Koneistus tehdään hitsauksen jälkeen, koska hitsausprosessi muuttaa metallin rakennetta ja mittoja lämmön vaikutuksesta. Jos koneistus tehdään ennen hitsausta, tarkat mitat vääristyvät hitsauksen aiheuttaman lämpölaajenemisen ja jäännösjännitysten seurauksena, eikä valmis osa enää vastaa suunniteltuja toleransseja. Seuraavissa osioissa käymme läpi syyt tarkemmin ja kerromme, miten hallitsemme tämän valmistusjärjestyksen käytännössä.

Mitä hitsaus tekee metallin rakenteelle ja mitoille?

Hitsaus aiheuttaa metallissa paikallisen, erittäin voimakkaan lämpötilannousun, joka muuttaa materiaalin rakennetta ja mittoja. Hitsaussauman lähialueella metalli laajenee kuumentuessaan ja kutistuu jäähtyessään, mikä synnyttää jäännösjännityksiä ja muodonmuutoksia koko kappaleeseen. Nämä muutokset ovat väistämättömiä riippumatta käytetystä hitsausmenetelmästä.

Lämmön vaikutus ei rajoitu pelkästään saumaan. Myös hitsaussauman vieressä oleva niin sanottu lämpövaikutusvyöhyke muuttuu metallurgisesti: rakeiden koko kasvaa, kovuus vaihtelee ja sisäiset jännitykset jakautuvat epätasaisesti. Tämä tarkoittaa, että vaikka kappaleen ulkonäkö vaikuttaisi muuttumattomalta, sen sisäinen rakenne on erilainen kuin ennen hitsausta.

Ohutlevyillä vääntyminen on erityisen haastavaa, koska ohut materiaali johtaa lämpöä nopeasti ja reagoi siihen herkästi. Siksi esimerkiksi kuitulaserhitsaus, johon me olemme investoineet, on erinomainen ratkaisu: pieni lämmöntuotto pitää ohutlevyt suorina hitsauksen aikana, mikä helpottaa myös myöhempää koneistusta.

Miksi mittatarkkuus kärsii, jos koneistus tehdään ensin?

Jos koneistus tehdään ennen hitsausta, hitsauksen aiheuttama lämpö ja jäännösjännitykset muuttavat jo koneistettuja mittoja. Tarkkaan ajetut pinnat, reiät ja toleranssit voivat siirtyä jopa useita kymmenyksiä millimetrejä, mikä tekee osasta käyttökelvottoman tai vaatii kalliin uusintatyön. Valmistusjärjestyksen virhe on siis suoraan yhteydessä tuotteen lopulliseen laatuun.

Käytännössä ongelma ilmenee erityisesti kohdissa, joihin kohdistuu myöhemmin tarkkoja vaatimuksia: laakeri- ja akseli-istukoissa, tiivistyspinnoissa sekä kiinnitysreikien keskinäisissä sijainneissa. Hitsauksen jälkeinen kutistuma voi vetää koko kappaletta eri suuntiin, jolloin ennen hitsausta koneistetut ominaisuudet eivät enää osu oikeille paikoilleen.

Lisäksi hitsauksen aiheuttamat jäännösjännitykset voivat purkautua vielä koneistuksen aikana, jos järjestys on väärä. Tämä tarkoittaa, että kappale saattaa liikkua tai vääntyä hieman koneistuksen edetessä, mikä tekee tarkan lopputuloksen saavuttamisesta lähes mahdotonta.

Miten hitsauksen jälkeinen koneistus varmistaa lopullisen mittatarkkuuden?

Hitsauksen jälkeinen koneistus varmistaa mittatarkkuuden, koska kaikki hitsauksesta aiheutuvat muodonmuutokset ja jäännösjännitykset ovat jo tapahtuneet ennen kuin tarkat mitat ajetaan kappaleeseen. Koneistus tehdään siis vakaaseen, lopullisessa muodossaan olevaan kappaleeseen, jolloin toleranssit pysyvät suunnitelluissa rajoissa.

