På BillerudKorsnäs pappersbruk i Karlsborg finns det arbetsmoment vid en bestrykningsmaskin som riskerar att utsätta operatörerna för förslitningsskador. Bestrykningsmaskinen är en maskin där pappret bestryks med en smet för öka glansen och få en jämnare yta. Arbetsmomentet innebär att sprätta bort de yttersta varven papper från de färdiga rullarna med bestruket papper, eftersom det inte uppfyller kvalitetskraven med avseende på glans och ytjämnhet. Vissa papperskvaliteter är väldigt töjbara vilket innebär en stor belastning på axlar och händer när man sprättar pappret. Syftet med examensarbetet var att tillsammans med operatörer och processingenjörer, designa och konstruera en ny modell på sprättare, som har förbättrad funktion och ergonomi för att minimera risken med förslitningsskador. Avgränsningar gjordes till att konstruera en sprättare för sprättning av färdigt bestruken kundrulle vid rullmaskinen.Olika konceptförslag togs fram med hjälp av Computer-Aided-Design (CAD) och prototyper tillverkades därefter med hjälp av 3D-skrivare för testning och utvärdering. Riskbedömning utfördes för att sammanställa vilka risker den nya sprättaren medförde. Arbetet resulterade i en färdigtillverkad fungerande prototyp med tillhörande ritningsunderlag tillräckligt detaljerat för en framtida serietillverkning.Slutsatsen är ett nytt skärverktyg som nu har designats och tillverkats anpassat efter operatörernas krav på ergonomi och funktion, och därmed minskar riskerna med att utsätta operatörerna för förslitningsskador. / At BillerudKorsnäs' paper mill in Karlsborg, there is working tasks on a coating machine that risks exposing the operators to wear and tear injuries. The coating machine is a machine where the paper is coated with a glaze to increase the gloss and get a smoother surface. For this machine, one of the working tasks is, by using a hand tool, cut the outer layers of paper from the finished rolls of coated paper, which is necessary to avoid quality loss regarding to gloss and surface smoothness. Some of the paper qualities is very tough and stretchable, which means a great strain on the shoulders and hands when cutting the paper. The purpose of the project was to, together with operators and process engineers, design and construct a new model of the cutting tool with improved function and ergonomics to minimize the risk for wear and tear injuries. The work is limited to the construction of a cutting tool for a completely coated paper roll at the rolling machine.Different concepts proposals were developed by using Computer-Aided-Design (CAD) and prototypes were then manufactured for testing and evaluation by using 3D printers. A risk assessment was performed to compile which risks the new cutting tool entailed. The work resulted in a manufactured well-working prototype with drawings and 3D-models suitable to initiate mass production of the tool.The conclusion is a new cutting that has been designed and built to suit the operators’ requirements of ergonomics and function, which reduces the risks of exposing the operators to wear and tear damage.

In this master thesis, performed at Sandvik Coromant Västberga (Stockholm), a comprehensive study has been made to investigate the wear on textured alumina (Inveio™) coated cutting tools when turning low-alloy steels. Specifically, wear studies have been made on tools’ rake faces when turning two separate batches of SS2541, after an initial turning time of 4 min. A particular focus has been given to elucidate what particular role the inclusions might have for the wear of the alumina coating onthe tools. Evaluation of tool wear has been made by employing several different analytical techniques, such as LOM, SEM, Wyko, Auger-spectrometry (AES), EPMA and XRD. The results shows that the arisen wear marks on both tested tool types may be divided into three separate and highly distinguishable wear zones, denoted here in thiswork as “wear bands”. Largest amount of wear tended to occur initially at the topmost part of the 3rd wear band. This was true for both tested tool types. This area demonstrated a characteristic 'lamellar' wear pattern, composed of narrow andstructured ridges. All the tools tested demonstrated the adhesion of workpiece materials of various composition that formed into smeared layers in these formed ridges. Depth-profiling Auger-spectrometry revealed that a significant amount of calcium was present in the machined alumina coating layers. This suggests that a reaction between the calcium-containing inclusions found in the steel and the aluminacoating layer had occurred during the performed turning tests.These results arecontradictory to the general belief that alumina is chemical inert during machiningand has previously, to the authors knowledge, not yet been published. Based on the results from this thesis and from a literature review concerning thebehavior of α-alumina during deformation, a new theoretical wear model has been developed. In this model, it is emphasised that the sliding of hard inclusions from the steel may activate pyramidal slip systems in the textured alumina coating. This causes a nano-crystallisation and/or amorphisation in the topmost part of the coating, which facilitates the further wear of these coated tools. / I detta examensarbete, som har utförts vid Sandvik Coromant i Västberga (Stockholm), har en omfattande studie gjorts i syfte att undersöka slitaget på texturerad aluminiumoxid-belagda skärverktyg (Inveio™) vid svarvningen av låglegerade stålsorter. Förslitningsstudier har framförallt gjorts på verktygens spånsidor vid svarvningen av två separata batcher av stålsorten SS2541 efter en inledande ingreppstid