Tekijät

  • Päivi Juntunen, insinööri (AMK), asiantuntija, Uudistuva teollisuus, Lapin ammattikorkeakoulu
  • Jouni Kanto, insinööri (AMK), asiantuntija, Uudistuva teollisuus, Lapin ammattikorkeakoulu
  • Raimo Ruoppa, DI, asiantuntija, Uudistuva teollisuus, Lapin ammattikorkeakoulu
  • Raimo Vierelä, insinööri (AMK), asiantuntija, Uudistuva teollisuus, Lapin ammattikorkeakoulu

Tiivistelmä

Julkaisu esittelee metallien muovauksen keskeiset menetelmät, kuten taivutuksen ja mankeloinnin, sekä laajan joukon ns. edistyneitä muovausteknologioita, joita ovat esim. syväveto, venytysmuovaus, rullamuovaus, numeerinen painomuovaus, painosorvaus, hydromuovaus, vierintämuovaus, lasermuovaus, kuumamuovaus, suurnopeusmuovaus ja putkentaivutus. Julkaisussa käsitellään myös työkalujen suunnittelua ja valmistusta sekä muovattavuuden testausmenetelmiä, kuten vetokoe, LDR, Erichsenin indeksi, HER‑testi, FLC‑käyrät ja Bulge‑testi. Lisäksi käsitellään simuloinnin roolia muovausprosessien optimoinnissa ja työkalukustannusten vähentämisessä. Lopuksi esitellään muovauksessa käytettävät teräkset: hiiliteräkset, autoteollisuuden muovattavat teräkset ja ruostumattomat teräkset.

Julkaisu on laadittu Lapin AMKin Euroopan unionin osarahoittamassa FormFuture‑hankkeessa, jonka tavoitteena on vahvistaa edistyneiden muovausteknologioiden osaamista ja tukea alueen metallialan yritysten siirtymää kohti hiilineutraalia valmistusta.

1 Johdanto

Metallin muovaus on määritelmän mukaisesti valmistusmenetelmä, jossa plastisen muodonmuutoksen avulla muutetaan materiaalin muotoa siten että sen massa ja yhtenäisyys säilyvät ennallaan. Plastisessa muodonmuutoksessa materiaalin muoto muuttuu pysyvästi ts. myötää eikä palaudu toisin kuin kimmoisessa muodonmuutoksessa. Muovaus (forming) eroaa muokkauksesta (deformation, working) siten, että muovauksessa materiaalin muotoa muutetaan kappaleen geometriaa kontrolloiden (Schuler, 1998).

Muovausteknologiat voidaan luokitella sen perusteella, millainen jännitystila muovattavassa materiaalissa vallitsee. Nämä ovat (Schuler, 1998):

  • Muovaus puristuksen alaisena, esim. valssaus
  • Muovaus puristuksen ja vedon alaisena, esim. syväveto
  • Muovaus vedon alaisena, esim. venytysmuovaus
  • Muovaus taivuttamalla, esim. särmäys, mankelointi
  • Muovaus leikkaamalla, esim. kiertomuovaus

Tässä teoksessa sivuutetaan kokonaan luokat a ja e. Luokkaa d, taivuttamalla tapahtuvaa muovausta käsitellään erikseen ja luokkia b ja c, joista tässä yhteydessä käytetään nimitystä ”edistyneet muovausteknologiat” käsitellään omana kokonaisuutenaan. Viimeksi mainittuihin sisältyvät mm. syväveto ja venytysmuovaus, jotka taivutuksen lisäksi ovat keskeiset levynmuovauksessa käytetyt menetelmät (Korhonen;ym., 2012).

Venytysmuovaus tapahtuu vetojännityksen alaisena, joten levyn pinnan suunnassa vaikuttaa kaksi ns. pääjännitystä. Kun ne ovat molemmat vetoa, voidaan puhua venytysmuovauksesta. Esimerkki venytysmuovauksesta on pallon muotoisella painimella painaminen vetorenkaan läpi siten, että aihion reunojen luistaminen on estetty puristamalla se kiinnityspidikkeellä, jossa käytetään lukitusrengasta ja helmityksiä tai riittävän suurta kiinnityspidikevoimaa (Kuva 1 keskellä). Materiaali ei pääse liukumaan vetorenkaan läpi ja venyy joka suunnassa, aihio joutuu vetojännityksen alaiseksi ja levyn paksuus pienenee.

Syväveto puolestaan on muovausprosessi, jossa levy muovataan samanaikaisten veto- ja puristusjännitysten alaisena, jolloin materiaalissa tapahtuu sekä venymistä että tyssäytymistä. Levy muotoutuu kehän suuntaisen puristusjännityksen ja säteen suuntaisen vetojännityksen alaisena ilman, että tarkoituksena on muuttaa levyn paksuutta (Kuva 1 oikealla). Materiaali liukuu pidätinlevyn ja vetorenkaan välistä painimen pakottamana ja muovautuu vetorenkaan pyöristyksen yli virratessaan kuppimaiseksi tuotteeksi.

Kuvassa 1 on havainnollistettu puhtaan venytysmuovauksen ja puhtaan syvävedon välistä eroa (Schuler, 1998).

Kuva 1. Syvävedon ja venytysmuovauksen välinen (Schuler, 1998)

Usein muovausprosesseissa voi kuitenkin tapahtua samanaikaisesti sekä venytysmuovausta, että syvävetoa riippuen siitä, millaiset päävenymät missäkin kohtaa muovattavaa kappaletta vallitsee. Esimerkiksi auton monimutkaisia korinosia valmistettaessa venytysmuovausta ja syvävetoa voidaan käyttää samanaikaisesti. Nykytekniikalla pidätinvoimaa voidaan säätää eri kohdissa aihiota vetovaiheen aikana. Lopputulos varmistetaan säätämällä voimia uudelleen muovauksen loppuvaiheessa (Schuler, 1998).

Metallien muovattavuuden määräävät niiden mekaaniset ominaisuudet, jotka riippuvat niiden valmistusprosessista ja koostumuksesta. Yksinkertaisin mekaanisia ominaisuuksia mittaava koe on standardisoitu vetokoe, jossa saadaan mm. materiaalin myötö- ja murtolujuus (RE, Rm) sekä murtovenymän (A) arvot. Yleisesti ottaen, mitä matalampi lujuus ja mitä suurempi murtovenymä materiaalilla on, sitä parempi on sen muovattavuus.

Eräs vetokokeen avulla saatava materiaalin ominaisuuksia kuvaava parametri on anisotropia (r). Venytettäessä vetosauvaa tapahtuu samalla ohenemista sauvan paksuussuunnassa, koska materiaalin tilavuus pysyy vakiona. Mikäli pituussuuntaisen ja paksuussuuntaisen venymän suhde r=1, on materiaali isotrooppista. Mitä enemmän r:n arvo on suurempi kuin 1, sitä anisotrooppisempaa materiaali on ja sitä tehokkaammin se vastustaa ohenemista ja murtumista muovattaessa. Vetokokeesta saatavia parametrejä on käsitelty laajemmin kohdassa 5.

Materiaalien käyttäytymistä muovauksessa voidaan ennustaa erilaisilla materiaalimalleilla, jotka perustuvat erilaisilla muovattavuuskokeilla määriteltyjen jännityksen ja muodonmuutosten välisen riippuvuuden tuntemiseen. Mallien avulla voidaan simuloida muovausprosessia ja siten säästää esim. työkalujen kustannuksissa. Simulointia on käsitelty laajemmin kohdassa 6.

Tämä julkaisu on laadittu Lapin AMKin FormFuture (Edistyneiden muovausteknologioiden mahdollisuudet tulevaisuuden hiilineutraalissa konepajavalmistuksessa) -hankkeessa. Hankkeen tavoitteena on vahvistaa Lapin AMKin osaamista ja tutkimusympäristöjä edistyneissä muovausteknologioissa sekä mahdollistaa osaamisen siirto Lapin alueen metallialan yrityksiin. Julkaisuun on koottu tietoa keskeisistä terästen muovaukseen liittyvistä asioista, joita voivat hyödyntää hankkeessa toimijat. Julkaisua voidaan käyttää jatkossa myös oppikirjana opintojaksoissa, joissa käsitellään ohutlevyjen muovausta.

Kiitokset

FormFuture-hanke on Euroopan unionin osarahoittama, ja rahoitus on myönnetty Lapin liiton kautta. Rahoituksen avulla on ollut mahdollista toteuttaa hankkeen tavoitteita ja tuottaa tämä julkaisu. Kiitämme rahoittajaa hankkeen toteuttamisen mahdollistamisesta.

2 Muovaaminen taivuttamalla

Luokan d muovausteknologioita, joissa levyä muovataan taivuttamalla (ks. johdanto), ovat särmäys, taivutus taivutuskoneella ja mankelointi. Seuraavassa käsitellään nämä menetelmät pääpiirteissään.

2.1 Särmäys

Särmäyksessä levyaihio taivutetaan puristamalla se työkalujen välissä haluttuun kulmaan ja taivutussäteeseen. Särmäyspuristin on ohutlevyteollisuuden yleisin kone (Mäki-Mantila, 2001). Särmäyspuristin voi olla joko mekaaninen, hydraulinen (yleisin) tai sähkömekaaninen. Työliikkeen voi suorittaa joko ylä- tai alapalkki. Särmäyspuristin voi olla myös robotisoitu.

Särmäyksessä levy taivutetaan joko vapaataivutuksena, pohjaaniskutaivutuksena, elastisen vastimen avulla tai litistystyökalulla. Vapaataivutuksessa, joka on yleisin särmäysmenetelmä, työkappale lepää koko työiskun ajan vastimen kulmien varassa ja työisku päättyy ennen kuin levy tapaa vastimen pohjan. Vastimen kulma on yleensä <90° ja haluttu taivutuskulma saadaan iskunpituutta säätämällä, jolloin takaisinjousto kompensoidaan sopivalla ylitaivutuksella. Vapaataivutuksen etuna on erisuuruisten kulmien taivutusmahdollisuus ja pieni voimantarve. (Mäki-Mantila, 2001)

Pohjaaniskutaivutuksessa painin painautuu kokonaisuudessaan vastinta vasten ja levy puristuu tarkasti vastimessa olevaan kulmaan. Kappaleessa tapahtuu riittävällä voimalla puristettaessa pysyvä muodonmuutos eikä takaisinjoustoa tapahdu. Voimantarve on pohjaaniskussa suurempi kuin vapaataivutuksessa, n. 3–5 kertainen ja jokaiselle kulmalle tarvitaan oma työkalu. (Mäki-Mantila, 2001)

Litistyksessä alkutaivutettu (<90°) levyn reuna taivutetaan 180°:een tasapäisellä työkalulla. Työkalut voivat olla erillään särmäyspuristimen normaaleista työkaluasetuksista, jolloin ne eivät vie tilaa niiltä. (Mäki-Mantila, 2001)

Särmäyksessä voidaan käyttää myös ns. elastista vastinta, joka on valmistettu elastisesta materiaalista, yleensä polyuretaanista. Elastomeeri virtaa ylhäältä avoimeen vastimeen muovaten materiaalin painimen muotoiseksi. Painimen tunkeutumissyvyys vaikuttaa taivutuskulmaan samoin painimen säde sekä elastomeerin kovuus. Takaisinjousto on suuri ja kasvaa painimen säteen kasvaessa. (Mäki-Mantila, 2001)

Materiaalin särmättävyyttä kuvataan yleensä ns. minimitaivutussäteen avulla. Minimitaivutussädettä pienemmällä taivutussäteellä materiaalissa tapahtuu säröytymistä tai muunlaista särmän laadun heikkenemistä. Minimitaivutussäde suhteutetaan levyn paksuuteen t, jolloin minimitaivutussäde ilmaistaan Rpmin = x t. Yleisesti ottaen, mitä matalampi lujuus teräksellä on, sitä pienemmällä taivutussäteellä se voidaan särmätä.

