisuuden työntekijät hallitsevat modernit tuotantomenetelmät. Ohutlevyteollisuuden tulevaisuus riippuu siitä, kuinka hyvin yritykset ja oppilaitokset pystyvät vastaamaan näihin haasteisiin. Vaikka koulutuksen ja työelämän välisen yhteistyön kehittämiseen liittyy haasteita, kuten resurssien riittävyys ja opetussuunnitelmien jatkuva päivittäminen, on olemassa vahva halu rakentaa tulevaisuuden työmarkkinoita. Oppilaitokset ja yritykset voivat yhdessä varmistaa, että opiskelijat saavat parhaat mahdolliset valmiudet menestyä muuttuvassa työelämässä. Tulevaisuuden työmarkkinoiden ennakointi edellyttää rohkeutta ja avointa yhteistyötä, mutta se tarjoaa myös uusia mahdollisuuksia niille, jotka osaavat tarttua muutokseen. • JOHANNA HILJANEN PÄÄTOIMITTAJA OHUTLEVY Toimialaryhmän uutisia Ohutlevypäivät Vuoden 2025 Ohutlevypäivät järjestettiin 9.–10.4.2025 Loimaalla ja mukana oli yli 130 alan ammattilaista. Suuri kiitos kaikille osallistujille! Lisätietoa seminaarista löytyy tämän lehden sivuilta. Seuraavat Ohutlevypäivät järjestetään Tallinnassa huhtikuussa 2026. Plootu Fennica 2026-kilpailu Perinteikäs Plootu Fennica 2026 -kilpailu on taas polkaistu käyntiin kolmessa sarjassa ja kilpailun parhaimmisto esitellään ja palkitaan Konepaja-messujen yhteydessä Tampereella 17.–19.3.2026. Kilpailuun voi osallistua 9.1.2026 saakka ja osallistumisohjeet sekä lisätietoa kilpailusta löytyy www.plootufennica.com. Kilpailu järjestetään yhteistyössä Konepaja-messujen kanssa.
OHUTLEVY 2025 • 7 www.ohutlevy.com 1. Kuumavalssaus Suurin osa teräksistä (n. 90%) käy läpi kuumavalssausprosessin, jossa jatkuvavalettu teräsaihio saa vaadittavat dimensiot (paksuus ja leveys) jatkojalostukseen sekä teräkselle luodaan pääsääntöisesti halutut mekaaniset ominaisuudet. Kuumavalssaus tehdään aina rekristallisaatiolämpötilan yläpuolella, n. 1250°C, jolloin valussa jähmettymisen aikana syntynyt mikrorakenne korvautuu rekristallisaation kautta uudella homogeenisellä raerakenteella. Lisäksi valun aikana syntyneet mahdolliset virheet kuten esimerkiksi valuonkalot on mahdollista poistaa suurella valssauspiston deformaatiolla. Kuumavalssaus etenee normaalisti siten, että aluksi on esivalssaus (roughing mill), johon jatkuvavalettu aihio saapuu esikuumennusuunista. Valssauspistoja voi olla esimerkiksi 5-7 kpl ja usein valssaimet ovat ns. reversiibelivalssaimia eli nauha kulkee edestakaisin valssikidan läpi. Esivalssauksessa tehdään merkittävät reduktiot korkeassa lämpötilassa, jolloin rekristallisaatio etenee tasaisesti läpi aihion paksuuden jokaisella valssauspistolla. Esivalssauksen jälkeen nauha menee ns. viimeistelyvalssaukseen, jossa peräkkäisten valssituolien (tandem-linja) pistosarjalla säädetään haluttu nauhan loppupaksuus. Loppupaksuuden lisäksi oleellista on myös viimeisen piston lämpötila, joka on yksi merkittävä tekijä hallittaessa valssatun nauhan mekaanisia ominaisuuksia termomekaanisessa prosessoinnissa (TMCP, thermo-mechanically controlled process). Nauhatuotteiden kuumavalssaus sisältää useita eri prosessivaiheita ja niiden kontrollointi on oleellista halutun laadun tuottamiseksi kustannustehokkaasti. Kuumavalssausprosessia ohjataan automaatiojärjestelmän avulla siten, että kaikki kelalle menevät tuotteet täyttävät lujuus- ja laatukriteerit. Merkittäviä laatuparametreja ovat mm. nauhan paksuus, muoto ja tasomaisuus. Pääsääntöisesti ohjaus perustuu asetusarvoihin (valssausmalli) sekä dynaamiseen (adaptiiviseen) säätöön. Alussa, kun nauha kulkee valssituolien välissä ja ei ole vielä kaikilla tuoleilla, mittausdataa saadaan vähän niin ohjaus perustuu pitkälti asetusarvoihin ja mallipohjaiseen säätöön. Nauhan ohittaessa viimeisen valssituolin ja saavuttaessaan paksuusmittaukseen varsinainen adaptiivinen säätö alkaa ohjaamaan prosessia. Paksuusmittauksen lisäksi viimeisen tuolin jälkeen mitataan lämpötila sekä tasomaisuus. Lämpötila on oleellinen nauhan mekaanisten ominaisuuksien hallinnassa. Valssikidan paksuuden säätö tapahtuu automaattisesti (AGC, automatic gauge control). Säädössä on reduktion lisäksi huomioitava kaikki elastiset tapahtumat valssipistossa. Esimerkiksi kidan asetusarvo lasketaan ennustetun valssausvoiman sekä valssin runkorakenteen joustokäyrän avulla. Paksuuden säätöön liittyy myös oleellisesti looperit eli pingotinrullat. Looperit ovat valssituolien välissä olevia rullia, joiden avulla vaikutetaan nauhan vetojännitykseen. Vetojännityksen kasvaessa, reduktioon tarvittava valssausvoima pienenee. Loopereita ohjataan usein momenttiperustaisesti. Paksuuden lisäksi, nauhan tasomaisuus ja muoto ovat tekijöitä, joiden on täytettävä asetetut vaatimukset. Valssauspistossa oleellista on saada aikaan tasainen reduktio nauhan leveyssuuntaisen poikkipinnan läpi. Nauha pyritään saamaan keskeltä hieman paksummaksi kuin reunoilta (crown), jolloin sen hallinta on helpompaa. Kidan muoto pitää olla myös vastaava kuin haluttu nauhan muoto. Jos kidan ja nauhan muoto poikkeaa, nauhassa taphtuu paikallista venymistä ja tämä näkyy tasomaisuusvirheinä kuten esimerkiksi reuna- ja/tai keskilöysyytenä. Nauhan muotoa hallitaan mm. valssien taivutuksilla ja CVC-valssien (Continuously Variable Crown) sivuttaissiirroilla. Onnistuneen kuumavalssauksen ja jäähdytyslinjan jälkeen nauha menee kelaimelle, jossa saattaa myös esiintyä ilmiöitä, jotka vaikuttavat nauhan paksuustarkkuuteen erityisesti kylmävalssauksessa. Seuraavassa kappaleessa kuvataan kelan jäähtymistä ja ennustamista mallinnuksen kautta. 