på 4 min. Ett särskilt fokus har även ägnats åt att belysa vilken roll stålets inneslutningar kan ha för slitaget av aluminiumoxidbeläggningen. Utvärderingen av verktygsslitaget har gjorts med hjälp av flera olika analytiska tekniker, däribland LOM, SEM, Wyko, Auger-spektrometri (AES), EPMA samt XRD. Resultaten från detta examensarbete visar på att det uppkomna slitaget på de verktyg som har testats kan uppdelas till tre separata och mycket distinkta ”slitagezoner”. Dessa zoner har för detta arbete benämnts som ”nötningsband”. Störst förslitning framträdde initialt i den översta delen av det 3:e nötningsbandet på de testade skärverktygen. Detta område uppvisade ett karaktäristiskt ”lamell”-liknande utseende, bestående av smala och strukturerade åsar och skåror. Vidare uppvisade samtliga undersökta verktyg på förekomsten av påsmetat arbetsmaterial av varierande sammansättning i dessa bildade åsar. När de slitna verktygen undersöktes med djuprofilerande Auger-spektrometri påvisades det att en signifikant mängd kalcium fanns inuti aluminiumoxidbeläggningen. Detta tyder på att en reaktion mellan de kalciuminnehållande inneslutningarna (som finns inuti stålet) och aluminiumoxidbeläggningen har reagerat med varandra under bearbetningsförloppet. Dessa resultat är motsägande till den allmänna uppfattningen om att aluminiumoxid är kemiskt inert vid bearbetningen av stål. Därutöver har dessa resultat även, till författarens kännedom, aldrig tidigare publicerats. Baserat på de resultat som har erhållits från detta examensarbete, och från en omfattande litteraturstudie gällande deformationen av α-aluminiumoxid, har en ny teoretisk förslitningsmodell utarbetats. I denna modell betonas det särskilt att glidningen av hårda inneslutningar från stålet kan aktivera s.k. pyramidala glidsystem i den texturerade aluminiumoxidbeläggningen. Detta orsaker en nano-kristallisering och/eller amorfisering av den översta delen av aluminiumoxidbeläggningen.  Denna omvandling tros kunna underlätta den fortsatta förslitningen av dessa belagda skärverktyg.

<p>Cemented carbides (WC-Co) are powder metallurgical products produced by liquid phase sintering. WC-Co is widely used for making a large variety of cutting tools, such as drills and inserts turning applications, due to its great mechanical properties, where the hardness of the WC grains is combined with the toughness of the of the Co binder. WC grain size and grain size distribution are the two most important factors to control the mechanical properties of the products.</p><p>This study examined the grain growth dependence of different milling and sintering times. The resulting grain size and grain size distribution were measured using image analysis on scanning electron microscopy images (SEM) and by using electron backscatter diffraction (EBSD). In addition, the correlation between hardness and coercivity, the most common indirect measures of grain size, and different methods of calculating average grain radius were investigated. An attempt was also made to study the contribution of defects to grain growth. This work also includes an overview of various grain growth equations and a numerical implementation of these.</p><p>Experimental results show that for shorter sintering times, powders milled for short times (15 min and 1 h) have larger average grain radii. There is a crossover after 6 to 8 h of sintering, where the powders milled for a long time (40 h and 200 h), have larger average radii. The measured hardness values correlate well with the average grain radius calculated from the grain surface area and the coercivity correlates with the established equations. EBSD measurements detected boundaries that could not be detected by image analysis, and that were not Sigma 2 boundaries. It is likely that these boundaries are either low energy boundaries or boundaries between grains that are very closely oriented. Comparing heat-treated powder with the untreated resulted in a lower average grain size after sintering for the heat-treated powder. None of the growth equations investigated in this work could fully describe the experimental grain growth.</p><p>Through increased understanding of the grain growth, the growth can be controlled and the end product can have the desired tool properties. The occurrence of abnormal grains in cutting tool applications can cause breakage, which is especially important to avoid in applications such as PCB drills. A correlation between hardness and grain size provides further means for cheap and fast indirect measures of the grain size in production.</p> / <p>Hårdmetall är ett pulvermetallurgiskt material som tillverkas genom smältfassintring och som kännetecknas av hårdhet, styvhet och god slitstyrka. Volframkarbidens (WC) kornstorlek och kornstorleksfördelning är två viktiga faktorer för att kontrollera de mekaniska egenskaperna i hårdmetall.</p><p>I den här studien har korntillväxtens beroende på malning och sintring undersökts. WC-Co maldes och sintrades fyra olika tider och kornstorleksfördelningen mättes med bildanalys på svepelektronmikroskopbilder samt med ``electron backscatter diffraction'' (EBSD). I arbetet har även korrelationen mellan hårdhet, koercivitet och olika sätt att beräkna medelkornstorleken undersökts. Ett försök har också genomförts för att studera hur defekterna i det malda pulvret påverkar korntillväxten. I arbetet har även ett flertal olika tillväxtekvationer modellerats numeriskt och för och nackdelar med de olika tillväxtekvationerna har vägts mot varandra.