Terästen valmistajat ilmoittavat terästen minimitaivutussäteen yleensä 90°:een kulmaan taivutuksessa. Esim. SSAB Domex® 300LA-teräksellä (SSAB), pienimmäksi sisäpuoliseksi taivutussäteeksi ilmoitetaan 0,0 t, ts. sisäpuolinen särmä on ”terävä”. Hieman lujemmalle SSAB Domex® 355MC -teräkselle (SSAB), pienimmäksi sisäpuoliseksi taivutussäteeksi paksuuden mukaan 0,2 t – 0,5 t ts. esim. 5 mm:n levy voidaan taivuttaa 1,5 mm:n sisäpuolisella taivutussäteellä.

Kun teräksen lujuus kasvaa, kasvavat myös minimitaivutussäteet. Esim. n. 2 kertaa 355MC terästä lujemmalla Strenx 700MC-teräksellä (SSAB), minimitaivutussäde on paksuudesta riippuen 0,8–1,6 t. Siirryttäessä ns. ultralujiin ja kulutusteräksiin, kasvaa terästen lujuus jopa 4–5 kertaiseksi ja samalla kasvavat niiden minimitaivutussäteet huomattavasti suuremmiksi. Kulutusteräksillä minimitaivutussäteet voivat olla luokkaa 5 t – 6 t. Terästen lujuuden kasvaessa muiden menetelmien käytön mahdollisuudet vähenevät ja taivutus on yleensä ainoa käytettävissä oleva muovausmenetelmä.

2.2 Taivutus taivutuskoneella

Taivutuskoneella taivutetaan suuria tai pitkiä paneelimaisia levyjä, joita ei voi taivuttaa särmäyspuristimella suuren levyn kannattelutarpeen vuoksi. Taivutus tapahtuu vain yhteen suuntaan. Levy puristetaan yläpalkilla pöytään ja taivutuspalkki taivuttaa vapaaksi jäävän osan ylöspäin. Massatuotannossa käytetään nykyisin runsaasti taivutusautomaatteja, joissa voidaan taivuttaa levyä sekä ylös-, että alaspäin levyn ollessa koneen pöydällä. Aihiot leikataan tavallisesti levytyökeskuksella tai laserilla. Taivutusautomaateilla voidaan valmistaa hyvinkin monimutkaisia kappaleita, kunhan niiden reunankorkeudet eivät ole liian suuria. (Mäki-Mantila, 2001)

2.3 Mankelointi

Mankelilla eli pyöristyskoneella levyt taivutetaan kartioiksi tai lieriöiksi. Kartion mankelointi vaatii erityisiä kartionpyöristyslaitteita, jolloin alatelat asetetaan vinoon ylätelaan nähden. Mankeleissa on yleensä kolme telaa, mutta myös neli- ja useampitelaisia mankeleita on olemassa. Mankelit ovat yleensä vaakasuunnassa, mutta myös pystykoneita on olemassa. Pienet koneet ovat käsikäyttöisiä, suuremmat sähkö- tai hydrauliikkakäyttöisiä. Kappaleen halkaisijaksi suositellaan yleensä vähintään 5 kertaa ylätelan halkaisija. Kartioita taivutettaessa koneen pyöristyskyky on n. puolet lieriöiden vastaavasta. (Mäki-Mantila, 2001)

3 Edistyneet muovausteknologiat ja niiden mahdollisuudet

Ns. edistyneissä muovausteknologioissa (luokat b ja c), muovattava levy on muovauksen aikana joko puristuksen ja vedon, tai pelkän vedon alaisena. Näitä ovat esim. syväveto ja venytysmuovaus. Seuraavassa luodaan katsaus näitä teknologioita käyttäviin menetelmiin ja niiden mahdollisuuksiin.

3.1 Syväveto

Syväveto on yksi yleisimpiä metallien muovaukseen käytettyjä menetelmiä, jossa levyä muovataan syvävetotyökalujen avulla siten, että siitä muodostuu ontto kappale, kuten kuppi, säiliö tai muu syvämuotoinen tuote. Tämä prosessi on yleisesti käytössä erityisesti autoteollisuudessa, kotitalousvälineiden valmistuksessa sekä erilaisissa pakkausratkaisuissa. (Autoform)

Syvävedossa metallilevy asetetaan muottityökalun ja painimen väliin, jonka jälkeen painin (tai stanssi) painaa levyä muotin sisään. Metallilevy venyy ja muovautuu muotin muotoon. Levynpitimen tehtävänä on estää levyn laskostuminen muovausprosessissa. Liian suurella levynpidätysvoimalla levyn laipan liukuminen paininta kohti vaikeutuu ja voi aiheuttaa pohjarepeämän. Liian pieni levynpidätysvoima aiheuttaa puolestaan laipan rypyttymisen.

Syvävedossa ei yleensä pyritä muuttamaan vedettävän aihion seinämän paksuutta. Käytännössä levy kuitenkin ohenee varsinkin kupin alueelta, laipan alueella voi taas esiintyä paksunemista tyssääntymisestä takia. Syväveto prosessina mahdollistaa monimutkaisten ja tarkasti määriteltyjen kolmiulotteisten muotojen valmistamisen yhdestä metallilevystä ilman saumoja tai hitsauksia, Kuva 2. (Mäki-Mantila, 2001)

Kuva 2. Syvävedon periaatekuva (Metallurgy for Dummies)

Syvävedon onnistumisen edellytykset

Syvävedon onnistuminen riippuu useista tekijöistä, jotka voidaan jakaa neljään pääryhmään: materiaali, työkalut, prosessiparametrit ja voitelu.

Materiaalin muovattavuus on kriittinen tekijä syvävedossa. Hyvä syvävedettävä materiaali omaa:

  • Korkean venymäkyvyn (suuri murtovenymä).
  • Hyvän anisotropian hallinnan: R-arvo (tasovenymäominaisuus) vaikuttaa siihen, kuinka materiaali venyy eri suuntiin. Epätasainen anisotropia aiheuttaa korvautumista (earring-ilmiö).
  • Rajavetosuhde (LDR, Limiting Drawing Ratio) Ks. kohta 5.2: Tämä on yksi tärkeimmistä mittareista materiaalin syvävedettävyydelle.
  • Määritelmä LDR:lle

LDR= D0/dp                                                             (1)

D0 = alkuperäisen aihion halkaisija

dp = painimen halkaisija

Rajavetosuhde kertoo, kuinka suuri levyaihio voidaan vetää ilman repeämistä suhteessa painimen kokoon. Tyypillisesti teräksillä LDR on noin 2,0–2,2. Mitä suurempi LDR, sitä parempi materiaalin syvävedettävyys.

Työkalujen geometria

  • Tärkeimmät työkaluparametrit syvävedossa ovat vetoväli ja vetorenkaan pyöristyssäde Liian pieni säde lisää jännityksiä ja voi aiheuttaa repeämiä, kun taas liian suuri säde voi johtaa ryppyihin.
  • Työkalujen pinnanlaatu vaikuttaa myös sileä pinta vähentää kitkaa ja parantaa materiaalin virtausta.

Prosessiparametrit

  • Aihion pidinvoima Sen tehtävä on estää ryppyjen muodostuminen. Liian pieni voima → ryppyjä, liian suuri → repeämiä.
  • Vetonopeus Liian suuri nopeus voi aiheuttaa lämpenemistä ja materiaalin repeämistä.

Voitelu

Voitelu vähentää kitkaa ja estää materiaalin juuttumista työkaluihin. Huono voitelu voi johtaa pinnan vaurioihin ja epätasaiseen materiaalin virtaamiseen.

Tyypilliset virheet ja niiden syyt

Ryppyjen muodostuminen

  • Syynä liian suuri pidinvoima tai liian suuri vetorenkaan säde.

Repeäminen

  • Syynä liian suuri pidinvoima, liian pieni vetorenkaan säde tai huono materiaalin muovattavuus.

Paksuuden epätasaisuus

  • Johtuu epätasaisesta materiaalin virtaamisesta.

Korvautuminen (earring)

  • Johtuu materiaalin anisotropiasta.

Pinnan vauriot

  • Huono voitelu tai työkalujen huono pinnanlaatu. (Pelimanni, 2014)

Jälkiveto ja käänteinen syväveto

Edellä on esitetty yksivaiheinen syvävetotekniikka, jolla voidaan valmistaa vedetty kappale yhdellä puristimen työiskulla lähtölevystä. Kyseessä on yleisin syvävedon muoto, jossa käytetään jäykkää työkalua, joka koostuu painimesta, vetomuotista ja levynpitimestä. Erityistapauksissa painin tai muotti voi olla myös pehmeästä materiaalista valmistettu.

Suurten muodonmuutosten tapauksessa muovausprosessi suoritetaan jälkivedolla, yleensä useiden vetovaiheiden avulla. Tämä voidaan toteuttaa samassa suunnassa käyttämällä teleskooppista paininta (Kuva 3).

Kuva 3. Monivaiheinen syväveto teleskooppipainimen avulla (Schuler, 1998)

Toinen vaihtoehto on käyttää käänteisvetoa, jossa toinen painin vaikuttaa vastakkaiseen suuntaan edelliseen syvävetovaiheeseen nähden (Kuva 4).

Kuva 4. Käänteinen syväveto (Schuler, 1998)

Lisäksi on olemassa syvävetomenetelmiä, joissa käytetään aktiivisia väliaineita ja aktiivista energiaa. Syväveto aktiivisilla väliaineilla tarkoittaa levyn tai putkimaisen kappaleen vetämistä jäykkään muottiin väliaineen avulla. Aktiivisiin väliaineisiin kuuluvat kiinteät aineet, kuten hiekka tai teräskuulat, nesteet (öljy, vesi) ja kaasut, joissa muovaus tapahtuu puristimen avulla samankaltaisella menetelmällä kuin jäykillä työkaluilla. Tämän tekniikan merkittävin sovellusalue on hydromekaaninen veto, esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä valmistettavien osien valmistuksessa (Kuva 5).

Kuva 5. Hydromekaaninen syväveto (Schuler, 1998)

Syvävedon jatkovetoprosessit ovat tärkeitä, kun valmistetaan monimutkaisia osia, joilla on suurempi syvyyssuhde verrattuna niiden halkaisijaan. Jatkovedoissa metallin lujuus kasvaa ja seinät ohuentuvat, mikä vaatii tarkkaa prosessinhallintaa.