2. Kelan jäähtyminen Kuumavalssauksen jälkeisellä kelajäähtymisellä voi olla merkittävä vaikutus tiettyjen teräslaatujen faasiosuusjakaumiin. Epätasaisen kelanjäähtymisen aiheuttama heterogeeninen faasiosuusjakauma voi aiheuttaa ongelmia teräksen kylmävalssausprosessissa. Monifaasiteräsnauhat kelataan austeniittisessa tilassa noin 590–700 °C:n lämpötilassa kuumavalssauksen ja vesijäähdytyksen jälkeen. Tällöin faasimuutokset tapahtuvat kelan jäähtymisen aikana, mikä voi johtaa epätasaisiin faasiosuusjakaumiin kelassa johtuen erisuuruisista jäähtymisnopeuksista kelakuljetin kontakteissa verrattuna vapaasti jäähtyvään kelan yläosaan. Kelakuljetinkontaktien läheisyydessä korostuu bainiitin osuus johtuen tehokkaasti lämpöä siirtävästä kontaktista kelan ja kuljettimen välillä, kun taas huomattavasti hitaammin ympäristöön säteilemällä ja konvektion avulla jäähtyvällä kelan yläosalla korostuu ferriitin osuus. Tämä paikallisesti vaihteleva mikrorakenne ja faasien väliset lujuuserot tekevät seuraavasta teräsnauhan kylmävalssausprosessista epävakaan johtaen lopulta nauhan paksuusvaihteluihin. Epätasaisen faasiosuusjaukauman syntyminen kelaan todistettiin mallinnuksen avulla. Oulun yliopistossa 36-vaiheinen kelakuljetuspolku ja kelan kelakenttäjäähtyminen mallinnettiin elementtimenetelmällä. Lämmönsiirtomalliin kytkettiin faasimuutosmalli, jolloinka epätasaisen kelanjäähtymisen vaikutukset faasien muodostumiseen pystyttiin Teräsnauhan paksuuden ja tasomaisuuden hallinta kuumavalssauksesta kylmävalssaukseen sekä sinkitykseen >
8 • OHUTLEVY 2025 www.ohutlevy.com simuloimaan. Mallit on kuvattu ykstyiskohtaisesti lähteissä [1,2]. Kuvassa 1a ja 1b on esitetty laskennalliset aukikelatun monifaasiteräsnauhan faasiosuudet ferriitille ja bainiitille nauhan eri kohdista leveyden yli. Kuvasta 1 voi selkeästi nähdä kuinka ferriitin ja bainiitin faasiosuudet oskilloivat kelan sisä- ja ulkokehillä. Bainiitin osuus korostuu kelan alaosassa, jossa jäähtyminen on nopeampaa alati vaihtuvien kelakuljetin kontaktien vuoksi. Kelan yläosassa vastaavasti korostuu ferriitin osuus hitaamman jäähtymisen johdosta. Kelan sisällä jäähtyminen on tasaista ja oskilloivia faasiosuuksia ei ole havaittavissa. Kuvassa 2 on verrattu kelan keskilinjan faasiosuusvaihteluita SSAB Hämeenlinnan kylmävalssaimen neljännen tuolin mitattuun nauhan paksuusvaihteluun. Oskilloivat faasiosuusvaihtelut korreloivat selvästi mitatun paksuusvaihtelun kanssa. Koska ferriitin ja bainiitin mekaaniset ominaisuudet eroavat toisistaan, täytyisi valssikidan rakoa kyetä säätämään faasiosuusjakaumien suhteen tasalaatuisen nauhan paksuuden saavuttamiseksi. Tämä ei kuitenkaan ole mahdollista nopeassa kylmävalssausprosessissa. Bainiitin ja ferriitin välinen ero lujuus- ja kovuusominaisuuksissa sekä plastiseen muodonmuutokseen vaadittavassa voimassa on merkittävä. Tämä ero on todennäköinen syy paksuuspoikkeamiin monifaasiterästen kylmävalssauksessa. Kuvassa 3 on vertailtu contour-kuvaajien avulla laskennallisia ferriitin, bainiitin ja perliitin faasiosuuskarttoja tuotantonauhan mitattuun tasomaiKUVA 1. Bainiitin a) ja ferriitin b) laskennalliset faasiosuusvaihtelut simuloidun nauhan pituuden funktiona sekä eri kohdista leveyden yli. KUVA 2. Laskennallisen nauhan keskilinjan faasiosuudet verrattuna kylmävalssauksen jälkeisiin paksuusvaihteluihin tuotantonauhassa. KUVA 3. Simuloidun kelajäähtymisen laskennalliset faasiosuuskartat a) ferriitille b) bainiitille c) perliitille aukikelatussa nauhassa. Kylmävalssatun tuotantonauhan tasomaisuus on esitetty kuvassa d. suuteen kylmävalssausprosessin jälkeen. Huono tasomaisuus nauhan keulassa ja hännässä on selitettävissä faasiosuusjakaumien oskilloinnilla. Kun nauha on jäähtynyt kelalla se on valmis seuraavaan vaiheeseen eli kylmävalssaukseen ja sinkkipinnoitukseen. 3. Paksuustoleranssit kylmävalssauksessa ja vaikutukset sinkittyyn lopputuotteeseen Merkittävimmät paksuustarkkuuteen vaikuttavat tekijät kylmävalssauksessa ovat asetusarvojen (kuten valssituolien voimat/vedot) tarkkuus, raaka-ainemateriaalin homogeenisyys, voiteluolosuhteiden vakaus (etumatkan hallinta: valssin ja nauhan välinen nopeussuhde, ns. neutraaliakselin sijainti) sekä kitkan muut muutokset esimerkiksi epätasaisen happopeittauksen johdosta. Kuumasinkityksessä paksuuteen vaikuttavat erityisesti lämpökäsittelyt ja kireydet eli nauhaan kohdistuva veto sekä pinnoitettavan materiaalin homogeenisyys.