</p><p>En lång maltid (40 h och 200 h) visade sig ge liten kornstorlek för sintring kortare än 6 h, men för sintringar längre än 8 h gav istället kort malning (15 min och 1 h) den mindre kornstorleken. Det visade sig att uppmätt hårdhet korrelerar bäst med den medelkornstorleksradie som räknats fram från kornytan. I EBSD mätningarna kunde man observera ett flertal korngränser, utöver Sigma 2 korngränser, som inte hade detekterats med bildanalys. Värmebehandlingen av det malda pulvret minskade korntillväxten under efterföljande sintring. Ingen av de undersökta tillväxtekvationerna kunde beskriva de experimentella resultaten fullt ut.</p><p>Genom ökad förståelse för korntillväxt kan man kontrollera tillväxten och slutprodukten kan få önskade egenskaper. Förekomsten av abnorm korntillväxt i skärverktyg i hårdmetall är en av de vanligaste kritiska defekterna och det är speciellt viktigt är undvika korntillväxt i tillverkning av små verktyg, som till exempel kretskortsborrar. Hårdhet och koercivitet är de vanligaste indirekta mätmetoderna för att mäta kornstorlek i produktion. En bra korrelation mellan kornstorlek och indirekta mätmetoder ger utökade verktyg för snabba och billiga mätningar.</p>

Cemented carbides (WC-Co) are powder metallurgical products produced by liquid phase sintering. WC-Co is widely used for making a large variety of cutting tools, such as drills and inserts turning applications, due to its great mechanical properties, where the hardness of the WC grains is combined with the toughness of the of the Co binder. WC grain size and grain size distribution are the two most important factors to control the mechanical properties of the products. This study examined the grain growth dependence of different milling and sintering times. The resulting grain size and grain size distribution were measured using image analysis on scanning electron microscopy images (SEM) and by using electron backscatter diffraction (EBSD). In addition, the correlation between hardness and coercivity, the most common indirect measures of grain size, and different methods of calculating average grain radius were investigated. An attempt was also made to study the contribution of defects to grain growth. This work also includes an overview of various grain growth equations and a numerical implementation of these. Experimental results show that for shorter sintering times, powders milled for short times (15 min and 1 h) have larger average grain radii. There is a crossover after 6 to 8 h of sintering, where the powders milled for a long time (40 h and 200 h), have larger average radii. The measured hardness values correlate well with the average grain radius calculated from the grain surface area and the coercivity correlates with the established equations. EBSD measurements detected boundaries that could not be detected by image analysis, and that were not Sigma 2 boundaries. It is likely that these boundaries are either low energy boundaries or boundaries between grains that are very closely oriented. Comparing heat-treated powder with the untreated resulted in a lower average grain size after sintering for the heat-treated powder. None of the growth equations investigated in this work could fully describe the experimental grain growth. Through increased understanding of the grain growth, the growth can be controlled and the end product can have the desired tool properties. The occurrence of abnormal grains in cutting tool applications can cause breakage, which is especially important to avoid in applications such as PCB drills. A correlation between hardness and grain size provides further means for cheap and fast indirect measures of the grain size in production. / Hårdmetall är ett pulvermetallurgiskt material som tillverkas genom smältfassintring och som kännetecknas av hårdhet, styvhet och god slitstyrka. Volframkarbidens (WC) kornstorlek och kornstorleksfördelning är två viktiga faktorer för att kontrollera de mekaniska egenskaperna i hårdmetall. I den här studien har korntillväxtens beroende på malning och sintring undersökts. WC-Co maldes och sintrades fyra olika tider och kornstorleksfördelningen mättes med bildanalys på svepelektronmikroskopbilder samt med ``electron backscatter diffraction'' (EBSD). I arbetet har även korrelationen mellan hårdhet, koercivitet och olika sätt att beräkna medelkornstorleken undersökts. Ett försök har också genomförts för att studera hur defekterna i det malda pulvret påverkar korntillväxten. I arbetet har även ett flertal olika tillväxtekvationer modellerats numeriskt och för och nackdelar med de olika tillväxtekvationerna har vägts mot varandra. En lång maltid (40 h och 200 h) visade sig ge liten kornstorlek för sintring kortare än 6 h, men för sintringar längre än 8 h gav istället kort malning (15 min och 1 h) den mindre kornstorleken. Det visade sig att uppmätt hårdhet korrelerar bäst med den medelkornstorleksradie som räknats fram från kornytan. I EBSD mätningarna kunde man observera ett flertal korngränser, utöver Sigma 2 korngränser, som inte hade detekterats med bildanalys. Värmebehandlingen av det malda pulvret minskade korntillväxten under efterföljande sintring. Ingen av de undersökta tillväxtekvationerna kunde beskriva de experimentella resultaten fullt ut. Genom ökad förståelse för korntillväxt kan man kontrollera tillväxten och slutprodukten kan få önskade egenskaper. Förekomsten av abnorm korntillväxt i skärverktyg i hårdmetall är en av de vanligaste kritiska defekterna och det är speciellt viktigt är undvika korntillväxt i tillverkning av små verktyg, som till exempel kretskortsborrar. Hårdhet och koercivitet är de vanligaste indirekta mätmetoderna för att mäta kornstorlek i produktion. En bra korrelation mellan kornstorlek och indirekta mätmetoder ger utökade verktyg för snabba och billiga mätningar.