Jatkovetojen tarkoitus on pienentää osan halkaisijaa tai lisätä sen korkeutta sen jälkeen, kun alkuperäinen syvävetovaihe on suoritettu. Tämä tehdään usein useissa vaiheissa materiaalin jännityksen ja kovettumisen vuoksi. Ensimmäisessä jatkovedossa voidaan saavuttaa noin 60 % alkuperäisestä vetosuhteesta, mutta myöhemmissä vaiheissa vetosuhteet pienenevät noin 10 % jokaisen jatkovetokerran jälkeen. Esimerkiksi ensimmäisen vedon jälkeen jatkovedon pienennys voi olla 29 %, toisessa 26 % ja kolmannessa 23 %.  (Deep Drawing from A to Z, 2008)

Jatkovetotekniikoita ovat esimerkiksi suora jatkoveto ja käänteinen jatkoveto. Suorassa jatkovedossa osaa vedetään uudelleen samaan suuntaan, kun taas käänteisessä vedossa kappale käännetään ja vedetään vastakkaiseen suuntaan. Tämä mahdollistaa osan muodon muuttamisen vaiheittain ilman että materiaali repeytyy tai menettää muovautuvuuttaan. (The Library of Manufacturing)

Syvävedon hyödyt

  • Monimutkaiset Muodot: Syväveto mahdollistaa monimutkaisten muotojen valmistamisen yhdestä kappaleesta ilman liitoksia.
  • Kustannustehokkuus: Suurissa tuotantomäärissä syväveto on erittäin kustannustehokas prosessi.
  • Korkea Laatu: Syvävedon avulla valmistetut tuotteet ovat usein erittäin kestäviä ja tasalaatuisia. (Meconet)

Esimerkkejä käyttökohteista kuvassa 6:

  • Työkoneohjaamoiden osat
  • Tukirakenteet
  • Lämpösuojat
  • Kotelorakenteet
  • Säiliöt
  • Autoteollisuus
    • Polttoainesäiliöt ja öljypohjat
    • Moottorin osat ja koripellit yms…
  • Kotitalous- ja kulutustavarat
    • Keittiövälineet: Kattilat, pannut ja altaat…
    • Kodinkoneiden osat: pesukoneiden ja astianpesukoneiden sisäosat

Kuva 6. Esimerkkejä syvävedetyistä kappaleista. (Meconet, 2023)

Viimeisimmät innovaatiot

Syvävedon alalla on viime vuosina tapahtunut useita innovaatioita, jotka parantavat prosessin tehokkuutta ja laatua. Yksi merkittävä kehitys on kuivasyväveto, jossa käytetään erityisiä pinnoitteita, kuten timantinkaltaisia hiilipinnoitteita (DLC), vähentämään kitkaa ja kulumista ilman voiteluaineita. Tämä teknologia tekee prosessista ympäristöystävällisemmän ja kustannustehokkaamman, koska se vähentää huolto- ja materiaalikustannuksia pitkällä aikavälillä. (Chen, 2023)

Lisäksi digitaalinen prosessinhallinta on yleistynyt. Uusien CNC-koneiden avulla voidaan tarkasti hallita painetta ja iskun sijaintia, mikä tekee syvävedosta tarkempaa ja vähemmän kokeellista. Tämä nopeuttaa prototyyppien valmistusta ja vähentää hukkamateriaalia, mikä parantaa tehokkuutta erityisesti kalliiden materiaalien, kuten titaanin ja erikoisterästen, käytössä. (Hydroforming, Deep-Draw Sheet, 2024)

Erilaisten materiaalien käyttö ko. menetelmässä

Yleisesti käytettyjä materiaaleja syvävedossa ovat alumiini, vähähiilinen teräs, ruostumaton teräs ja kupari. Materiaalin tulee olla tarpeeksi joustavaa, jotta se venyy haluttuun muotoon ilman murtumista. Materiaalin paksuus ja laatu vaikuttavat suoraan syvävedon onnistumiseen. (Pmpdeepdraw, 2022)

3.2 Rullamuovaus

Rullamuovaus on jatkuva kylmämuovausmenetelmä, jossa metallinauha tai -levy muovataan peräkkäisten rullapareista koostuvan linjaston avulla haluttuun profiilimuotoon (Kuva 7). Tämä prosessi mahdollistaa monimutkaisten poikkileikkausmuotojen tarkan ja tehokkaan valmistuksen ilman materiaalin seinämäpaksuuden muutoksia. Profiilituotteiden jäykkyys on merkittävä tekijä, kun esimerkiksi auton korin törmäyskestävyyttä kehitetään ilman että auton paino kasvaa. Autoteollisuudessa rullamuovattujen komponenttien määrä onkin kasvussa. (Korhonen;ym., 2012)

Kuva 7. Rullamuovauksen periaatekuva (National material company)

Rullamuovausprosessin vaiheet:

  • Materiaalin syöttö: Metallinauha syötetään kelalta rullamuovauslinjastoon.
  • Muovaus: Nauha kulkee peräkkäisten rullapareista koostuvan sarjan läpi, joissa jokainen rullapari muokkaa nauhaa asteittain kohti lopullista profiilia.
  • Viimeistely: Tarvittaessa profiiliin lisätään ominaisuuksia, kuten rei’ityksiä tai leikkauksia, ja se katkaistaan haluttuun mittaan. (Cosasteel, 2022)

Hyödyt

Rullamuovauksen keskeisiä etuja ovat:

  • Tehokkuus: Soveltuu massatuotantoon ja mahdollistaa suuren läpimenon.
  • Kustannustehokkuus: Pieni materiaalihukka ja alhaiset työvoimakustannukset, johtuen menetelmän korkeasta automaation tasosta.
  • Monimateriaalisuus: Soveltuu eri metalleille, kuten teräkselle ja alumiinille.
  • Tarkkuus ja yhdenmukaisuus: Tuottaa tasalaatuisia komponentteja suuripituiset komponentit myös.
  • Mukautettavuus: Mahdollistaa monimutkaiset profiilit ja erikoismuodot myös erityislujille teräksille (Kuva 8). (Pradhan, 2025)

Kuva 8. Erilaisia rullamuovattuja profiileja (Guangzhou Cold Roll-forming Mechanical & Electrical Equipment Co., Ltd.)

Rullamuovauksella on myös haittoja. Se ei sovellu pieniin tuotantomääriin, sillä laitteistojen alkuinvestointi on korkea. Muutosten tekeminen tuotantoon on hidasta, koska työkalut ja rullat vaativat uudelleensuunnittelua. Materiaalivalinnoissa on rajoituksia, ja tietyt metallit voivat olla haastavia muovata ilman muodonmuutoksia. Lisäksi erittäin monimutkaisten profiilien valmistus voi olla vaikeaa. (Pradhan, 2025)

Viimeisimmät innovaatiot

Viime vuosina rullamuovaukseen on tullut uusia innovaatioita, jotka laajentavat sen mahdollisuuksia ja sovelluskohteita.

  • Monimutkaiset poikkileikkaukset: Uusien tekniikoiden ansiosta rullamuovauksella voidaan nyt valmistaa monimutkaisempia poikkileikkauksia, joita aiemmin pidettiin haastavina tai mahdottomina toteuttaa tällä menetelmällä.
  • Korkealujuuksiset teräkset: Menetelmän kehittyminen mahdollistaa korkealujuuksisten terästen tehokkaamman käsittelyn, mikä parantaa lopputuotteiden suorituskykyä ja kestävyyttä.
  • Integrointi muihin prosesseihin: Rullamuovaus voidaan nyt yhdistää saumattomasti muihin valmistusprosesseihin, kuten hitsaukseen ja lävistykseen, mikä tehostaa tuotantoprosessia ja vähentää kustannuksia. (New possibilities in roll forming, 2024)

Simulointi on mullistanut rullamuovauksen suunnittelun ja optimoinnin. Se vähentää virheitä, nopeuttaa kehitysprosessia ja mahdollistaa entistä monimutkaisempien komponenttien valmistuksen tehokkaasti ja taloudellisesti. Simuloinnin avulla voidaan muun muassa:

  • Optimoida työkalujen geometriaa ja prosessiparametreja.
  • Ennakoida mahdollisia muodonmuutoksia ja jännityksiä materiaalissa.
  • Vähentää koeajojen tarvetta ja materiaalihukkaa. (Numerical simulation of the roll forming of thin-walled sections, 2013)

Erilaisten materiaalien käyttö ko. menetelmässä

Lähes mitä tahansa metallia, joka kestää taivutusta haluttuun säteeseen, voidaan rullamuovata. Mitä muovautuvampi materiaali on, sitä paremmin se soveltuu prosessiin. Rullamuovaus soveltuu sekä rauta- että ei-rautapohjaisille metalleille, mukaan lukien kuuma- ja kylmävalssatut teräkset, kiillotetut, pinnoitetut, esimaalatut materiaalit, alumiinit, messinki, ruostumaton teräs, ja aluminisoitu teräs sekä Galvalume-pinnoitettu teräs. Materiaalin valinta riippuu käyttötarkoituksesta ja vaadituista ominaisuuksista. (Roller Die Forming)

3.3 Painomuovaus

Idea painomuovauksesta yksipistekärjellä patentoitiin vuonna 1967, mutta teolliseen mittakaavaan se saatettiin Japanissa 1990-luvulla (Komulainen;ym., 2010). (Korhonen;ym., 2012) Aluksi menetelmästä käytettiin nimeä ”dieless forming”, joka viittaa siihen, että menetelmässä ei tarvita varsinaista muottia, vaan kehikkoon kiinnitetty levy muovataan paininta käyttämällä levyn alapuolella olevaa tukea vasten tai kokonaan ilman tukea. Menetelmästä on kansainvälisesti vakiintunut nimi ”incremental sheet foming” (ISF) (Korhonen;ym., 2012) josta Suomessa on käytetty nimeä ”numeerinen painomuovaus” tai ”inkrementaalinen levynmuovaus”.

Incremental viittaa siihen, että levystä muovataan kerrallaan vaiheittain vain hyvin pientä aluetta. Muovaus tapahtuu tietokoneohjatun työkalun avulla, joka liukuu levyn pinnalla samalla painaen levyn haluttuun muotoon. Menetelmän suurena etuna on mahdollisuus muovata 3D-muotoja vapaasti, yksinkertaisia ja suhteellisen edullisia työkaluja käyttäen.

Numeerinen painomuovaus voidaan jakaa eri menetelmiin seuraavasti: Kahteen pisteeseen kohdistuvan työkalun käyttö eli Two Point Incremental Forming (TPIF) tai yhteen pisteeseen kohdistuvan työkalun käyttö eli Single Point Incremental Forming (SPIF) sekä kuperaa pintaa (positive incremental forming) tai koveraa pintaa (negative incremental forming) pitkin tapahtuva muovaus. Yleisesti ottaen SPIF sovelletaan koveraan/negative menetelmään ja TPIF viittaa kupera/positive menetelmään. Eri menetelmiä on havainnollistettu Kuvassa 9 (Katajarinne, 2014).

Kuva 9. a) Koveraa/negative SPIF, b) kuperaa/positive TPIF numeerinen painomuovaus (Katajarinne, 2014)

Numeerisessa painomuovauksessa 3D CAD-data muunnetaan NC-dataksi, joka ohjaa muovausta. Lähtötiedostona käytetään esim. pintamallia kuten IGES-formaattia, jonka CAM-ohjelma kääntää työkalun liikeradoiksi. Painin liikkuu pitkin ohjelmoitua rataa x-y-tasossa samalla edeten z-suunnassa alaspäin. Muovaus voidaan toteuttaa siten, että painimen liikettä ohjataan z-suunnassa ja pöytä liikkuu x-y-suunnassa tai painin liikkuu kaikissa kolmessa suunnassa pöydän ja muovattavan kappaleen ollessa paikallaan. Numeerista painomuovausta voidaan tehdä esim. CNC-jyrsinkoneella, robotilla, tai millä tahansa laitteella, jossa voidaan järjestää muovattavan kappaleen kiinnitys ja työkalun ohjaus siten että halutut työkalun ja kappaleen liikeradat saadaan aikaiseksi (Korhonen;ym., 2012).

Robotin käyttöä numeeriseen painomuovaukseen on sovellettu esim. MEERI-hankkeessa, jossa rakennettiin painomuovaussolu käsivarsirobotteineen ja ohjaustietokoneineen. Painomuovaus voidaan toteuttaa myös vasaroimalla. Vasaroinnissa robotin päähän on kiinnitetty paineilmavasara, jonka liikkeestä syntyy muovausvoima. Robottia ei käytetä muovaustyökalun painamiseen, vaan pelkästään vasaran, ja siinä olevan muovauspään ohjaamiseen kappaleen yläpuolella (Kuva 10) (Tuomi;ym., 2008).