OHUTLEVY 2025 • 9 www.ohutlevy.com 3.1 Paksuustarkkuuden suorituskykyä mittaavia tunnuslukuja Prosessin seuraamisen kannalta on oltava laskenta, joka tuottaa tarvittavia paksuustarkkuutta kuvaavia tunnuslukuja. Valmiista datasta on helppo hakea järjestyksessä huonoimmat ja muodostaa käsitys mahdollisesta toleranssiriskistä. Paksuustarkkuuden suorituskyvyn arviointiin käytettäviä tunnuslukuja on esitetty taulukossa 1. Keulana on max 50% pituudesta, häntäosuutta 50-100% pituudesta. Tunnuslukujen avulla voidaan helposti tunnistaa riskialueet toleranssien suhteen ja tehdä kartoitus romutustarpeesta (esimerkiksi toleranssipituudet kelan päistä). Kun lasketaan tunnuslukuja linjoittain saadaan tietoa niiden välisestä riippuvuuksista, esimerkiksi erinomainen paksuustarkkuus kuumavalssauksessa ei välttämättä korreloi jatkoprosessien kanssa. Tämä on hyvä indikaattori materiaalin epähomogeenisyydestä (joka syntyy vasta jäähdytysvaiheessa ennen kelausta / kelan jäähtyessä) ja/tai ajoittain poikkeavista olosuhteista, kuva 4. Tunnuslukujen hyödyntämisestä on esitetty Procan SPC -järjestelmän hälytyskortti, kuva 5. Sähköposti lähetetään halutuille henkilöille asetettujen hälytysrajojen ylityttyä, kortista on nähtävissä mahdolliset trendit, hälytyspisteen yksilöintitiedot kuten kelanumero, raaka-ainelaatu, mitat, mahdollista lisäinfoa, kuten tässä tapauksessa hälytysarvojen erittelyä. Esimerkkikortissa seurataan useiden tunnuslukujen yhdistelmiä (± 2%:n ylitys, toleranssipituudet ja paksuuskoukkauksien lukumäärä). 3.2 Paksuushajontaa eri linjojen välillä Kuvassa 6 on esitetty kuumanauhan kelakohtaisen paksuushajonnan vaikutus kylmävalssatun nauhan ± 2%:n sisään osumiseen (%-osuus pituudesta) erittäin pehmeillä (IF) ja lujilla laaduilla (DP, monifaasiteräs). Raaka-aineen paksuushajonta ei juurikaan huononna kylmävalssauksen paksuustarkkuutta eli kylmävalssaus suoriutuu hyvin tulonauhan paksuusvaihteluista. Lujimmilla DP-teräksillä kuumanauhan paksuushajonta on varsin pientä, mutta kylmävalssaus on huomattavasti haastavampaa. Syynä tähän on mm. materiaalin lujuusvaihtelut, jotka syntyvät vasta jäähtymisvaiheessa kuumavalssauksen jälkeen, kuva 4. ja kuva 6. Pehmeillä homogeenisillä IF-laaduilla suuretkaan raakaKUVA 4. Paksuuskäyrä esimerkki, jolla useita toleranssin ulkopuolelle poikkeamisia 14 kpl, tyypillinen monifaasiteräksen paksuuskäyrä. TAULUKKO 1. Paksuustarkkuuden arvioinnin tunnuslukuja, kelakohtaisesti laskettavia arvoja. selite yksikkö pituus toleranssiin 1.kerran keulasta lukien m pituus pysyvästi toleranssiin keulasta lukien m pituus toleranssiin 1.kerran hännästä lukien m pituus pysyvästi toleranssiin hännästä lukien m paksuus keskiarvo mm paksuus keskihajonta mm paksuus minimi mm paksuus maksimi mm paksuus - tähtäys, keskiarvo mm paksuus - tähtäys, hajonta mm paksuus - tähtäys, minimi mm paksuus - tähtäys, maksimi mm x %:n ylittävä tai alittava pituusosuus, tyypillisesti seurataan 1,2 ja 5%:n ylityksiä/alituksia % Cp-arvo, asiakastoleransseilla (ylätoleranssialatoleranssi/6*hajonta) – Cpk-arvo, asiakastoleransseilla (minimi arvoista:[(ylätolerkeskiarvo)/3*hajonta,(keskiarvo-alatoler.)/3*hajonta]) – Cpm-arvo, asiakastoleransseilla (cp-arvo/(1+((keskiarvo-tähtäys)/ hajonta)^2))^0.5 – romutusmäärä pituus keulasta ja hännästä, jolla cpk-arvo 1.4 saavutetaan m romutusmäärä %osuus pituudesta keulasta ja hännästä, jolla cpkarvo 1.4 saavutetaan % Cpxx-arvo, +-0.xx mm toleransseilla (ylätoleranssialatoleranssi/6*hajonta) – Cpkxx-arvo, +-0.xx mm toleransseilla (minimi arvoista:[(ylätolerkeskiarvo)/3*hajonta,(keskiarvo-alatoler.)/3*hajonta]) – Cpmxx-arvo, +-0.xx mm toleransseilla (cp-arvo/(1+((keskiarvotähtäys)/hajonta)^2))^0.5 – toleranssien ulkopuolinen pituus m toleranssien ulkopuolinen %pituusosuus % toleranssien ulkopuolelle poikkeamiset, koukkausten lukumäärä – KUVA 5. Esimerkki paksuuspoikkeamien seurannasta. >
10 • OHUTLEVY 2025 www.ohutlevy.com aineen paksuushajonta-arvot eivät oleellisesti huononna paksuustarkkuuden suorituskykyä kylmävalssauksessa. Esimerkki paksuustietojen välittämisestä seuraavalle prosessivaiheelle on esitetty kuvassa 7. Kuvassa näkyy tulevan nauhan pituus- ja poikittaissuuntainen paksuus ja määritetyt romutustarpeet kelan päistä (keula/häntä metriä) sekä tasomaisuuskartta. Tyypillisesti paksuustoleranssien ylitykset ovat varsin lyhyitä. Jos poikittaisprofiilissa olisi huomauttamista esimerkiksi crown- tai kiilamaisuusarvoon liittyen ko. kelan tietoihin lisätään asiaankuuluvat varoitustekstit ja korostusosoitin. Poikittaisprofiilitieto on kolmesta kohtaa kelaa: keula, runko ja häntä, ja jos niissä on keskenään eroa sallittua enemmän, korostetaan ongelmaosaa. Tärkeimmät ominaisuudet poikittaisessa paksuusprofiilissa ovat seuraavat: crownin oltava aina positiivinen, symmetrinen ja pituussuuntainen vaihtelu mahdollisimman vähäistä. Sinkityn lopputuotteen paksuusennusteessa huomioidaan lämpökäsittely, nauhaa ohentavat vetojännitykset ja pinnoitteen paksuus. Sinkin massan jakautumisesta on määritetty omat tunnuslukunsa, jotka vaikuttavat myös paksuustarkkuuteen. Pinnoitekoodista riippuen paksuuden kasvu voi olla 10–100 mm. Tehtaan sisäisestä paksuustoleransseista on usein unohdettu tekijä, nimittäin poikittainen paksuusprofiili ja sen merkitys. Tällä paksuustoleranssilla on suuri