Ett litet bearbetningsföretag i Norge är det första i världen som använder digitaliserade verktyg för avancerad svarvning. Tekniken möjliggör förebyggande av skador på komplexa och dyra delar som används inom flyg- och gasindustrin.

Digitala verktyg gör intåg i bearbetningssektorn - och allt händer i Trondheim, Norge. Med hjälp i sensorutveckling från forskare på SINTEF Digital och företaget Tecnec Larsen, bearbetningsföretaget Sandvik Coromant har utvecklat verktyg installerade med sensorer som ger operatörer full kontroll över svarvprocessen. Detta kommer att spara företag både tid och pengar, säkerställa höga och konsekventa kvalitetsnivåer, och förhindra att för många delar kastas som skrot.

Sensorer installerade i verktygen säkerställer att företag som tillverkar komponenter för sektorer som flyg- och gasindustrin får viktiga data under processen, och att resultaten dokumenteras. Det innebär att det är möjligt att optimera produktionen och förhindra oönskade incidenter.

"Hittills, projektet har varit en stor framgång och mycket väl mottaget, "säger SINTEF -forskaren Terje Mugaas." Det är klart att stora besparingar kommer att göras genom att använda en teknik som förhindrar att skador uppstår under dessa processer - ett fenomen som för närvarande inte är ovanligt när man producerar mycket komplexa och dyra delar, " han säger.

Omöjligt att se slutresultatet

Företaget Sandvik Teeness i Ranheim, ett dotterbolag till Sandvik Coromant, har ansvarat för utvecklingen av tekniken. Den har specialiserat sig på svarvning, fräs- och borrverktyg för användning med metaller, med fokus på långa och smala verktyg som har en tendens att börja vibrera under sådana processer. Detta gör det svårt att bearbeta de släta ytor som är väsentliga för att stränga produktionskrav ska uppfyllas.

Den viktigaste utmaningen är att operationen vanligtvis sker djupt inuti stora komponenter, vilket gör det omöjligt att se slutresultatet innan processen är klar - när det inte går att vända tillbaka. Det tar inte mycket innan en komponent måste skrotas.

"Förr, operatören var tvungen att förlita sig på sin erfarenhet, och att lyssna på processen för att upptäcka defekter. Dock, nu när maskiner blir alltmer inneslutna, detta tillvägagångssätt har blivit något svårt, säger Mugaas.

Sensorer ger information om hela processen

Så nu, ett antal sensorer installerade i verktyget kommer att säkerställa att information om hela processen kommuniceras till användare, informera dem om vad som händer även i de djupaste hålen.

"Vi har installerat sensorer så långt fram, och så nära kanten, så att vi kan få en optimal datauppsättning, "säger Tormod Jensen, som är projektledare på Sandvik Coromant. "Vi kan göra detta eftersom vi tillverkar både verktygen och sensorerna själva, " han säger.

Sensorerna är anslutna till en avsändare som sitter på verktygets baksida, som överför all data trådlöst till en dator eller surfplatta.

Världsledande innovation

År 2018, tekniken erkändes som den mest innovativa produkten på IMTS -mässan i Chicago - en av de största bearbetningsutställningarna i världen, skryter med 2, 563 utställare och 129, 000 besökare.

"Vi har god anledning att vara stolta över vår produkt - vinna första pris bland så många utställare, alla tävlar om att visa det senaste, säger Mugaas.

Tekniken har utvecklats som en del av ett BIA (användardrivet) forskningsprojekt som finansieras av Norges forskningsråd. Jensen säger att Sandvik Coromants framgångar helt har åberopats på forskningsfinansiering.

"När våra forskare började arbeta med projektet var det ingen på Sandvik Teeness som arbetade med elektronik eller programmering, "säger Mugaas." Idag, den tidigare spik- och nitfabriken i Ranheim i utkanten av Trondheim ligger i framkanten av den så kallade Industry 4.0-revolutionen inom bearbetningssektorn, " han säger.

"På SINTEF Digital, our aim is to contribute to the digitalization of Norwegian industry, and this is a good example of a project that offers us an opportunity to digitalize a traditionally mechanical process, " says Mugaas. "This is the first machining company in the world to install sensor technology in its tools, " han säger.

The technology enhances the process involved in the machining of deep holes in the following ways:

• the sensors provide information about the shearing process by monitoring vibration levels and any bending experienced by these long and slender tools
• the sensors are sufficiently accurate to measure the very fine cuts made during the final phase of machining
• the result is more data, process optimisation, reductions in production time and documentation of the outcome.

Data displayed on a PC or tablet

Data from the sensors are displayed on an easy-to-read interface on a PC or tablet.

"The interface displays data sent directly from the tool to the user, " says Jensen. "The algorithms display vibration levels so that the user can be notified when these become too high. We can go in here to reset threshold levels and make adjustments. In this way we become familiar with the process, " han säger.

Dessutom, there is a column that transmits a warning when it detects unwanted vibrations, and another that indicates how much power is being used. This provides information about the load stresses on the tool.

"There are also warning signals, correction recommendations and auto-mechanisms that stop the machine if this becomes necessary, " says Mugaas.

Advanced components

Sandvik Coromant's tool is being used to make components for applications such as subsea installations, aircraft landing gear and car engines. It goes without saying that such industries operate with strict requirements regarding interior surfaces. Dock, by using sensors, operators are provided with the information they need to achieve the fastest possible guidance of a process in the right direction, and thus prevent unwanted machining defects.

"It is common for the same component to be made multiple times using the same tool. However, making the first example can be very time-consuming because of the small margins involved in working with difficult materials. Variations will also arise in connection with mass production, such as changes in materials that require machining adjustments. It is in these areas that the technology we are developing offers its greatest value, " says Dan Östling, who is an engineer at Sandvik Cormorant.

The technology means that the process is independent of the machine operator, and this makes information about the process even more valuable.

Self-regulating technology

The earliest versions of the technology are already on the market. Work is now ongoing to close the feedback loop. The aim is to be able to send information back to the machine to enable the technology to make necessary adjustments itself.

Many companies in the sector have embarked on digitalization processes, including Aarbakke in Bryne, which has launched a project designed to investigate how Sandvik Coromant's tools can improve their production process.

"This is an example of how the digitalization of tools once again provides opportunities for Coromant's clients, " says Mugaas.