Kuva 10. Vasaroinnin periaate (incremental hammering) (Tuomi;ym., 2008)

Painomuovaus aloitetaan korkeimmasta kohdasta, johon on myös sijoitettu alapuolinen tuki. Työkalu kiertää tuen ympäri korkeimmalla kohdalla määritellyn radan mukaisesti, ja laskeutuu sitten alaspäin seuraavaa kerrosta varten. Muovausrata on yleensä edestakainen, koska muutoin materiaali venyy myös pituussuunnassa ja alkaa kiertyä pystyakselinsa ympäri. Painin muovaa vain pientä aluetta kerrallaan, joten muovaus on hidasta. Menetelmä sopii paremmin prototyypeille ja pienille sarjoille kuin massatuotantoon.

Työkalu on yleensä työkaluteräksestä tai kovametallista valmistettu tappi, jonka pää on pallomainen (Komulainen;ym., 2010). Pinta voi olla myös pinnoitettu. Työkalun halkaisija vaikuttaa muovattavan tuotteen pinnanlaatuun, mitä suurempi se on, sitä tasaisempi pinta saadaan ja työkalun jäljet jäävät pienemmiksi. Työkalun levyyn kohdistama voima riippuu työstettävästä materiaalista ja levyn paksuudesta ja on oltava riittävän suuri pysyvän muodonmuutoksen aikaansaamiseksi. Kuvassa 11 nähdään työkalu ja muovattava levy (AMINO North America Corporation).

Kuva 11. Numeerista painomuovausta (AMINO North America Corporation)

Voitelu on tärkeä tekijä numeerisessa painomuovauksessa. Voitelu alentaa kitkaa työkalun ja muovattavan aihion välillä ja parantaa pinnanlaatua sekä sitoo itseensä muovauksesta aiheutuvaa lämpöenergiaa. Voiteluaineen määrä riippuu muovattavan levyn materiaalista ja paksuudesta. Ruostumattoman teräksen muovaaminen muodostaa paljon lämpöä, jolloin tarvitaan paljon voiteluainetta, jotta se riittää sitomaan syntyvän lämmön. Vastaavasti paksujen levyjen muovaaminen vaatii enemmän voiteluainetta. Voiteluaineina voidaan käyttää voiteluainelaatuja aina tavallisista mineraalipohjaisista voiteluöljyistä synteettisiin ja jopa EP-lisäaineellisiin laatuihin asti (Komulainen;ym., 2010).

Hyödyt

Numeerinen painomuovaus soveltuu parhaiten pienien sarjojen ja erikoistuotteiden valmistamiseen. Sovelluskohteina mainittakoon mm. auto-, lentokone-, rautatie-, arkkitehtuuri-, sisustus- ja rakennustekniset tuotteet.

Sen eduiksi voidaan laskea (Korhonen;ym., 2012):

  • Prototyyppien ja pienten sarjojen valmistus muovaamalla suoraan CAD-datasta
  • Ei tarvita muotteja, alhaiset työkalukustannukset
  • Kappaleen muodon muuttamisen helppous ja menetelmän joustavuus
  • Prototyyppien pikavalmistuksen helppous verrattuna muihin metallien pikavalmistusmenetelmiin
  • Pienen alueen muovaus kerrallaan parantaa materiaalin muovattavuutta sekä vaadittua muovausvoimaa
  • Voidaan käyttää muitakin CNC-ohjattuja laitteita muovaukseen
  • Pinnan laatu
  • Hiljainen menetelmä

Numeerisen painomuovauksen puutteiksi voidaan laskea:

  • Hitaus esim. syvävetoon verrattuna
  • Soveltuu vain pienille sarjoille
  • Suorakulmaisten muotojen valmistaminen vaatii monia muovausvaiheita
  • Takaisinjousto voi olla voimakasta

Viimeisimmät innovaatiot

Kuten aiemmin todettiin, numeerista painomuovausta voidaan tehdä esim. CNC-jyrsinkoneella tai robotilla, mutta markkinoilla on erityisesti tähän tarkoitukseen rakennettuja laitteita. Eräs tällaisten laitteiden valmistaja on Amino Corporation, jonka laite nähdään Kuvassa 12. Amino kehitti ensimmäisen toimivan numeerisen painomuovauksen protoyyppikoneen Japanissa vuonna 1996 (Komulainen;ym., 2010).

Kuva 12. Amino Corporationin laite (AMINO North America Corporation)

Laitteessa ohutlevyaihio kiinnitetään nelikulmaiseen kehikkoon, joka on kiinnitetty pystyjohteisiin. Muovauksen aikana kehikko liikkuu pystysuunnassa saman verran kuin työkalu. Lisäksi se liikkuu sekä X- että Y-tasoissa tai ainoastaan X-tasossa koneen koosta riippuen.

Aminon mukaan teknologiassa on viime vuosina tapahtunut merkittävää edistymistä prosessia pohjimmiltaan ohjaavissa yksinkertaisissa inkrementaalisissa muovausperiaatteissa ja edistysaskelia on saavutettu prototyyppien ja pienen volyymin tuotannossa. Numeerisesti ohjattu muovaus voi tuottaa sekä toiminnallisia metalliosia prototyypeille että myös tuottaa tavallisia tuotanto- ja huolto-osia (AMINO North America Corporation)

Kurikassa toimivalla Relicomp Oy:llä on tiettävästi Suomen ainoa numeeriseen painomuovaukseen soveltuva laite, joka on Amino Corporationin valmistama. Laite on ollut käytössä vuodesta 2005. Relicomp on valmistanut laitteella prototyyppejä mm. Ponssen metsäkoneisiin. Ponssen mukaan painomuovaustekniikan avulla säästetään lopullisten työkalujen muokkauksilta, kun pystytään testaamaan ja hakemaan muotoja ennen lopullisten työkalujen valmistamista (Relicomp, 2015).

Markkinoille on tullut Aminon lisäksi muitakin laitevalmistajia, esim. espanjalainen Meco Machines, joka on valmistanut numeerisen painomuovaksen laitteita vuodesta 2017. (MECO Machines). Laitevalikoimassa on useita kapasiteetiltaan ja dimensioiltaan erilaisia laitteita. Taulukossa 1 on esitetty eräiden laitteiden teknisiä tietoja.

Taulukko 1. Numeerisella painomuovaukseen käytettyjen koneiden teknisiä tietoja (MECO Machines)

 ISF-3000×2100ISF–1500×1000 St
Massa28,5 t11 t
Työpöydän dimensiot3000 x 2100 mm1400 x 900 mm
X/Y/Z-akselin liikenopeus15 m/min10 m/min
X/Y/Z-akselin servomoottorin teho10/4,5/4,5 kW2/2/2 kW
X/Y/Z-akselin voima40/18,24/18,24 kN10,5/10,5/10,5 kN
X/Y/Z-akselin liikkeen pituus3300/2100/1000 mm1400/900/550 mm

Laitteen työpöydän koko ja akseleiden liikkeiden pituudet vaikuttavat luonnollisesti muovattavan kappaleen kokoon, laitteen voima muovattavan materiaalin paksuuteen ja lujuuteen ja liikenopeus muovausprosessin kapasiteettiin.

Erilaisten materiaalien käyttö ko. menetelmässä

Koska numeerisessa painomuovauksessa muovataan vain pientä aluetta kerrallaan, nousevat muovattavuuden rajat. Näin ollen numeerisessa painomuovauksessa voidaan saavuttaa huomattavasti suurempia rajavenymiä kuin tavanomaisessa muovauksessa (Korhonen;ym., 2012).

Numeerinen painomuovaus on yhteensopiva monenlaisten materiaalien kanssa, mukaan lukien muovattavat teräkset, alumiini, titaani ja rei’itetty teräsverkko. Teknologialla on mahdollista käsitellä jopa 4,0 mm paksuisia metalleja. (AMINO North America Corporation). Taulukossa 2 on esitetty numeerisella painomuovauksella muovattavia materiaaleja ja paksuuksia (MECO Machines).

Taulukko 2. Numeerisella painomuovauksella muovattavia materiaaleja [Meco Machines]

Kuvassa 13 on havainnollistettu, miten levyn paksuus vaikuttaa muovausvoimiin (Komulainen;ym., 2010)

Kuva 13. Levynpaksuuden (teräs DC04) vaikutus muovausvoimiin käytettäessä 10 mm:n halkaisijaista kärkeä (Komulainen;ym., 2010)

Nähdään, että levyn paksuuden kasvaessa 0,75 mm:stä 1,25 mm:iin, kasvaa vaadittava voima n. 2–2,5 kertaiseksi.

Austeniittisiin ruostumattomiin teräksiin, joissa työstökarkeneminen kylmämuokattaessa on voimakasta, liittyy erityispiirteitä myös numeerisen painomuovauksen tapauksessa, koska muokkauslujittuminen kasvattaa tarvittavaa voimaa.  Muokkauslujittumiseen vaikuttaa teräksen ns. stabiilisuus, ts. austeniitin taipumus hajaantua muokkausmartensiitiksi, mikä riippuu teräksen koostumuksesta. Austeniittisen ruostumattoman teräksen stabiilisuutta on käsitelty kohdassa 7.3.

Katajarinne (Katajarinne, 2014) tutki austeniittisten ruostumattomien terästen käyttäytymistä painomuovauksessa. Tutkimuksen mukaan painomuovatun materiaalin muokkauslujittuminen on maltillisempaa kuin materiaalin vetokoekäyttäytymisen perusteella voisi odottaa. Toisaalta muokkauslujittuminen on odotettua suurempaa pienillä venymillä.

Stabiileissa laaduissa muodostuu vähemmän martensiittia, mikä helpottaa karkenevuuden kontrollointia. Muovausnopeuden ja lämpötilan säätely muovauksen aikana on myös tehokas keino kontrolloida austeniittisen teräksen muokkauslujittumista. Muovausnopeuden kasvattaminen ja siitä johtuva lämpötilan nousu vähentävät muokkausmartensiitin muodostumista (Katajarinne, et al., 2008).

3.4 Painosorvaus

Painosorvaus on metallin muovausmenetelmä, jossa tasainen, levystä leikattu kiekko muovataan pyörähdysakselin suuntaisesti symmetriseksi kappaleeksi. Painosorvaamalla voidaan valmistaa monen kaltaisia, yhden akselin suuntaisesti symmetrisiä pyörähdyskappaleita (Kuva 14), hyödyntäen monia eri materiaaleja, kuten alumiinia, terästä, ruostumatonta terästä, kuparia ja messinkiä (IQS Directory, 2025).

Kuva 14. Painosorvattuja kappaleita (IQS Directory, 2025).

Painosorvausprosessin aikana aihio on kiinnitetty kahden pyörivän karan väliin puristamalla. Aihion muovaamista varten karaan on kiinnitetty muotti, jota vasten kappaletta painetaan rullapainimella sen pyöriessä kahden karan välissä. Painin kohdistaa kappaleeseen venyttävää ja puristavaa voimaa, jolla aihio saadaan painettua muottia vasten (IQS Directory, 2025).