merkitys, jotta nauha kulkee stabiilisti ja venymättä (hyvä tasomaisuus) läpi prosessien, jolloin asiakasvaatimukset täyttyvät. Poikittaisen paksuusprofiilin huomioiminen lopputuotteessa on oleellista. Tietyillä teräslaaduilla poikittainen paksuusprofiili muuttuu lämpökäsittelyssä merkittävästi ja tämä muutos on huomioitava jo raakaainetta tilattaessa. Tähtäysarvona poikittaisessa paksuusprofiilissa käytetään yleensä crown-lukua, jota ohjataan raaka-aineittain ja mitta-alueittain. Sinkityn lopputuotteen paksuusarvo on yleisesti mitattu skannaamalla reunasta reunaan, jolloin KUVA 6. Kylmävalssauksen ± 2%:n sisään osuminen vs. kuumanauhavalssaimen paksuushajonta. KUVA 7. Sinkkilinjalle saapuvan kylmävalssatun materiaalin paksuus- ja tasomaisuustietojen esittäminen. saadaan samalla edustava paksuusotos koko kelasta. Lopputuotteen poikittaisen paksuusprofiilin on oltava aina positiivinen (eli keskikohdaltaan paksumpi), jolloin kelan käsittely myös asiakkaalla on vakaata ilman venymisriskiä. Heuristisesti voidaan sanoa, että hyvä tavoiteltava lopputuotteen crown-arvo on 5–15 mm. Poikittaisen paksuusprofiilin kuvaamisessa käytetään tyypillisesti crown- ja kiilamaisuuslukua. Kiilamaisuus on reunojen välinen paksuusero ja crown-luku (yleensä 40 mm reunasta) on keskiarvo keskikohdan ja reunojen välisestä paksuuserosta. Kokemusperäisesti voidaan todeta, että poikittaisprofiilin kuvaaminen pelkällä crown- ja kiilamaisuusluvulla ei ole riittävä, koska esimerkiksi reuna-alueen (=1/4 leveyskohta) huomiointi jää tällöin kokonaan pois. Kuvassa 8 on esitetty esimerkki poikittaisprofiilista, jolla poikittainen paksuusprofiili ei ole tavoiteltava parabolinen (ja tällöin
OHUTLEVY 2025 • 11 www.ohutlevy.com crown-luku ei kuvaa profiilia) ja tällaisen muodon kuvaamiseen soveltuu esimerkiksi Chebyshevin polynomi. Profiilin kuvaamiseen riittää usein polynomin 4 ensimmäistä termiä. Crown-luku noudattaa kaavaa crown=-2*T2 (chebyshevin polynomim 2. termi) profiilin ollessa parabolinen. Chebyshevin polynomin termit: , jossa x kuvaa leveyssuuntaa -1-1. Parametrit T1-T4 määritetään esimerkiksi pienimmän neliösumman menetelmällä. T1-termi kuvaa kiilamaisuutta, T2-termi parabolisuutta (”pyöreys, kypärämuoto”), T3-termi epäsymmetriaa (”huippu pois keskilinjalta”) ja T4-termi 1/4 kohtaan liittyvää poikkeamaa (”kantikkuus tai korostunut terävä huippu”). Kuvassa 9 on esitetty puhtaan parabolisen ja ei-parabolisen muodon poikittaisprofiilit. Molemmilla tapauksilla crown-arvo on 40 mm, vaikka profiilit ovat täysin erilaiset. Ei-parabolista profiilia valssattaessa joudutaan käyttämään erilaista valssausvoima ja työvalssien taivutusvoima KUVA 8. Esimerkki poikittaisesta paksuusprofiilista sen poiketessa parabolisesta. KUVA 9. Parabolinen vs ei-parabolinen poikittainen paksuusprofiili, (legendlaatikossa T1-T6 -termien arvot). vaadittujen rajojen sisällä esi- ja viimeistelyvalssauksessa ennen nauhan siirtymistä kylmävalssaukseen. Vaikka vaaditut toleranssit saavutetaan kuumavalssauksen aikana, joillakin laaduilla ongelmia saattaa tulla esiin nauhakelan jäähtymisen aikana liittyen faasimuutoksiin. Kylmävalssaamolla huomioidaan saapuneen nauhan profiili, jotta peittaus ja erityisesti kylmävalssaus onnistuvat siten, että nauhalle saadaan optimaalinen muoto sekä haluttu paksuus sinkkipinnoitusta varten. ■ Lähteet [1] Ilmola, J., Pohjonen, A., Koskenniska, S., Seppälä, O., Leinonen, O., Jokisaari, J., Pyykkönen, J., & Larkiola, J. (2021). Coupled heat transfer and phase transformation of dual-phase steel in coil cooling. Material Today Communications, 26, 101973. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101973 [2] Ilmola, J., Modeling of a thermo-mechanically controlled virtual finishing rolling mill and coil cooling processes, Acta Universitatis Ouluensis, C Technica 991, 2025, Väitöskirjan pysyvä osoite: https://urn.fi/ URN:NBN:fi:oulu-202412187446 • MIKA JUDIN, PROSESSIKEHITYSINSINÖÖRI, SSAB EUROPE OY • JOONAS ILOLA, TUTKIJATOHTORI, OULUN YLIOPISTO • JARI LARKIOLA, PROFESSORI, OULUN YLIOPISTO yhdistelmää kuin parabolisella profiililla ja vaarana on, että haluttua tasomaisuutta ei saavuteta. Tasomaisuusviasta voi seurata seuraavassa prosessivaiheessa esimerkiksi naarmuja, sivuunajautumisriski kasvaa sekä sinkin massan epätasaisuus ilmanveitsien toiminnan häiriintyessä. 4. Yhteenveto Sinkkipinnoitetun teräsnauhan paksuuden ja tasomaisuuden säätö aloitetaan jo kuumanauhan valssauksessa. Paksuus ja laatuparametrit ovat oltava
12 • OHUTLEVY 2025 www.ohutlevy.com Ruostumattomien terästen pääryhmät Austeniittiset ruostumattomat teräkset on eniten käytetty ruostumattomien terästen ryhmä ja niitä voidaan pitää ruostumattomina yleisteräksinä. Kemialliselta koostumukseltaan austeniittiset teräkset sisältävät vähintään 17 % kromia ja 7 % nikkeliä. Nikkeliseostus muuttaa teräksen kiderakenteen austeniittiseksi, jolloin mm. teräksen ferromagneettisuus häviää. Austeniittisille teräksille on tyypillistä pieni myötölujuus sekä suuri murtolujuus ja –venymä. Käytännössä murtovenymä on noin kaksinkertainen hiiliterästen murtovenymään verrattuna. Suuri murtovenymä johtuu austeniittisten terästen voimakkaasta muokkauslujittumisesta ja varsinkin 18/8-tyyppisillä teräksillä tapahtuvasta työstökarkenemisesta. Ferriittisten ruostumattomien terästen