Gjutjärn anses inte svårt att bearbeta. Detta beror delvis på att materialet har en högre grafithalt jämfört med stål. Grafiten gör spånorna spröda och korta, och har dessutom friktionshämmande egenskaper som bidrar till mycket god smörjning. Eftersom grafiten också tar upp vibrationer, bidrar den till stabiliteten i bearbetningen. Även om dessa fördelar talar för att påståendet stämmer, finns det ändå mycket att tänka på när man jobbar med gjutjärn, som gör att man behöver gå in mer i detalj på ämnet.
Som namnet anger, så är gjutjärn avsett för gjutning. Bearbetning av gjutjärn innebär avverkning av ojämna och inhomogena arbetsstycken, som till exempel kan innehålla sandinneslutningar, gjuthud, håligheter, krympsprickor och andra gjutfel, vilket påverkar de skärande verktygen. Den högre grafithalten medför även en nackdel: verktygen slits snabbare. Det innebär att de skärande verktygen måste ha god slitstyrka för att ge hög produktivitet. Med begreppet "gjutjärn" avses ofta olika typer av järnlegeringar med mycket varierande bearbetbarhet. Detta förbises ofta, vilket kan leda till val av fel verktyg och skärdata.
Det finns många typer av gjutjärn. Grått, nodulärt och aducerbart gjutjärn från materialgrupp K (röd identifieringsfärg). Härdat och kokillhärdat gjutjärn ingår i grupp H (grå identifieringsfärg). Dessa specifikationer ger tillverkarna tydliga riktlinjer för användningen av skärande verktyg – rätt verktygsmaterial, skärgeometri och skärdata.
Oftast är bearbetning av ISO K gjutjärn inget problem för industrin. Ferritiskt grått gjutjärn är till exempel ett lättbearbetat material. Däremot är ISO H gjutjärn svårare att bearbeta. Även om förhållandena liknar dem vid bearbetning av hårt stål, kräver materialets särskilda egenskaper lämpliga lösningar av skärande verktyg. Dessutom kan bearbetningsegenskaperna hos vissa typer av gjutjärn variera inom samma arbetsstycke.
Bearbetbarheten hos korrosiv-resistenta gjutjärn kan jämföras med gråjärn, men den skärgeometri som behövs bör vara mer lik den som används för austenitiskt rostfritt stål. Detaljer av ADI (austempered ductile iron) levereras i olika materialtillstånd och hårdheter, vilket påverkar valet av verktyg. Bearbetbarheten för ADI innan härdning är tillräckligt god och påminner om bearbetning av höglegerat stål. Men om gjutjärnet som skall bearbetas är i ett mycket hårt tillstånd, måste samma verktyg som för ISO H material användas för att uppfylla kundens förväntningar.
Det kan vara utmanande att bearbeta gjutjärn med hög hårdhet i gruppen ISO H. Bearbetning av gjutjärn med hårdheter upp till HB 440 är oftast mindre problematiska men situationen förändras dock om nötningsbeständigt gjutjärn med hög kromhalt ska bearbetas. Hårdheten är ofta ungefär HRC 52–54, men i de tunnväggiga delarna kan hårdheten nå upp till HRC 60 eller mera. I kombination med det höga krominnehållet blir bearbetningen mycket besvärlig och verktygens livslängd minskar avsevärt.
Tabell 1 visar den genomsnittliga bearbetbarheten för olika typer av gjutjärn. Perlitiskt grått gjutjärn, som sätts till 100 %, är grunden för jämförelsen.

Tabell 1. Bearbetningsbarhet hos gjutjärn (genomsnittsdata)

Material	Tillstånd	ISCAR mat. grupp*	Bearbetbarhet %
Grått	Ferritiskt	15	130
gjutjärn (GCI)	Perlitiskt	16	100
Nodulärt	Ferritiskt-perlitiskt	17	75
gjutjärn (NCI)	Perlitiskt	18	70
Aducerbart	Ferritiskt	19	115
gjutjärn (MCI)	Perlitiskt	20	93
Kompakt grafitjärn (CGI)		~17	80
Bainithärdat	Mjukt	~10	80
formbart segjärn (ADI)	Härdat	41	35
Korrosiv-resistent gjutjärn, CI			90
Kokillhärdat gjutgärn	HB 400…440	40	50
Härdat gjutjärn	HB 550…600	41	25

* ISCAR materialgrupp enligt standarden VDI 3323


Valet av det lämpligaste verktyget för bearbetning av gjutjärn bör baseras på noggrann analys av gjutjärnstypen och dess hårdhet. Specialister på skärande verktyg, vars uppgift är att välja rätt verktyg för olika tillämpningar, måste vara noggranna och exakt känna till egenskaperna för det gjutjärn som ska bearbetas. Tillverkarna av skärande verktyg försöker hitta de effektivaste lösningarna för att bearbeta gjutjärn, med hänsyn till de olika varianterna. De främsta användarna av gjutjärn är bilindustrin, formverktygsindustrin och tung industri – som kräver alltmer effektiva produkter från sina skärverktygspartners. Verktyg för bearbetning av gjutjärn utgör en stor del av ISCAR:s produktsortiment. ISCAR har lanserat en mängd intressanta och kreativa lösningar och skärverktygsmaterial särskilt avsedda för bearbetning av detta populära material.