Painosorvatessa kappaleeseen kohdistetaan painimella paikallisesti riittävää voimaa, jolla saadaan aikaan jatkuvaa plastista muodonmuutosta painimen edetessä. Toisin kuin esimerkiksi syvävedossa, jossa kohdistetaan koko muovattavaan aihion alaan yhtä aikaa riittävä voima halutun muodonmuutoksen saavuttamiseksi. Paikallinen muodonmuuttaminen aiheuttaa haasteita painosorvauksessa. Haasteena on kappaleen halutun muodon saavuttaminen ja mittatarkkuuden pysyminen. Nämä haasteet tulee ottaa huomioon kappaleen painosorvausta suunnitellessa (Ulintz, 2019; IQS Directory, 2025).

Painosorvaukseen voidaan käyttää perinteistä, manuaalista tai CNC-ohjattua sorvia, mutta yleensä suurilla tuotantomäärillä käytetään erikseen sitä varten valmistettua, sorvinkaltaista konetta, jossa painosorvauksen tarpeet on otettu valmiiksi huomioon (Kuva 15) (IQS Directory, 2025).

Kuva 15. Painosorvauksen periaatekuva (IQS Directory, 2025)

Menetelmän hyödyt

Painosorvausta käytetään, kun tahdotaan valmistaa saman keskeisiä, symmetrisiä pyörähdyskappaleita ja kappaleiden tuotantomäärä on sellainen, että niiden yksikkökustannukset ovat pienemmät kuin muissa muovausmenetelmissä. Esimerkiksi syvävetäminen vaatii kohtuullisen suuria sarjakokoja, jotta työkalukustannukset saadaan kohtuullisiksi. Painosorvauksessa työkalukustannukset ovat pienemmät kuin muissa samankaltaisia kappaleita valmistavissa valmistustavoissa, kun sarjakoot ovat pieniä. Jotkin muodot ovat myös vaikeita tehdä muilla tavoin, kuin painosorvaamalla (IQS Directory, 2025).

Menetelmän hyviä puolia:

  • Voidaan valmistaa saumattomia osia esim. säiliöiden päätyjä. Saumattomat osat ovat luotettavampia kuin useammasta osasta esim. hitsaamalla yhteen liitetyt osat.
  • Menetelmä käyttää yksinkertaisia työkaluja, jotka ovat helposti huollettavissa, ylläpidettävissä ja ovat edullisia valmistaa verrattuna muihin muovausmenetelmiin.
  • Valmistettavan kappaleen lopullista muotoa on helppo muuttaa ja säätää työkalujen avulla. Jos kappaleen kokoa halutaan pienentää, se onnistuu helposti työkaluja säätämällä.
  • Painosorvauksessa syntyy suhteellisen pieni määrä hukkamateriaalia.

Menetelmän huonoja puolia:

  • Kappaleiden valmistusajat ovat pitkiä verrattuna muihin menetelmiin.
  • Kappaleiden välinen yhdenmukaisuus on vaikea ylläpitää. Varsinkin manuaalisessa painosorvauksessa operaattorin taito taso vaikuttaa paljon laatuun ja mittatarkkuuden pysymiseen.
  • Menetelmällä voidaan valmistaa vain pyörähdysakselin suuntaisesti symmetrisiä kappaleita, kuten kartioita, kupuja, puoliympyröitä ja paraabeleja.
  • Menetelmässä on vaikea korjata valmistuksessa syntyneitä virheitä kuten halkeamia ja kolhuja. Jos vikoja korjataan, se voi heikentää valmista kappaletta. Tämän vuoksi virheelliset kappaleet joudutaan romuttamaan.
  • Manuaalisesti tehtynä painosorvauksessa on turvallisuusriskejä. Suuret pyörivät kappaleet voivat irrota koneesta muovauksen aikana, mikä altistaa operaattorin vaaralle. Kappale on kiinnitettävä huolellisesti koneeseen ennen muovauksen aloittamista.

Viimeisimmät innovaatiot

Painosorvauksen kehityksessä näkyy vahvasti koneiden automatisaatio ja CNC-ohjauksen lisääntyminen, mikä lisää koneiden tarkkuutta ja menetelmän sovellettavuutta uusiin tuotteisiin. Painosorvauskoneiden valmistajia on maailmalla useita, joista merkittävimpinä voisi mainita Nova Sidera, WF-Maschinenbau, Leifeld ja MJC Engineering. Näiden yritysten valmistamille koneille yhteistä on mahdollisuus korkeaan automaation tasoon, kuten robotisoitu kappaleen vaihto ja tarkoitukseen tehty CNC-ohjaus.

Nova Sideran suurin Vega-mallisarjan painosorvauskone kykenee muovaamaan 15 mm paksua alumiinia, 10 mm paksua EN 1.1186 terästä ja 6 mm paksua EN 1.4401 ruostumatonta terästä. Suurin mahdollinen aihion halkaisija on 2,1 metriä (Nova Sidera Metal Forming S.r.L, 2024).

Erilaisten materiaalien käyttö ko. menetelmässä

Materiaalin valinnassa on kiinnitettävä huomiota materiaalin tyyppiin ja luokkaan, aihion paksuuteen ja halkaisijaan, valmiin kappaleen seinämävahvuuteen ja nurkkien pyöristyssäteisiin. Lähes kaikkia levytuotteena saatavilla olevia sitkeitä metalliseoksia voidaan painosorvata. Yleisesti painosorvauksessa käytettyjä metalleja ovat kylmämuovattavat teräslaadut, alumiini, ruostumaton teräs, kupari, messinki, tina, hopea ja kulta. Myös erikoisempia materiaaleja kuten titaania ja nikkeliteräksiä on painosorvattu (Ulintz, 2019).

Ruostumattomista teräksistä ferriittiset ruostumattomat teräkset, kuten EN 1.4509 käyttäytyy painosorvauksessa hyvin samalla tavalla kuin matalahiilinen teräs, mutta sen muovaaminen vaatii enemmän voimaa korkeammasta myötörajasta johtuen. Austeniittisilla ruostumattomilla teräksillä, kuten EN 1.4301 venymisominaisuudet ovat hyvät, mutta muovaamisen voiman tarve on suuri johtuen materiaalin voimakkaasta muokkauslujittumisesta (Ulintz, 2019).

3.5 Hydromuovaus, suurpainemuovaus

Hydromuovauksesta on tehty Lapin ammattikorkeakoululla opinnäytetyö ”Putkien ja ohutlevyjen muovaus hydromuovauskoneella” vuonna 2014 (Pelimanni, 2014). Työ liittyi aikoinaan Jaloterässtudiohankkeessa hankitun hydromuovaimen käyttöön.  Seuraavissa hydromuovausta koskevissa kohdissa, joissa on kuvattu menetelmää, sen hyötyjä ja varjopuolia sekä sovelluksia, on lähteenä käytetty kyseisessä opinnäytetyössä tehtyä kirjallisuustarkastelua.

Suurpaine- eli hydromuovausta käytetään metallisten putkimaisten kappaleiden ja levyjen muovaamiseen haluttuun muotoon. Muovauksessa profiilin poikkileikkauspintaa muutetaan joko kokonaan tai vain tietyltä alueelta. Menetelmällä saadaan valmistettua profiililtaan monimuotoisia ja mittatarkkoja kappaleita. Määritelmän mukaisesti Hydromuovauksessa väliaineena toimiva neste johdetaan aihion ja hydromuovauslaitteiston muodostamaan onteloon. Työkappaletta muovataan paikallisesti tai koko alaltaan onteloon muodostettavalla nestepaineella. Muotin avulla kappaleeseen saadaan haluttuja piirteitä. Tarvittaessa prosessin onnistumiseksi työkappaleeseen johdetaan ulkoisia voimia.

Nestemuovausprosessissa aktiivisena väliaineena toimii neste. Menetelmässä materiaalin muovaus tapahtuu joko pelkästään nostamalla nesteen painetta laitteiston ja työkappaleen muodostamassa kammiossa (esim. putkiaihion sisällä) korkeaksi tai käyttämällä nestettä väliaineena tätä puristettaessa esimerkiksi kiinteällä painimella. Nestemuovausprosessit luokitellaan onttojen (esim. putket) kappaleiden hydromuovaukseen ja levymäisten kappaleiden (esim. teräsohutlevy) hydromuovaukseen. Kuvassa 16 on graafinen esitys hydromuovauksen VDI 3146 -standardin mukaisesta luokittelusta.

Kuva 16. Nestemuovausprosessien luokittelu

Putken hydromuovaus tapahtuu pääsääntöisesti nestepaineen (putken sisällä) ja putken ulkopuolisten voimien avulla. Ulkopuoliset voimat ovat putken hydromuovauksessa pääasiassa putken päihin kohdistuvat puristusvoimat ja joissakin sovelluksissa esi-muovausvoimat. Tyypillinen hydromuovattava kappale on esimerkiksi T- kappale. Kuvassa 17 esitetyn periaatteen mukaisesti tuotteen valmistusprosessissa suoran putken sisälle johdetaan korkeapaineinen neste. Kahdella aksiaalisylinterillä tuotetaan putken päihin puristusvoima, joka tiivistää ja työntää T-haaraan tarvittavaa materiaalia. T-haaran vastavoima tuotetaan kappaletta kohtisuoraan olevalla sylinterillä. (Pelimanni, 2014)

Kuva 17. T-kappaleen hydromuovausprosessi

Levyaihioiden hydromuovaus sai alkunsa putkimaisten kappaleiden muovauksista saatujen hyvien tulosten myötävaikutuksella. Lentokoneteollisuudessa sitä on käytetty jo jonkin aikaa, mutta Toyotan 1980 -luvulla aloittaman teknologiakehityksen myötä sen voidaan katsoa tulleen yleisempään käyttöön 1990-luvulla. Levyaihion hydromuovaus on ohutlevyjen kylmämuovausmenetelmä, jossa levy muovataan nestepaineen avulla halutuksi kappaleeksi. Menetelmä jaetaan hydrauliseen syvävetoon ja hydromekaaniseen syvävetoon. Hydraulisessa syvävedossa käytetään muovaukseen pelkästään nesteen painetta, kun taas hydromekaanisessa syvävedossa käytetään nesteen ohella perinteisen syvävedon tapaan myös paininta.