kiderakenne on raudan ferriitti, ja niiden fysikaaliset sekä mekaaniset ominaisuudet lukuun ottamatta parantunutta korroosionkestävyyttä ovat lähellä hiiliteräksiä. Austeniittis-ferriittiset teräkset, joita kutsutaan kahden eri kiderakenteen vuoksi duplex-teräksiksi ovat yleisesti käytössä öljynjalostuksessa, kemian- ja paperiteollisuudessa sekä laivanrakennuksessa. Duplex-terästen myötölujuudet (Rp0,2) ovat luokkaa 450…500 N/mm2. Duplex-terästen hyvä sitkeys ja hitsattavuus yhdessä korroosionkestävyyden kanssa mahdollistaa painonsäästön rakennekäytössä. Duplex-terästen kestävyys jännityskorroosiota vastaan kloridipitoisissa olosuhteissa on usein austeniittisia teräksiä parempi. Muovattavuus Muiden tekijöiden ollessa oikein valittuja muovauksessa saavutettavan muodonmuutoksen määrää aineen muovattavuus. Muovattavuus on eri muodonmuutostiloissa ja muovausoperaatioissa erilainen. Teräksen ominaisuuksista muovattavuutta kuvaavat lähinnä myötölujuus, murtolujuus, sitkeys ja muokkauslujittumisen vaikutus em. ominaisuuksiin. Lisäksi vaikuttaa teräksen taipumus paksuussuuntaiseen ohentumiseen pituussuunnassa vaikuttavan venytyksen aikana (r-arvo eli normaalianisotropia). Levyn taivutus ja särmääminen Muokkauslujittumisen takia austeniittisten ruostumattomien terästen taivuttamisessa tarvitaan enemmän voimaa kuin vastaavan paksuisten hiiliterästen taivuttamisessa; austeniittisilla vaaditaan noin 60 % suurempi voima hiiliteräkseen verrattuna. Ruostumattomien terästen taivuttaminen vaatii enemmän konekapasiteettia. Nyrkkisääntönä voidaan sanoa, että kapasiteetti pienenee 2/3:aan verrattuna hiiliterästen taivutuskapasiteettiin taivutettaessa ruostumattomia teräksiä. Suoraviivainen taivuttaminen Levyn taivuttaminen voi tapahtua joko suoraviivaisena taivutuksena tai pitkin ympyräkaarta (kaulusten ja putkiyhteiden teko). Taivutusta kuvaavia geometrisiä muuttujia ovat taivutussäde r (taivekohdan sisäpuolella), taivutuskulma a ja taipeen pituus B (kuva 1). Ruostumattomien terästen muovattavuus KUVA 1. Levyn suoraviivainen taivutus. Taivutus eroaa muista muokkausmenetelmistä siten, että jännityksen ja muodonmuutosten jakautuminen poikkileikkauksen eri kohtiin on varsin epätasaista. Kappaleen sisäpinnalla on puristusjännitys ja ulkopinnalla vetojännitys. Puristusjännitys sisäpinnalla aikaansaa aineen tyssäytymisen ja poikkileikkaus muuttuu trapetsoidin muotoon (kuva 2). Neutraalikerros, jossa ei esiinny pitkittäistä muodonmuutosta, ei todellisuudessa sijaitse keskitasolla, vaan poikkileikkausmuodonmuutoksen takia lähempänä taipeen sisäpintaa. KUVA 2. Poikkileikkaus taivutetusta levystä. Ulkopinnassa olevasta vetojännityksestä johtuen seuraa taipeen pituuden kasvu. Taivekohdan pituuden kasvaessa tapahtuu samanaikaisesti myös levynpaksuuden oheneminen. Pituuden kasvu lisääntyy taivutussäteen pienetessä. Taipeen pituussuuntainen venyminen määrää suurimman muodonmuutoksen taivutuksessa. Pituussuuntainen venyminen on suurimmillaan levyn keskivaiheilla taipeen ulkopinnalla. Pituussuuntainen venyminen määrää myös murtumisen alkamisen taivutuksessa. Leveillä kappaleilla alapuolen pituussuuntainen tyssääntyminen saa aikaan levenemistä taitteen sisäpuolella. Leveät kappaleet pyrkivät
OHUTLEVY 2025 • 13 www.ohutlevy.com murtumaan levyn keskeltä ja kapeat reunoilta. Levy kestää paremmin taivuttamista kohtisuoraan levyn valssaussuuntaa vastaan (kuva 3.). voimankäyttöä (noin 2,5 kertainen) ja sitä käytetään pääasiallisesti alle 2 mm ohutlevyille. U-taivutuksen vaatima voima on noin 2…2,5 kertainen V-taivutukseen verrattuna. Työkalujen muoto ja kitka vaikuttavat huomattavasti voiman tarpeeseen. Takaisinjousto taivutuksessa Ruostumattomien terästen takaisinjousto on suurempi kuin hiiliteräksillä, johtuen pääosin niiden suuremmasta muokkauslujittumisesta. Kun taivuttavan voiman vaikutus lakkaa, taive yleensä jossain määrin oikenee uuden voimatasapainon asettuessa. Takaisinjousto on riippumaton levyn paksuudesta, mutta riippuu taivutussäteen suhteesta paksuuteen. Takaisinjouston suuruus ruostumattomalle teräkselle 90o taivutuksella on noin 2o taivutussäteellä s (s on levyn paksuus), 4o taivutussäteellä 6s ja 15o taivutussäteellä 20s. Koska kimmahduksen aiheuttajana on kimmoinen muodonmuutos, kasvaa kimmahdus myötölujuuden ja taivutussäteen myötä. Takaisinjouston kompensoimiseksi voidaan suorittaa taipeen lisämuokkausta tai kuumentaa sitä. Pohjaanisku särmättäessä myös vähentää takaisinjoustoa. Ruostumattomista teräksistä suurin takaisinjousto on Duplex-teräksillä, joilla myös murtolujuus on korkein. Austeniittisten ruostumattomien terästen takaisinjousto on myös korkeampi kuin hiiliteräksillä. Ferriittiset ruostumattomat teräkset ovat lähellä vastaavan lujuisia hiiliteräksiä. Rullamuovaus Ohutlevyjä voidaan taivuttaa myös rullamuovausta käyttäen. Rullamuovaus suoritetaan muotorullien eli valssiparien avulla taivuttamalla levyä pienin reduktiolisäyksin, kunnes lopullinen muoto eli profiili on saavutettu. Muovaustapahtuman aikana ei metalliaihion seinämissä tapahdu oleellisia paksuuden muutoksia. Rullamuovaus suoritetaan lähes poikkeuksetta kylmämuovausolosuhteissa. Rullamuovaus asettaa hyvin vähän vaatimuksia tuotteen poikkileikkauksen muodolle, jolloin muoto voidaan optimoida sopivaksi käyttökohteesta riippuen. Nauhaan voidaan