Application of clean and ultraclean steels have shown to provide favourable mechanical properties for bearings and transmission components, specifically regarding fatigue performance, compared to conventional steel grades. Clean steels are characterized by containing a very low level of non-metallic inclusions. While this characteristic is beneficial for the fatigue strength, inclusions in steels have shown to be favorable for the machinability and therefore challenges during machining of clean steels can arise. In this thesis the machinability and tool wear mechanisms of ultraclean steel have been evaluated during longitudinal turning. The aim of the study was to determine how steel cleanness and inclusions impact different machinability aspects. This was achieved by performing a comparative study of three steel grades with different level of cleanness and inclusions characteristics. Four machining experiments were executed investigating the chip breakability, cutting force, tool life and cutting tool coating degradation. The machined inserts were then analysed using light optical microscopy, secondary electron microscopy and electron probe microanalysis. The result revealed that the ultraclean steel grade has the overall worst machinability with the lowest chip breakability, highest cutting forces, and lowest tool life for the investigated steels. Additionally, it was found that the inserts that machined the ultraclean steel and the calcium treated steel was exposed to severe crater wear. However, the coating degradation causing the crater wear differs between the two grades. For the ultraclean steel the wear rate of the entire chemical vapor deposition coating is high. In contrast, for the calcium treated steel only the top alumina layer degrades rapidly and the underlying titanium carbonitride layer have a low wear rate. / Användning av rena och ultrarena stål har visat sig ge gynnsamma mekaniska egenskaper för kullager och transmissionskomponenter, speciellt gällande utmattningsprestanda, jämfört med konventionella stålsorter. Rena stål kännetecknas av att de innehåller en mycket låg nivå av icke-metalliska inneslutningar. Denna egenskap är fördelaktig för utmattningshållfastheten, men däremot har inneslutningar i stål visat sig vara gynnsamma för bearbetbarheten och därför kan utmaningar uppstå vid bearbetning av rena stål. I detta arbete har bearbetbarheten och verktygsslitagemekanismerna för ultrarent stål utvärderats under längsgående svarvning. Syftet med studien var att fastställa hur stålets renhet och inneslutningar påverkar olika bearbetningsaspekter. Detta uppnåddes genom att utföra en jämförande studie av tre stålsorter med olika renhetsgrad samt inneslutningar. Fyra bearbetningsexperiment utfördes för att undersöka spånbrytbarheten, skärkraften, verktygets livslängd och nerbrytningen av skärverktygets beläggning. De bearbetade skären analyserades sedan med användning av ljusoptisk mikroskopi, svepelektronmikroskopi och elektronprobmikroanalys. Resultatet visade att den ultrarena stålsorten har den totalt sett sämsta bearbetbarheten med lägst spånbrytbarhet, högsta skärkrafter och lägsta verktygslivslängd av de undersökta stålen. Dessutom upptäcktes att skären som bearbetade det ultrarena stålet och det kalciumbehandlade stålet utsattes för kraftigt kraterslitage. Nedbrytningen av verktygs beläggningen som orsakar kraternötningen skiljer sig dock mellan de två stålkvaliteterna. För det ultrarena stålet är slitagehastigheten för hela beläggningen hög. För det kalciumbehandlade stålet bryts däremot endast det övre aluminiumoxidskiktet ned snabbt och det underliggande titankarbonitridskiktet har en låg nötningshastighet.