Nestemuovausmenetelmää käytetään myös erilaisissa perinteisen syvävedon ja hydromekaanisen muovauksen yhdistelmissä. Kuvassa 18 on esitetty hydraulisen syvävedon periaate, jossa levyn annetaan ensin pullistua ja materiaalin virrata vapaasti, kunnes aihio koskettaa muotin seinämää. Toisessa vaiheessa tehdään ns. kalibrointi, jolloin nesteen paine nostetaan sille tasolle, että levy vastaa kauttaaltaan muotin muotoa. Levynpitimen ja aihion välin tulee olla tiivis, jotta neste ei pääse purkautumaan niiden välistä. Tarvittaessa on käytettävä ”palletta” tai/ja tiivisterenkaita. (Pelimanni, 2014)

Kuva 18. Hydraulisen syvävedon periaate

Pelkässä hydraulisessa venytysmuovauksessa materiaalin virtaus estetään lukitusrenkailla. Kuvan 19 tapauksessa (pullistustesti), on kysymyksessä venytysmuovaus. (Pelimanni, 2014)

Kuva 19. Hydraulisen venytysmuovauksen periaate

Hydromekaanisessa syvävedossa käytetään nestettä ja paininta. Materiaali painetaan nesteellä paineistettuun kammioon. Nesteen paineen vaikutuksesta kappale muovautuu tiiviisti painimen muotoiseksi. Kuvassa 20 on esitetty hydromekaanisen syvävedon periaate. Nesteen painetta Pc säädetään prosessin aikana optimaaliseksi. Neste poistuu samaa kanavaa pitkin, josta se syötetään kammioon. Menetelmällä pystytään muovaamaan esimerkiksi syviä kartiomaisia kulmikkaita kappaleita, joiden muovaus perinteisellä syvävedolla on erittäin haastavaa. (Pelimanni, 2014)

Kuva 20. Hydromekaanisen syvävedon periaate

Hydromuovauksen hyödyt

Hydromuovauksella savutetaan tietyissä tapauksissa huomattavia valmistukseen ja lopputuotteen ominaisuuksiin liittyviä etuja. Alla on lueteltu hydromuovauksen edut verrattuna perinteisellä teknologialla (esim. painosorvaus, syväveto, hitsaus, mankelointi, taivutus, ym.) valmistettuihin tuotteisiin:

  • Hydromuovauksella saadaan lujat ja yhtenäiset osat, joiden paino on 25–30 % kevyempi verrattuna perinteisellä teknologialla saatuihin osiin.
  • Muovausprosessissa tapahtuu materiaalin muokkauslujittumista (murtoraja kasvaa 70–80 %).
  • Korroosiostabilisuus on hyvä.
  • Mittatarkkuus on erinomainen.
  • Hydromuovaus mahdollistaa monimutkaisten muotojen tekemisen.
  • Hydromuovaus mahdollistaa useiden toimintojen integroimisen prosessin yhteyteen. Näitä ovat esimerkiksi taivutus, esimuovaus ja reikien teko.
  • Työkalukustannukset ovat pienemmät, koska jatkovetoja ei tarvita ja usein selvitään pelkällä muotilla.
  • Tuotteelle saadaan hyvä pinnanlaatu.
  • Levyn hydromuovauksessa rajavetosuhde on huomattavasti perinteistä syvävetoa isompi.
  • Takaisinjoustoa ei ole tai se on erittäin vähäistä.
  • Levyn hydromuovauksessa vetorangasta ei tarvitse muotoilla, eikä vastintyynyjä tarvitse lainkaan.
  • Perusteellisella suunnittelulla voidaan välivaiheet poistaa kokonaan.
  • Välihehkutuksia ei normaalisti tarvita. (Pelimanni, 2014)

Hydromuovauksen varjopuolet

Kuten kaikilla muillakin valmistusteknologioilla, on hydromuovauksellakin varjopuolia. Alla on lueteltu tärkeimmät hydromuovausteknologian käyttöönottoa rajoittavat tekijät:

  • Hydromuovauksessa työsyklin kesto on pitempi verrattuna perinteiseen syvävetoon.
  • Hydromuovauksen tuotantolinja on monimutkainen ja kallis.
  • Hydromuovausosaamista on vähän tai sitä ei ole lainkaan saatavissa.
  • Nesteen käyttö vaatii työkalulta tiiviyttä.
  • Hydromuovauksessa tarvitaan suuria voimia.
  • Kappale kastuu muovausnesteessä.
  • Hydromuovauksen koulutustarjontaa ei Suomessa ole ja kansainvälisestikin sitä on vähän.

Hydromuovauksen sovellusalueet

Hydromuovauksen sovellusalueet löytyvät pääosin auto- ja polkupyörä teollisuudesta. Sovellusalueita ovat mm. pakoputket, pakosarjat, rungon osat (auto, polkupyörä) ja alustan osat. Kuvassa 21 on esimerkkejä tyypillisistä hydromuovaamalla valmistetuista kappaleista.

Kuva 21. Hydromuovattuja kappaleita

Tyypillinen hydromuovauksen sovellusalue on myös auton apurunko (moottorin alusta). Valmistus tapahtuu esitaivuttamalla putkiaihio, jonka jälkeen taivutettu putki puristetaan muottiin. Putkeen johdetaan neste, jonka paine nostetaan niin korkeaksi, että mahdolliset rypyt oikenevat ja putki muovautuu muotissa haluttuun poikkileikkausprofiiliin. Kuvassa 22 on esitetty valmistusperiaate sekä eräiden autojen apurunkoja. Kuvan ohessa on esitetty myös valmistusteknologiasta saadut hyödyt.

Kuva 22. Auton apurungon valmistusperiaate sekä muovattuja apurunkoja

Kuvassa 23 on esitetty levyaihion hydromuovauksen sovellusalueista polttoainetankin muovaus kahdesta toisiinsa liitetyistä levyistä. Menetelmällä voidaan yhdellä iskulla valmistaa ajoneuvon polttoainetankki. Teknologia voi avata uusia mahdollisuuksia polttoainetankin valmistamiseksi vähentämällä radikaalisti hitsauksen ja syvävedon työvaiheita.

Kuva 23. Polttoainetankin hydromuovauksen periaate

Viimeisimmät innovaatiot hydromuovauksessa

Viime vuosina hydromuovauksen alalla on tehty merkittäviä innovaatioita erityisesti materiaalien ja prosessien tehokkuuden parantamisessa. Esimerkiksi yhdistelmämuovaus, jossa yhdistetään hydromuovaus ja muita muovaustekniikoita sekä esimuovaus, on mahdollistanut matalamman puristusvoiman ja tasaisemman materiaalipaksuuden. (Hwang;ym., 2021)

Metalliputki tai -levy puristetaan muottia vasten mekaanisesti osana esimuovausta tai lisämuokkausvaihetta. Tämä auttaa hallitsemaan materiaalin muotoutumista ja jännityksiä, erityisesti monimutkaisissa muodoissa. Tämä voi tarkoittaa esimerkiksi materiaalin painamista mekaanisesti tiettyihin muotoihin ennen varsinaista hydromuovausta. Tämä auttaa tasoittamaan jännityksiä ja parantamaan lopputuotteen muovattavuutta, mikä voi vähentää muovauksen epäonnistumisriskiä ja tuottaa tarkempia muotoja. Se on erityisen hyödyllistä monimutkaisissa rakenteissa, joissa pelkkä hydromuovaus ei riitä.

Lisäksi uusia teknologioita, kuten hydroliitos ja hydro-rei’itys, on kehitetty erityisesti kevyiden rakenteiden valmistukseen. Näillä menetelmillä pyritään vähentämään kustannuksia ja parantamaan tuotannon ympäristöystävällisyyttä, mikä on tärkeää erityisesti auto- ja ilmailuteollisuudessa. (Hwang;ym., 2021)

Erilaisten materiaalien käyttö hydromuovauksessa

Periaatteessa samat materiaalit, joita voidaan käyttää muihin kylmämuovaustekniikoihin, kuten syvävetoon, soveltuvat myös hydromuovaussovelluksiin. Materiaalin tulisi olla hienorakeinen ja pehmeäksi hehkutettu. Parhaat muovaustulokset saavutetaan materiaaleilla, joilla on suuri murtovenymä. Hyvä murtovenymä kohtisuorassa putken pituussuuntaan nähden, eli yleensä kohtisuorassa ohutlevyn valssaussuuntaan nähden, on muovattavuuden kannalta edullinen. Materiaalin suuri muokkausluijittumistaipumus on edullista. (Schuler, 1998)

Putkien valmistusprosessi ja esimuovaus aiheuttavat työstökarkenemis-ilmiön, joka saattaa vaatia hehkutusta tietyille komponenteille ennen hydromuovausprosessia. Jos materiaalin muovattavuuden rajat ylitetään tuotantovaiheessa, saatetaan muovaus joutua suorittamaan useassa vaiheessa välihehkutuksin. Tämä voidaan kuitenkin välttää suunnittelulla tai materiaalivalinnalla. (Schuler, 1998)

Suositeltu lämpökäsittelymenetelmä austeniittisille teräksille on liuotushehkutus. Pienille osille voidaan käyttää jatkuvatoimista uunia. Ferriiittisissä teräksissä lämpökäsittelyn tyyppi ja toteutettavuus riippuvat suuresti kyseisestä materiaalista ja sen muovaushistoriasta. Periaatteessa voidaan käyttää kahta mahdollista prosessia, rekristallisaatio- tai tavallista hehkutusta. (Schuler, 1998)

3.6 Vierintämuovaus

Vierintämuovaus (rotary forming) on niin sanottu rotaatiomuokkausmenetelmä, jota voidaan verrata painosorvaukseen, taontaan ja levyn valssaukseen. Tätä tekniikkaa ei voida kuitenkaan pitää pelkästään ohutlevyjen muokkausmenetelmänä, sillä aihioiden ainevahvuus vaihtelee sovelluskohteen mukaan. Yhteistä kaikille tällä tekniikalla valmistettaville kappaleille on kuitenkin se, että ne ovat pyörähdyssymmetrisiä ja ikään kuin valssaamalla tehtyjä. Aihiot voivat olla levyjä, putkia tai tankoja ja tyypillinen tuote on putkesta valmistettu putkikaulus. Muita tyypillisiä sovelluskohteita ovat mm. telat, kiskopyörät, siirtorullat, reiälliset holkit, hammaspyörät, hammaskehät, pallonivelet, tiivisterenkaat ja laakeripesät. (Karila, 2013). Kuvassa 24 nähdään vierintämuovaamalla tehtyjä putkikauluksia.

Kuva 24. Vierintämuovaamalla valmistettuja putkikauluksia.

Vierintämuovauksen periaate on esimerkiksi putkikauluksia tehtäessä Kuvan 25 tapainen. Siinä putkiaihio on asetettu alakaran pyörivään muottiin ja kartiovalssirullalla voimalla F painaen levitetään putken päätä vähän kerrallaan laipaksi. (Karila, 2013)

Kuva 25. Vierintämuovauksen periaate

Aihion kontaktipinta on pieni, joten pienellä puristusvoimalla saavutetaan materiaalin pysyvä muodonmuutos. Puristusvoima on tyypillisesti 200–1000 kN. Vierintämuovaus etenee aihion poikkipinnassa kierros kierrokselta. Pyörimisnopeus on 120–500 r/min. Tekniikka toimii yksinkertaisimmillaan siten, että puristimen puskimeen laakeroidulla valssirullalla muovataan aihiota pyörivässä muotissa vakionopeudella. Tavalliseen hydraulipuristimeen on mahdollista asentaa kaksiosainen lisälaite, jonka alaosa koostuu muottia pyörittävästä moottorista. Yläosa on kiinnitetty puristimen puskimeen, jolla aikaansaadaan muovauksen aksiaalivoima. (Mäki-Mantila, 2019)

Toinen tapa on kappaleen takomiseen verrattava akselin päätypinnan muovaus niin, että akselin pää levittyy tai koko akseli levitetään levymäiseksi. Tämän seurauksena akselin pääty ja laippa muokkauslujittuu yleensä voimakkaasti. Tyypillistä kaikissa tavoissa on se, että kaarevapintaisen valssirullan aiheuttama pintapaine aihioon kestää vain lyhyen aikaa ja koska kontaktipinta-ala on varsin pieni, vaatii muovaus suhteellisen vähän puristusvoimaa. (Karila, 2013)

Laitteiston pääosat ovat puristin sekä ylä- ja alatyökalut, joilla tapahtuu varsinainen kappaleen muovaus. Vierintämuovaimen työkalujärjestelmän pääosat ovat valssirulla tai valssirullat, muotti, kiinnityslaipat, jouset ja ulostyöntäjä. Pyöriviä osia ovat valssirulla, muotti ja kappaleen ulostyöntäjä. Menetelmässä on kolme pääliikettä: valssirullan kallistus, pallovierintä eli valssirullan akselin liike työkappaleen akselin ympäri ja vierintä eli valssirullan pyöriminen oman akselin ympäri. Vierintämuovauksen perusmenetelmät ovat tyssäys, lovestaminen, vastapursotus ja levitys. (Karila, 2013)

Vierintämuovauksen hyödyt

Vierintämuovaamalla voidaan valmistaa mittatarkkoja kappaleita yhdessä työvaiheessa. Paksujen kappaleiden muovauksen vaativaa voimantarvetta saadaan pienennettyä vierintämuovauksella, koska muovautuminen tapahtuu vaiheittain. Suuret muovaukset ovat mahdollisia yhdessä työvaiheessa. Työkalujen toimivuus ja kestävyys, muovausnopeus ja mahdollinen valmistusvaiheiden väheneminen voivat olla perusteena suursarjatuotannolle. Vierintämuovauksen tahtiaika on kohtuullinen, kymmeniä sekunteja. Työkalut ovat halpoja valmistaa. Epäkeskeisten pyörähdyspintojen valmistaminen on mahdollista työkalun keskipisteen siirron avulla. Vierintämuovaus on mahdollinen menetelmä sellaisissa syvävetotuotteissa, jotka vaativat useita syvävetovaiheita ja välihehkutuksia. Näitä ovat pitkänomaiset kappaleet, joissa on suuri syvävetosuhde. Merkittävimmiksi eduiksi voidaan katsoa seuraavat: (Mäki-Mantila, 2019)

  • Kohtuulliset työkalukustannukset
  • Suuretkin muovaukset mahdollisia
  • Hyvä mittatarkkuus
  • Pieni takaisinjousto
  • Pienemmät muovausvoimat kuin syvävedossa

Viimeisimmät innovaatiot

Vierintämuovauskoneiden valmistajia löytyy jonkin verran maailmalta, esim. Apex Toolilla on valikoimissaan modulaarinen, korkean nopeuden jatkuvatoiminen pyörivä vierintämuovauskone, jossa on kahdeksan työpistettä ja jonka tuotantokapasiteetti on enimmillään 800 tuotetta minuutissa (Apex Tool Works Inc., 2025).