myös leikata linjalla ennen rullamuovausta aukkoja tai reikiä, jolloin lähtöaineesta saadaan valmis tuote ilman lisäkäsittelyitä. Rullamuovauksen etuna on muovausmenetelmän hyvä soveltuvuus suurten tuotemäärien tekoon. Kaikki metallit, joita voidaan taivuttaa, soveltuvat rullamuovaukseen. Rullamuovauksessa levyn pinta ei vahingoitu, joten myös pinnoitettujen levyjen muovaaminen on mahdollista. Tärkeimmät rullamuovausprosessiin vaikuttavat materiaalin ominaisuudet ovat myötö- ja murtolujuus, muokkauslujittumiskyky sekä kimmoiset ominaisuudet. Rullamuovaamalla valmistettujen tuotteiden käyttäjiä ovat mm. auto-, ilmailu-, rakennus- sekä konepajateollisuus. Tunnetuimpia rullamuovaamalla valmistettuja valmisteita ovat rakennusteollisuuden poimulevyt seinissä ja katoissa sekä profiloidut katto- ja seinäpalkit. Rullamuovauslinjat sisältävät yleensä nauhan purkauskelan, oikaisurullaston, muovaavat muotorullat, leikkurin sekä siirtopöydän. Kuvassa 5 on esitetty jatkuvatoiminen rullamuovauslinja. Ruostumattomat teräkset soveltuvat hyvin rullamuovaukseen. KUVA 3. Valssaussuunnan vaikutus taivutettavuuteen. Minimitaivutussäde rmin pienenee materiaalin murtovenymän kasvaessa. Ruostumattomille teräksille suositellaan taulukon 1 mukaisia minimitaivutussäteitä. Käytännön työskentelyssä, kun rmin pidetään vähintään levynvahvuutena, liikutaan turvallisella alueella. Vedonalaisessa taivutuksessa rmin on noin (5…15) x levyn paksuus. Vedonalaista taivutusta voidaan käyttää mm. laipoitettujen kappaleiden taivutuksessa. TAULUKKO 1. Minimitaivutussäteitä ruostumattomille teräksille. Teräslaatu Levynpaksuus s (mm) 1 > 1 ≤ 1,5 > 1,5 ≤ 2,5 > 2,5 ≤ 3 ASTM 301, 304L, EN 1.4310, 1.4307 0,5 1…1,5 1…2,5 2,5…3 ASTM 409, EN 1.4512 0,5 1…1,5 1…2,5 2,5…3 ASTM 316L, EN 1.4404 1 1…1,5 1…2,5 2,5…3 Käyräviivainen taivuttaminen Käyräviivaista taivuttamista on mm. putken pään laipoittaminen tai kauluksen muovaaminen levyssä olevaan reikään. Käyräviivaisessa taivuttamisessa tapahtuu taivutusreunassa joko venyminen tai tyssäytyminen. Venytysreuna on vaarassa repeytyä ja puristuksen alainen reuna voi nurjahtaa. Kutistusreunan taivuttamiseen tulisi käyttää pehmeitä työkaluja, jotka eivät ohenna materiaalia. Venytysreunaa muovattaessa materiaalin oheneminen on eduksi. Särmäys Särmäys tapahtuu tavallisimmin särmäyspuristimella. Levymateriaalille käytetään yleisimmin V- tai U-taivutusta. Myös monimutkaisemmat muodot ovat mahdollisia. Ruostumattomia teräksiä voidaan taivuttaa 180o säteellä. Mikäli taivutus tehdään pohjaaniskuna V-vasteeseen, suurin kulma on 135 astetta. Särmäyksen vaiheita esittää kuva 4. KUVA 4. Särmäyksen vaiheet. Ensin tapahtuu ns. vapaa taivutus, jossa levy taipuu haluttuun kulmaan. Pohjaaniskussa painin puristaa levyä voimakkaasti muovaten taipeen plastisesti vasteen pohjaa vasten. Pohjaaniskutaivutus edellyttää huomattavan suurta >
14 • OHUTLEVY 2025 www.ohutlevy.com Pyörähdyskappaleiden valmistaminen Pyörähdyskappaleita voidaan valmistaa ruostumattomasta teräksestä syvävetämällä, venytysmuovaamalla ja painosorvaamalla. Syväveto edellyttää materiaalilta vaativien muovattavuusominaisuuksien täyttämistä, mutta tarjoaa myös mahdollisuuden valmistaa monimutkaisiakin muotoja. Oikean ruostumattoman teräslaadun valinta kuhunkin valmistustekniikkaan on onnistuneen kappaleen perusedellytys. Harvoin kappaleen valmistus on puhdasta syvävetoa tai venytysmuovausta, joten usein joudutaan materiaalin valinnassa tekemään kompromissi vedettävyyden ja venytettävyyden välillä. Syväveto Syvävedossa muotoillaan tasainen aihio vetorenkaan, pistimen ja pidättimen avulla pyöreäksi tai särmikkääksi astiaksi yhdessä tai useammassa vaiheessa. Syvävedossa ei tarkoituksellisesti muuteta levyn paksuutta, vaan aihio liukuu vetorenkaan ja pidätinrenkaan välissä. Tarkastellaan materiaalin muodonmuutoksia vedon aikana kuvan 6 tapauksessa. Levyn taipuessa painimen painamana vetorenkaan reunan ylitse (vaihe 2) ohenee levy hieman venyttävän voiman vaikutuksesta. Seuraavassa vaiheessa pidätinrenkaan alla oleva osa joutuu tyssäytymään kehän suuntaisesti ja venymään säteittäisesti. Tästä on seurauksena seinämän paksuuden kasvaminen kupin yläosassa. Pidättimen pidätysvoiman tulee olla niin matala, että materiaali pääsee kohtuullisella voimalla liukumaan. Sen tulisi kuitenkin estää laipan rypyttyminen vedon aikana. Ruostumattomien terästen syvävedossa on käytettävä jäykkiä työkaluja, sillä muokkauslujittumisen takia vaadittava pidätyspaine on suuri. Austeniittisia teräksiä syvävedettäessä voimantarve on noin kaksinkertainen ja ferriittisiä vedettäessä noin puolitoistakertainen hiiliteräksen vastaavaan syvävetoon verrattuna. Vedon kannalta seuraavilla suureilla on merkitystä: levyaihion halkaisija D0 ja paksuus T, vedetyn kupin halkaisija d, kupin korkeus h, painimen pyöristyssäde rp ja vetorenkaan reunan pyöristyssäde rm. Lopullista seinämäpaksuutta valmiissa kappaleessa esittää kuva 7a. Seinämäpaksuuden muutokset riippuvat vetosuhteesta, painimen ja vetorenkaan säteestä sekä pidätyksen voimakkuudesta, materiaaliominaisuuksien ja voitelun ollessa toissijaisia. Suurin paksuneminen tapahtuu ulkoreunassa ja suurin oheneminen painimen särmällä. Materiaaliin vaikuttavia jännityksiä eri kohdissa on esitetty kuvassa 7b. Syvävedettävyyteen vaikuttavia tekijöitä Syvävedettävyyden mittana käytetään r-arvoa ja rajavetosuhdetta. Materiaalin syvävedettävyyttä kuvaa rajavetosuhde D/d, joka on suurimman vedossa ehjänä säilyvän lähtöaihion halkaisijan suhde painimen halkaisijaan. Rajavetosuhde: Maksimi aihion halkaisija Painimen halkaisija KUVA 6. Syvävetotapahtuman vaiheet. KUVA 7 a) Seinämän paksuuden muuttuminen syvävedossa, lähtöpaksuus 1 mm, ja b) jännitystila syvävedettävässä materiaalissa. KUVA 5. Jatkuvatoiminen rullamuovauslinja. 7b) 7a)