Prosessi etenee käytännössä niin, että hitsattu kokoonpano ensin tarkistetaan ja tarvittaessa oikaistaan tai jännityksenpoistohehkutetaan ennen koneistusta. Tämän jälkeen kappale kiinnitetään koneistuskeskukseen, jossa tarkat pinnat, reiät ja muodot ajetaan lopullisiin mittoihinsa. Koska lämpömuodonmuutokset on jo kompensoitu, koneistuksen tulos on luotettava ja toistettava.

Tärkeää on myös, että hitsattuihin osiin jätetään suunnitteluvaiheessa riittävä koneistusvara. Tämä tarkoittaa, että hitsattava kappale valmistetaan tarkoituksella hieman ylikoossa, jotta koneistuksessa on varaa poistaa materiaalia ja saavuttaa täsmälleen oikeat mitat ja pintalaadut.

Milloin koneistuksen järjestyksellä on eniten merkitystä?

Koneistuksen järjestyksellä on eniten merkitystä silloin, kun osalta vaaditaan tiukkoja toleransseja, kun hitsattava kokoonpano on geometrisesti monimutkainen tai kun osa toimii liikkuvissa tai tiivistetyissä yhteyksissä. Mitä tarkemmat vaatimukset, sitä kriittisempi on oikea valmistusjärjestys.

Erityisen tärkeä järjestys on seuraavissa tilanteissa:

• Laivamoottorien ja teollisuuskoneiden osat, joissa akseli- ja laakeri-istukoiden toleranssit ovat erittäin tiukat
• Roottori- ja staattorikomponentit, joissa pyörimissymmetria ja tasapaino ovat kriittisiä
• Kokoonpanot, joissa useita hitsattuja osia liitetään yhteen ja niiden keskinäiset mitat ratkaisevat toimivuuden
• Ohutlevyrakenteet, joissa hitsauksen aiheuttama vääntyminen on erityisen suuri riski

Yksinkertaisemmissa rakenteissa, joissa toleranssivaatimukset ovat väljät eikä kappaleen toiminta riipu tarkasta geometriasta, järjestyksellä on vähemmän käytännön merkitystä. Ammattitaitoinen sopimusvalmistaja arvioi tapauskohtaisesti, missä vaiheessa koneistus on järkevintä tehdä.

Miten sopimusvalmistaja hallitsee hitsauksen ja koneistuksen yhteensovituksen?

Ammattitaitoinen sopimusvalmistaja hallitsee hitsauksen ja koneistuksen yhteensovituksen suunnittelemalla valmistusjärjestyksen jo tarjouspyyntövaiheessa, määrittämällä oikeat koneistusvaramitat hitsattaville osille ja valitsemalla hitsausmenetelmän, joka minimoi lämpömuodonmuutokset. Näin vältytään kalliilta uusintatöiltä ja varmistetaan, että lopputulos vastaa asiakkaan vaatimuksia.

Me VAMM Steelillä olemme erikoistuneet juuri hitsattujen osien koneistukseen, ja henkilökunnallamme on yli 20 vuoden käytännön kokemus vaativien metalliosien valmistuksesta energia-, kone- ja ajoneuvoteollisuuden asiakkaille. Myyntitiimimme ja johtomme tuntevat tuotantoteknologiamme käytännön tasolla, joten osaamme ehdottaa nopeinta valmistustapaa tai jopa kustannuksia säästäviä muutoksia tuoterakenteeseen.

Sopimusvalmistuksessa metalliteollisuuden standardit, kuten ISO 9001:2015, ohjaavat koko prosessia suunnittelusta toimitukseen. Tämä tarkoittaa, että valmistusjärjestys dokumentoidaan, koneistusvarat määritetään piirustuksiin ja jokainen työvaihe tarkistetaan ennen seuraavaan siirtymistä. Tuloksena on osa, joka täyttää asiakkaan toleranssivaatimukset luotettavasti sarjasta toiseen.

Haluatko tietää, miten hitsattujen osiesi koneistus kannattaa toteuttaa? Ota yhteyttä VAMM Steelin myyntitiimiin, niin käymme läpi tuotteesi valmistusjärjestyksen ja löydämme nopeimman sekä kustannustehokkaimman ratkaisun juuri sinun tarpeisiisi.