3.7 Lasermuovaus

Lasermuovaus (Eng. Laser forming, LF) on eräänlainen termomekaaninen muovaus, jossa käytetään laserin aiheuttamaa lämpövaikutusta ohutlevyosien muovaamiseen ilman työkaluja tai ulkoisia voimia. Lasermuovausprosessi on joustava ja nopea valmistusprosessi esimerkiksi prototyyppien ja piensarjojen valmistukseen.  Muita tämän menetelmän etuja ovat muun muassa muovauksen hallittavuus, erinomainen energiatehokkuus, monipuoliset käyttökohteet sekä vaikeasti muovautuvien materiaalien muovausmahdollisuus. (Total Materia, 2009; Edwardson, 2024)

Lasermuovausprosessi on tekniikaltaan samankaltainen kuin pinnan lämpökäsittely laserilla ja se perustuu fokusoimattoman säteen pyyhkäisyyn metallilevyn pinnan yli suoraa linjaa pitkin (Kuva 26) Lasersäteen aiheuttama lämpövaikutus saa levyn taipumaan liikelinjaa pitkin. (Total Materia, 2009; Edwardson, 2024)

Kuva 26. Lasermuovausmenetelmän periaatekuva

Toistamalla pyyhkäisyjä samalle kohdalle, voidaan päästä jopa yli 90° taivutuskulmaan. Tyypillisesti yhdellä lasersäteen pyyhkäisyllä saatava taivutuskulma on noin 2°, mutta se voi olla jopa 10°, riippuen materiaalista ja muista käytettävistä parametreista. Mitä ohuempi muovattava levy on, sitä enemmän se taipuu yhdellä askeleella, johtuen taivutusvastuksen vähenemisestä. Muovattavan levyn leveyden kaventuessa tapahtuu päinvastoin. Tällöin yhdellä pyyhkäisyllä saavutettu taivutus pienenee, johtuen siitä, että jäähdytyselementtinä toimivan materiaalin tilavuus vähenee ja sen seurauksena prosessiin liittyvä lämpötilagradientti pienenee. Tämä johtaa pienentyneeseen puristusjännitykseen ja siten loivempaan taivutuskulmaan. Toisaalta muovattavan levyn leveys-paksuussuhteen ollessa yli 10, ei levyn leveydellä ole juurikaan vaikutusta taivutuskulmaan. Lasermuovauksella voidaan muovata myös monimutkaisempia muotoja siirtämällä jokaista pyyhkäisylinjaa hieman, jolloin muodostuvan taivutuksen säde riippuu muiden käsittelyparametrien ohella kunkin linjan siirtymän määrästä. Mitä pienempi pyyhkäisylinjan siirtymä on, sitä pienempi säde taivutukselle saadaan. (Total Materia, 2009)

Menetelmän hyödyt

Modernilla lasermuovausmenetelmällä on perinteisiin metallinmuovaustekniikoihin verrattuna monia etuja, kuten esimerkiksi:

  • Muovausprosessi ei vaadi erillisiä muovaustyökaluja tai järeitä laitteita, mikä pienentää huomattavasti kustannuksia.
  • Tekniikka soveltuu hyvin pienille tuotantoerille, prototyypeille ja erilaisille peltikomponenteille.
  • Korkea tarkkuus, lasermuovaus mahdollistaa erittäin pienten ja monimutkaisten muotojen valmistamisen, joita perinteisillä menetelmillä olisi vaikea toteuttaa.
  • Lasersäteen syöttö- ja tehonsäätöjärjestelmien joustavuuden ansiosta lasermuovaus on helppo sisällyttää automaattiseen joustavaan valmistusjärjestelmään.
  • Lasermuovausmenetelmä ei vaadi kosketusta, joten tarkka muodonmuutos voidaan tuottaa vaikeapääsyiseen kohtaan tuotetta.
  • Lasersäteen kokoa ja tehoa voidaan säätää tarkasti, mikä mahdollistaa muovausprosessin tarkan ohjauksen ja parantaa toistettavuutta.
  • Lasermuovauksessa käytetään vain paikallista lämmitystä halutun muodonmuutoksen aikaansaamiseksi, siksi se on energiatehokas muovausmenetelmä.
  • Materiaaliin kohdistuvat voimat ovat vähäisempiä kuin perinteisissä muovausmenetelmissä, mikä vähentää materiaalin väsymistä ja murtumisriskiä. (Total Materia, 2009; Edwardson, 2024)

Lasermuovauksen sovellukset ja viimeisimmät innovaatiot

Potentiaalisia sovelluksia lasermuovauksen käytöllä on ilmailuteollisuudessa, laivanrakennuksessa, mikroelektroniikassa, autoteollisuudessa jne. Lasermuovauksen kehitys jatkuu nopeasti, ja uusia sovelluksia löydetään jatkuvasti. Erityisesti nanoteknologian ja mikrorakenteiden kehityksessä lasermuovaus tarjoaa ainutlaatuisia mahdollisuuksia. Lisäksi teknologian yhdistäminen robotiikkaan ja automaatioon voi entisestään parantaa tuotannon tehokkuutta ja tarkkuutta. Kuvassa 27 on esimerkkejä lasermuovauksella valmistetuista osista. (Total Materia, 2009)

Kuva 27. Lasermuovauksella muovattuja tuotteita (Total Materia, 2009)

Erilaisten materiaalien käyttö lasermuovauksessa

Lasermuovaus soveltuu laajasti erilaisille materiaaleille, kuten metalleille, muoveille ja keraameille. Tämä menetelmä on erityisen hyödyllinen metalleilla, joita on vaikea muotoilla mekaanisesti, sillä lasermuovausprosesseissa metallin ominaisuuksien heikkeneminen lämpökäsittelyn vaikutuksesta rajoittuu erittäin ohueen kerrokseen säteilytetystä pinnasta lyhyen vuorovaikutusajan vuoksi. Lisäksi lasermuovaus on erinomainen ratkaisu materiaaleille, jotka ovat herkkiä korkeille lämpötiloille, koska oikeilla prosessiparametreilla voidaan parantaa lasermuovattujen osien lämpövaikutusalueen mikrorakennetta. Muovien ja polymeerien muovauksessa lasermuovaus perustuu ns. lämpöpehmenemiseen, jolloin materiaali saadaan muovautumaan haluttuun muotoon, johon se kovettuessaan jää. (Total Materia, 2009)

 3.8 Kuumamuovaus

Kuumamuovaus tarkoittaa, että muovattava kappale kuumennetaan ennen muovausta, jolloin sen lujuus ja sitkeys eivät kärsi niin paljon kuin kylmämuovaamisessa. Kuumamuovausmenetelmiä ovat esimerkiksi kuumaprässäys, ekstruusio, kuumavalssaus, kuumaveto ja taonta. (Paisto Oy)

Tässä selvityksessä keskitytään lähinnä teräslevyjen kuumaprässäykseen (eng. hot stamping), joka tunnetaan Euroopassa myös nimellä press hardening ja Aasiassa nimellä kuumapuristus (eng. hot press forming). Kuumaprässäys on lämpömuovausprosessi, jossa teräslevyn muovaus ja metallurginen lämpökäsittely tapahtuvat samanaikaisesti prässäysprosessin aikana. Menetelmä kehitettiin alun perin 1970-luvulla karkaistujen maataloustyökalujen valmistukseen, mutta nykyään se on merkittävä teollinen prosessi kevyiden ja erittäin lujien auton korirakenteiden valmistuksessa. Pienempi polttoaineenkulutus ja ajoneuvojen turvallisuus ovat edistäneet ultralujien teräskomponenttien laajamittaista käyttöä, mikä on ollut mahdollista kuumamuovausprosessin kehittymisen myötä. (Macrodyne Technologies Inc., 2024)

Suorassa kuumaprässäyksessä teräslevy kuumennetaan 900 °C:n lämpötilaan, jolloin sen mikrorakenne muuttuu ferriittisestä austeniittiseksi. Teräs muovataan kuumana muotteihin prässäämällä, jonka jälkeen se jäähdytetään vedellä nopeasti, jolloin sen mikrorakenne muuttuu martensiitiksi. Nopealla muottiin karkaisulla saavutetaan tuotteen lopullinen lujuus, joka voi olla jopa 2000 MPa, riippuen käytetystä teräslaadusta ja jäähdytysnopeudesta. Joskus voidaan käyttää myös epäsuoraa kuumaprässäysprosessia, jolloin teräs muovataan, leikataan ja rei’itetään kylmänä ja vasta tämän jälkeen tehdään kuumennus ja nopea karkaisu muottiin halutun lujuuden saavuttamiseksi. (Macrodyne Technologies Inc., 2024; SSAB)

Kuumaprässäys vaatii ohjelmoitavan servohydraulisen puristimen (Kuva 29), jolla on nopeat liikenopeudet ja sen puristuspainetta sekä -asemaa on voitava hallita kuumamuovaus- ja jäähdytysprosessin aikana. Prässin lisälaitteisiin kuumaprässäysprosessissa kuuluu tyypillisesti rullauunilla tai pitouunilla varustettu metallilevyjen kuumennusjärjestelmä, materiaalinsiirtorobotit, muottien jäähdytysjärjestelmä sekä tuotteen viimeistely toiminnot (Kuva 28 ja Kuva 29).