OHUTLEVY 2025 • 15 www.ohutlevy.com Rajavetosuhteeseen vaikuttavat muovattavan materiaalin lisäksi materiaalin paksuus, työkalujen geometria sekä voitelu. Mikäli voitelu on hyvä, tapahtuu murtuma kupin pohjalla, vastaavasti heikko voitelu voi aiheuttaa murtuman kupin seinämän kohdalle. Austeniittisten ruostumattomien laatujen rajavetosuhde on tyypillisesti 2,0…2,2. Koska rajavetosuhde ei riipu yksistään materiaalista, näin suurta rajavetosuhdetta ei voida käyttää sarjavalmistuksessa. Käytännönsyistä turvallisena vetosuhderajana on pidetty 1,8:aa. r-arvo kuvaa materiaalin mekaanisten ominaisuuksien suuntautuneisuutta. Isotrooppisella (kaikkiin suuntiin samanlaisella) aineella r-arvo = 1. Jos materiaalissa on tekstuuria, eli kiteet eivät ole suuntautuneet tilastollisen umpimähkäisesti, vaan jollakin yhteisellä tavalla, on aineen muodonmuutoslujuus eri suuntiin erilainen. Tällaisen materiaalin r-arvo ≠1. r-arvo määritetään seuraavasti: r = Poikittainen muodonmuutos Paksuus muodon muutos Materiaalin r-arvo ei ole vakio levyn kaikissa suunnissa. Normaalianisotropia määritetään ottamalla vetosauvat 0o, 45o ja 90o kulmassa valssaussuuntaan nähden. Normaalianisotropia määritetään seuraavasti: r = (r0° + 2r45° + r90°) 4 Jotta materiaali ei ohenisi, syvävedettävän materiaalin tulisi olla paksuuden suuntaisesti lujaa ja tason suunnassa mahdollisimman helposti myötäävää. Tällaisen materiaalin r-arvo on suuri, yli 1. Vaihtelu eri suuntiin otetuissa r-arvoissa merkitsee, että syvävedettäessä lieriösymmetristä kuppia on vaarassa muodostua kupin reunaan ns. korvat. Taulukossa 2 on esitetty tyypillisiä r-arvoja eri materiaaleille. TAULUKKO 2. Eri materiaalien r-arvoja. Materiaali r-arvo syvävetoteräs ruostumaton teräs kupari titaani 1,5…2,0 1,0…1,3 noin 1,0 7 Huolimatta suhteellisen vaatimattomasta r-arvosta, on koostumuksen ja mekaanisten ominaisuuksien hyvästä tasapainottamisesta johtuen austeniittisten ruostumattomien terästen kylmämuovattavuus erittäin hyvä. Hehkutettuna austeniittisella ruostumattomalla teräksellä on matala myötölujuus, suuri murtolujuus ja -venymä. Kylmämuovauksessa teräkseen muodostuva muokkausmartensiitti antaa ruostumattomalle teräkselle tunnusomaisen voimakkaan muokkauslujittumisen, jolla on merkitystä sekä muovauksen suorituksen että syntyvien ominaisuuksien kannalta. Aineen muokkauslujittumiskykyä kuvataan muokkauslujittumiseksponentilla, n. Korkean muokkauslujittumiseksponentin omaava materiaali lujittuu voimakkaasti muokkauksessa. Tällainen materiaali vastustaa kuroutumaa, eli sitä voidaan venyttää enemmän ennen kurouman syntyä. Syvävedossa voimakas muokkauslujittuminen on hyödyksi koska se lujittaa kupin seinämiä. Toisaalta myös pidättimen alta liukuva reunus lujittuu ja lisää kupin vetämisessä tarvittavaa voimaa. Suuria vetosuhteita vaativia syviä ja monimutkaisia kappaleita vedettäessä voidaan muovaus suorittaa useammassa vaiheessa ns. jatkettuna vetona. Tämä tapahtuu suorittamalla kerran vedetylle kappaleelle yksi tai useampia jatkovetoja. Vetojen välissä kappale on hehkutettava 1050…1100 oC lämpötilassa. Välihehkutus voidaan jättää pois kaksivaiheisessa vedossa, mikäli ensimmäisen vedon vetosuhde on alle 1,3. Saavuttaakseen saman pehmeyden haponkestävä teräs vaatii korkeamman lämpötilan ja pidemmän hehkutusajan kuin ruostumaton teräs. Erittäin syviä kappaleita voidaan vetää hydromekaanisella vedolla, jossa vetorengas on täytetty nesteellä. Muovauksen aikana nesteen paine kasvaa ja materiaali painautuu tiukasti kiinni pistimeen. Nestepaine tukee materiaalia ja estää murtuman syntymistä kupin pohjasärmään. Menetelmällä saavutetaan suuri vetosuhde, hyvä pinnanlaatu ja mittatarkkuus. Voitelu – Ruostumaton teräs asettaa suuremmat vaatimukset voitelulle kuin hiiliteräkset. Syynä on ruostumattomien terästen suuri muokkauslujittuminen, joka vaatii suuret vetovoimat ja aiheuttaa suuren kuormituksen työkalun pintaa vastaan. Puutteellisesta voitelusta on usein seurauksena muovattavan kappaleen ja työkalun kiinnileikkautuminen. Kiinnileikkautumistaipumus riippuu teräksen pinnanlaadusta. Esimerkiksi kiiltävä BA-pinta on alttiimpi kuin hieman karheampi 2B-pinta. Tarttumista voidaan ehkäistä myös pinnoittamalla työkalut esimerkiksi kovalla titaaninitridillä. Huomattava vetokitkan pienennys saadaan aikaan voitelemalla aihio ulkopuolelta. Voitelunesteiden sijasta voidaan käyttää myös erilaisia itsekiinnittyviä kalvoja teräksen pinnalla (kuva 8). Nämä ehkäisevät täysin kiinnitarttumisen. Ongelmia voi esiintyä kalvon kestävyydessä sekä mahdollisessa venymisen suuntautuneisuudessa. Kalvojen etuna on kyky suojata myös muissa työvaiheissa. Kalvovoitelu on useissa tapauksissa kalliimpi vaihtoehto kuin voitelunesteiden käyttö. Voitelemalla kappale ulkopinnalta voidaan saavuttaa suurempia vetosuhteita. Sisäpuolinen voitelu kohdistaa vedon liiaksi painimen kärkeen ja kappale murtuu kupin pohjasärmästä. KUVA 8. Erilaisia suojamuovikalvoja: oikealta lukien PEBW (Poly Ethane Black & White), PETR (Poly Ethane Transparent), PVC. Työkalujen välykset – Välykset tulee sovittaa materiaalin paksuuntumistaipumuksen mukaan. Kuten edellä tuli ilmi, paksuuden muutokset riippuvat pääosin vetosuhteista ja vetogeometriasta. Hyvin syviä kappaleita vedettäessä saattaa levyn paksuus kasvaa kupin yläosassa austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä jopa 35…40 % ja ferriittisillä >