På fast grund
Det tidigare nämnda materialet, gjutjärn med hög kromhalt, är svårbearbetat, vilket är utmanande för att nå en hög produktivitet. De skärande verktygen utsätts för höga mekaniska och termiska belastningar. Vid fräsning av denna typ av gjutjärn med hårdmetallverktyg ligger skärhastigheten oftast på 40–50 m/min. Den kraftiga värmeutvecklingen tvingar användaren att tillföra kylvatten vilket innebär att verktyget utsätts för värmeväxlingar som avsevärt förkortar dess livslängd.
ISCAR utvecklade sorten DT7150 särskilt för dessa applikationer. DT7150 är en hårdmetallsort av typen "DO-TEC" som har ett segt substrat och en kombinerad CVD- och PVD-beläggning. Sortens mycket höga motstånd mot slitage och urflisningar gör den effektiv vid bearbetning av hårt gjutjärn.
En väsentlig förbättring av produktiviteten kan nås genom att använda kubisk bornitrid (CBN), vilket möjliggör en kraftig ökning av skärhastigheterna. Vid bearbetning av till exempel hårt gjutjärn kan 2–5 gånger högre hastigheter användas, jämfört med hårdmetall. ISCAR:s högpresterande fräsar med tangentiella skär och skäreggar av kubisk bornitrid (CBN) är mycket populära inom bilindustrin. För hårdsvarvning har ISCAR utökat sortimentet av ISO-skär med CBN-spets för både kontinuerligt och intermittent bearbetning (Bild 1).
I ISO K-applikationer (gråjärn, nodulärt och aducerbart gjutjärn) vid medelhård belastning, har keramiska verktyg visat goda resultat. Med periferislipade och tangentiellt infästa TANGMILL frässkär i kiselnitridkeramen IS8, kan skärhastigheten ökas med upp till tre gånger, och ändå ge en utmärkt ytfinhet. Vid svarvning kan skärhastigheten ökas upp till fem gånger, även vid grovsvarvning, genom att använda CVD-belagda keramiska skär.

Geometrins betydelse
Avgörande för verktygets prestanda är skärgeometrin och eggutformningen. Det finns flera typer av eggutforming, bland annat avrundad eller fasad. Valet av utformning på skäret kan verka enkelt, men så är det inte alltid. Vilken bredd på fas och fasvinkel är mest effektiv? Hur skapas rätt vinkel under tillverkningen? Dessa frågor är särskilt viktiga när keramiska skär eller CBN skär används. Svaren kräver professionellt kunnande och erfarenhet. Dagens ingenjörer har tillgång till kraftfulla konstruktionshjälpmedel – till exempel datormodellering av spånformning – för att hitta den optimala formen. Sådana hjälpmedel förkortar avsevärt tiden för att utveckla skärgeometrin, vilket är en viktig faktor för framgångsrik verktygskonstruktion.
Ett bra exempel på hur ett hårdmetallskär kan utformas optimalt för bearbetning av gjutjärn är spårstickningsskäret TGMA. Detta skär har lanserats under senare år och kompletterar ISCAR:s produktgrupp TOPGRIP. Skärets front- och sidoytor har en fasad utformning så kallad T-land, vilket ökar skäreggens styrka och skärets livslängd (Bild 2). Datormodellering hade en avgörande betydelse vid optimeringen av skärgeometrin. Skären är gjorda av CVD-belagd hårdmetallsorten IC5010, och har utvecklats särskilt för gjutjärn.

Extra fin ytfinhet
En av ISCAR:s senaste produktlanseringar i "LOGIQ-kampanjen” är TANGFIN – planfräsar utformade för att ge extra hög ytfinhet (Bild 3). De tangentiellt monterade skären i en TANGFIN-fräs har en gradvis förskjutning i både radiell och axiell riktning. Varje skär tar bara bort en liten del av materialet. Denna metod, kombinerat med den kraftiga tangentiella inspänningsprincipen och skärets långa wiperkant, ger en imponerande ytfinhet, Ra ned till 0,1 μm.

Kundanpassade lösningar
Bilindustrin är en av de största producenterna av gjutjärnsdetaljer. För att minska kostnaden per detalj vid massproduktion av bilkomponenter har tillverkarna av skärande verktyg utvecklat kundanpassade avancerade verktyg som maximerar produktiviteten vid vissa bearbetningsmoment och minskar stilleståndstiden.
En kundanpassad lösning för styrspindlar (Bild 4) är ett utmärkt exempel på dessa kombinerade verktyg. ISCAR föreslog denna lösning som en del av ett nyckelfärdigt projekt för en av de största biltillverkarna. Det kombinerade monterade verktyget utför flera operationer – det skär en innergänga med en gängtapp; fräser två spår (för låsring och smörjmedelstätning) genom spiralinterpolering; samt fräser ytterytan. Verktyget har olika radiellt och tangentiellt infästa skär.
Kort sagt – att bearbeta gjutjärn är alltså inte så enkelt som man från början kan tro. För att uppnå – och upprätthålla – effektiva bearbetningsmetoder, maximera effektiviteten och dra nytta av verktygens "intelligenta" funktioner är det alltså av största vikt att förstå alla aspekter av detta mångfasetterade material och följa instruktionerna för korrekt bearbetning av gjutjärn.

Bild 1


Bild 2


Bild 3


Bild 4