16 • OHUTLEVY 2025 www.ohutlevy.com 10…15 %. Vedettäessä kulmikkaita kappaleita tulee välyksien olla kulmissa suuremmat. Vetonopeus – kitka useimmiten pienenee vetonopeuden kasvaessa. Liian suurella nopeudella muokkauslämpö nostaa kappaleen lämpötilan liian suureksi, jolloin voiteleva kalvo tuhoutuu ja kitka lisääntyy. Vetonopeudella on vaikutusta myös materiaalin ominaisuuksiin. Austeniittisilla laaduilla vetonopeuden lisääminen vähentää muokkauslujittumista. Kontrolloimalla kappaleen lämpenemistä vedon aikana voidaan vetää syvempiä muotoja. Ruostumattomalle teräkselle olisi eduksi, jos lämpötila nousisi pidättimen alla sen verran, että muokkauslujittumista ei tapahtuisi. Tällöin materiaali liukuisi kevyemmin painimen vetäessä sitä alaspäin. Toisaalta muokkauslujittuminen tulisi olla suurta kupin seinämän alueella, jotta se kestäisi hyvin vetoa. Tämän perusteella rakentamalla pidättimeen lämmitys ja painimeen jäähdytys voidaan voimakkaasti muokkauslujittuvien ruostumattomien vetosuhdetta merkittävästi nostaa. Venytysmuovaus Venytysmuovauksessa on materiaalin luistaminen muotin sisään estetty kokonaan. Tämän takia muovauksen aikana muovattava kohta ohenee (kuva 9). Koska muovauksessa venymän jakautuminen ei koskaan ole tasaista, tärkeimmäksi ominaisuudeksi muodostuu muokkauslujittumiskyky. Materiaali venyy heikoimmasta kohdasta, kunnes muokkauslujittuminen tekee kohdasta niin lujan, että venyminen siirtyy toiseen kohtaan. Painosorvaus Painosorvaus suoritetaan kuvan 10 mukaisella laitejärjestelyllä, jossa muodostetaan haluttu muoto pyörivässä liikkeessä olevasta keskeisesti kiinnitetystä aihiosta sitä asteittaisesti keskelle päin painaen. Painosorvauksessa on aina käytettävä aihion voitelua. Painosorvauksessa työkappaleen seinämä ei sanottavasti ohene, vaan muovattava pyöryläaihio painetaan vaiheittain ”hahmottelemalla” pyörivää lestiä vasten rullatyökalun avulla. Päinvastoin kuin syvävedossa kappaleen suuosa ei paksuunnu. Erilaiset kartiot ja puolipallomuodot ovat tyypillisiä painosorvauksen sovelluskohteita. Vetomenetelmiin verrattuna painosorvauksen etuja ovat pienemmät työkalu- ja pääomakustannukset, lyhyet asetusajat, helpot kappaleen muodon, aineen ja paksuuden muutokset. Toisaalta menetelmä vaatii työntekijältä ammattitaitoa ja on aika hidas menetelmä. KUVA 9. Venytysmuovauksen periaate. Alue, jossa oheneminen tapahtuu, riippuu suurelta osin työkalujen geometriasta ja kitkan jakautumisesta. Vedettävän kappaleen korkeuden kasvaessa oheneminen tapahtuu yhä epätasaisemmin. Kovin syviä tuotteita ei tällä tavoin pystytä valmistamaan, mutta venytysmuovausta on mukana useissa monimutkaisten tuotteiden valmistusvaiheissa. Esimerkkinä mainittakoon syvävedettyjen tuotteiden täsmäys ja pyöreiden muotojen vetäminen. Venytysmuovattavalla materiaalilla tulisi olla hyvä muokkauslujittumiskyky ja tasavenymä. Austeniittisten terästen syvävedettävyys on hyvä, koska niiden murtovenymät ovat suuria. Muokkauslujittuminen austeniittisilla laaduilla tapahtuu työstökarkenemisena, mikä ilmenee materiaalin tulemisena ferromagneettiseksi. Venytysmuovaukseen soveltuvat parhaiten epästabiilit austeniittiset laadut. KUVA 10. Painosorvauksen periaate. Austeniittisista laaduista parhaiten painosorvaukseen soveltuvat stabiilit vähäisen muokkauslujittumisen omaavat laadut. Näiden laatujen austeniittisen rakenteen sitkeys on kylmämuovattunakin hyvä verrattuna työstökarkeutuneeseen materiaaliin. Huonosti painosorvaukseen soveltuvat epästabiilit laadut (esimerkiksi EN 1.4310/ ASTM 301) ja helposti lastuttavat versiot (esimerkiksi 1.4305/303). Ferriittisten terästen painosorvattavuus riippuu kromipitoisuudesta. Kromipitoisuuden kasvaessa yleensä sitkeys ja tällöin myös painosorvattavuus huononevat. Etuna austeniittisiin nähden on ferriittisten laatujen vähäinen muokkauslujittuminen. Toisaalta ferriittisten laatujen sitkeys laskee kylmämuokattaessa nopeasti. Tämän takia joudutaan monivaiheisessa painosorvauksessa käyttämään useampia välihehkutuksia kuin austeniittisilla teräksillä. Ferriittisten laatujen painosorvattu pinta voi olla epätasaisempi kuin austeniittisilla. Suurpainemuovaus Suurpainemuovauksessa muovattava kappale, yleensä putki, asetetaan muotin sisään ja täytetään nesteellä, joka on vedestä sekä korroosionesto-, puhdistus- ja voiteluaineesta muodostuva emulsio. Tämän jälkeen putki tiivistetään päistään aksiaalisylintereillä ja pakotetaan muovautumaan muotin sisäpuolisen muodon mukaiseksi 1000…6000 barin suuruisen nestepaineen avulla. Putkiaihio voi olla tarvittaessa esitaivutettu tai muulla tavoin esimuovattu. Monimutkaisempia ja materiaalin kannalta vaativampia kappaleita valmistettaessa aksiaalisylinterien avulla voidaan synnyttää
RkJQdWJsaXNoZXIy MjU0MzgwNw==