Kuva 28. Suoran kuumaprässäysprosessin periaatekuva(Macrodyne Technologies Inc., 2024)

Kuva 29. Esimerkki kuumaprässäys linjastosta. Kuva(AP&T, 2024)

Hyödyt

Kuumamuovauksella voidaan valmistaa monimutkaisempia muotoja kuin kylmämuovauksella. Kuumaprässättyjen osien muottiin karkaisu mahdollistaa muovattavien osien keventämisen käyttämällä ohuempia materiaaleja menettämättä kuitenkaan lujuutta. Kuumaprässäys mahdollistaa myös UHSS-terästen muovauksen monimutkaisiin muotoihin. (SSAB) Muita kuumaprässäyksen etuja ovat:

  • Erittäin hyvä lopullisen muodon tarkkuus, vähäinen takaisinjousto
  • Vähemmän liitoksia hitsaamalla tai muilla kiinnitysmenetelmillä
  • Vähemmän muovausvirheitä, kuten halkeamia ja repeämiä
  • Pienempi muovausvoiman tarve verrattuna kylmämuovaukseen
  • Mahdollisuus räätälöidä materiaalin lujuusominaisuuksia vyöhykkeittäin yhdessä osassa
  • Mahdollisuus parantaa mikrorakenteen ominaisuuksia
  • Vähemmän työvaiheita (Macrodyne Technologies Inc., 2024)

Viimeisimmät innovaatiot

Kuumaprässäys on nykyään käytetty menetelmä muun muassa autoteollisuudessa, koska materiaalin muottiin karkaisu kuumentamisen jälkeen tarkoittaa osien korkeampaa lujuutta mikä mahdollistaa kevyempien osien valmistuksen ohuemmista materiaaleista. Tämä tarkoittaa autoalalla parempaa polttoainetaloutta sekä lujuuden kasvaessa myös parempaa matkustajaturvallisuutta. (Macrodyne Technologies Inc., 2024)

Kuumaprässäys toimii parhaiten, kun käytetään suurta lujuutta vaativien osien valmistuksessa ultralujia korkean karkenevuuden omaavia teräslaatuja, kuten vähähiilisiä booriteräksiä. Tällaisten lujien kuumamuovattavien terästen käyttökohteita autoteollisuudessa ovat henkilöautojen hyvän törmäyskestävyyden vaativat korinosat, kuten pilarit, puskurit, ovipalkit ja kattokaiteet (Kuva 30). (SSAB; Macrodyne Technologies Inc., 2024)

Kuva 30. Esimerkkejä kuumaprässäämällä valmistettavista auton rungon osista (Kuvaa muokattu, alkuperäinen kuva(Adobe Stock))

Erilaisten materiaalien käyttö ko. menetelmässä

Kuumamuovauksessa käytettävien materiaalien valinta perustuu niiden kykyyn muuttua mikrorakenteeltaan muottiin karkaisun aikana, sillä muovattavan osan lopulliset mekaaniset ominaisuudet määrää osavalmistaja eikä terästehdas (SSAB). Autoteollisuudessa käytettäviä teräksiä ja niiden standardeja on käsitelty laajemmin kohdassa 7.2. Booriteräkset (Taulukko 3), kuten 22MnB5, ovat suosituimpia, koska boorin lisääminen hiiliteräksiin edistää faasimuutosta martensiitiksi, kun se jäähdytetään nopeasti. Tämä johtaa erittäin korkeaan lujuuteen (jopa 1500 MPa), jonka ansiosta ne ovat erityisen käyttökelpoisia kevyiden mutta vahvojen rakenteiden luomisessa. Viime aikoina on kehitetty myös korkeamman hiilipitoisuuden teräksiä, joiden lujuus voi ylittää 2000 MPa. (Macrodyne Technologies Inc., 2024) Ongelmaksi pinnoittamattomille teräksille kuumaprässäyksessä voi muodostua korkean lämpötilan vuoksi levynpintaan muodostuva hilse, jonka vuoksi on käytettävä suojakaasua. Hilseilyn vähentämiseksi levyt voidaan myös pinnoittaa Al-Si-pinnoitteella. (Macrodyne Technologies Inc., 2024; Korhonen;ym., 2012)

Taulukko 3. Esimerkkejä kuumamuovauksessa käytettävistä ohutlevy materiaaleista (Macrodyne Technologies Inc., 2024)

MateriaaliLaatuLujuus
Booriseosteinen teräs, 0,22% C22MnB51500 MPa
Booriseosteinen teräs, 0,30% C30MnB51800 MPa
Booriseosteinen teräs, 0,37% C37MnB52000 MPa
Alumiiniseos, 6000-sarja6061-T6300 MPa
Alumiiniseos, 7000-sarja7075-T76500 MPa
MagnesiumseosAZ31B-H300 MPa
TitaaniseosTi-6Al-4V900 MPa
Kupari-nikkeliseosC71500500 MPa

Kaikki metallit eivät saavuta suurta lujuutta kuumaprässäysprosessissa. Esimerkiksi ei-rautametallien, kuten alumiinin ja magnesiumin kuumentamisella voidaan parantaa muovattavuutta, mutta niiden kovuus ei lisäänny karkaisussa yhtä merkittävästi kuin booriteräksissä. Näitä materiaaleja voidaan kuitenkin hyödyntää monimutkaisissa muodoissa, joissa takaisin jousto ja virheet halutaan minimoida. (Macrodyne Technologies Inc., 2024)

3.9 Suurnopeusmuovaus

Suurnopeusmuovaukseksi kutsutaan tyypillisesti muovausta, jossa materiaalin muodonmuutosnopeus ylittää tietyn kynnysarvon, jolloin muovattavuus voi parantua selvästi verrattuna hitaaseen muodonmuutokseen. Suurnopeusmuovauksessa materiaali vastustaa tehokkaasti kuroutumista eli muodonmuutoksen paikallistumista ja murtumista. Suurnopeusmuovauksen kynnysarvo riippuu materiaalista ja on tyypillisesti suuruusluokkaa 10³–10⁴ s⁻¹ (suhteellinen venymä aikayksikössä). Ilmiö voidaan selittää muodonmuutosmekanismin muutoksella, esimerkiksi kaksosten muodostumisella, dislokaatioiden liikkeen vastustamisella sekä ns. ”voidien” kasvulla. (Avrillaud;ym., 2021)

Sähköenergian käyttöön perustuvia suurnopeusmuovausmenetelmiä ovat esimerkiksi sähköimpulssimuovaus ja magneetti-impulssimuovaus. Lisäksi suurnopeusmuovausmenetelmiin kuuluu räjäytysmuovaus, jossa muovaus tapahtuu räjähdyksen paineaallon avulla.

Räjäytysmuovaus

Räjäytysmuovaus (engl. explosive forming) on tiedettävästi vanhin suurnopeusmuovausmenetelmä. Vuonna 1888 Charles Monroe teki ensimmäisen kokeen, jossa käytettiin räjähdettä metallilevyn muovaamiseen. Tämän jälkeen räjähteitä alettiin hyödyntää myös yksityiskohtien kohokuviointiin, mikä synnytti ajatuksen räjäytysmuovauksesta. Varhaiset kokeet olivat kuitenkin hyvin alkeellisia, niissä stensiili asetettiin räjähteen ja metallilevyn väliin, jolloin räjähdys siirsi kuvion metallilevyyn. Näitä yksittäisiä ja harvinaisia sovelluksia lukuun ottamatta räjähdysmuovausta käytettiin vain vähän 1950-luvun puoliväliin saakka. Vasta avaruusteknologia-ajan koittaessa tämä valmistusmenetelmä alkoi todella kehittyä. (Soulié, 2021)

Räjähdysmuovaus on valmistustekniikka, jossa hyödynnetään räjähdysenergiaa metallin muotoiluun. Lävistimen tai puristimen sijasta muovaus tapahtuu räjähdyksen avulla, joka yleensä toteutetaan veden alla tai suorassa kosketuksessa aihion kanssa. Räjähdyksessä vapautuva energia luo erittäin korkean ja lyhytkestoisen paineen, jopa 250 000 bar. Paineaallon seurauksesta aihio muovautuu noin 100–300 m/s nopeudella muottia vasten. (Penttilä, 1997; Soulié, 2021) Prosessin onnistumiseksi on tärkeää määrittää tarkasti käytettävän räjähteen määrä. Tyypillisiä räjähteitä ovat esimerkiksi trinitrotolueeni (TNT), asetyleenin ja hapen seos tai nitroglyseriini. (Soulié, 2021; Doherty, 1996)

Vaikka menetelmä saattaa kuulostaa monimutkaiselta, sen periaate on yksinkertainen. Ensiksi valmistetaan muotti, joka vastaa haluttua tuotteen muotoa. Metallilevyaihio asetetaan ja kiinnitetään muotin päälle. Muotin ja aihion välinen tila imetään vakuumiin tai varustetaan muotti ilmanpoistokanavilla. Tämä kokoonpano upotetaan vesisäiliöön, eli ”räjähdyssäiliöön”. Räjähdysaine sijoitetaan metallilevyn yläpuolelle tai sen välittömään läheisyyteen. Kun räjähde laukaistaan, syntyvä paine pakottaa metallilevyn muottia vasten, muodostaen lopullisen tuotteen (Kuva 31). (Penttilä, 1997; Soulié, 2021)

Kuva 31. Räjäytysmuovauksen vaiheet (Soulié, 2021)

Hyödyt

Räjähdysmuovauksella on useita etuja. Sen avulla voidaan valmistaa lähes minkä tahansa muotoisia ja kokoisia osia ilman raskaita laitteistoja tai suuria koneita. Prosessissa tarvittavat työkalut ovat yksinkertaisia ja kevyitä, ja ne koostuvat pääasiassa muotista, joka ei vaadi erityistä perustaa tai kiinteitä koneita.

Räjäytysmuovaus on myös kustannustehokas menetelmä. Suuria investointeja puristimiin tai monimutkaisiin työkaluihin ei tarvita, ja muotit voidaan valmistaa edullisista materiaaleista, kuten epoksista, puusta, muovista, lujitemuovista, pallografiittivaluraudasta, lasikuidusta tai betonista. Lisäksi räjähteet, joita käytetään energialähteenä, ovat paitsi tehokkaita myös suhteellisen halpoja verrattuna muihin energianlähteisiin. Prosessilla on kuitenkin rajoituksensa. Räjähdysmuovaus ei ole taloudellisesti kannattavaa suurten sarjojen valmistuksessa, koska se soveltuu parhaiten yksittäisten kappaleiden ja prototyyppien valmistukseen. (Soulié, 2021)

Viimeisimmät innovaatiot

Räjähdysmuovausta voidaan hyödyntää monenlaisten osien valmistuksessa, joiden koko voi vaihdella n. 10 cm:stä jopa 4,5 metriin. Teknisesti prosessilla ei ole merkittäviä rajoituksia, mutta käytännössä tuotannon skaalautuvuutta rajoittavat räjähdyksen vaikutukset ja käytettävissä olevan säiliön koko. Tämä joustavuus tekee räjähdysmuovauksesta erityisen käyttökelpoisen monimutkaisten ja suurikokoisten komponenttien valmistuksessa. (Doherty, 1996; Soulié, 2021)

Menetelmää on perinteisesti käytetty erityisesti ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, jossa se soveltuu erinomaisesti monimutkaisten ja kaarevien osien prototyyppien valmistukseen. Räjähdysmuovaus sopii hyvin myös pienimuotoisiin tuotantoeriin ja ainutkertaisten osien valmistamiseen. (Soulié, 2021)

Räjähdysmuovaus alkoi saavuttaa suosiota 1950-luvun puolivälissä, kun Yhdysvalloissa ilmailualan yritykset alkoivat hyödyntää sitä monimutkaisten kaarevien lentokoneteollisuuden komponenttien valmistukseen. Menetelmä oli erityisen tärkeä ohjuskomponenttien tuotannossa, esimerkiksi rakettien kärkikartioiden ja ohjusten kaarevien kupujen valmistuksessa. (Soulié, 2021)

Räjähdysmuovaus ei kuitenkaan rajoitu pelkästään ilmailuun. Sitä on sovellettu myös arkkitehtuurissa ainutlaatuisten rakenteiden toteuttamiseen. Menetelmällä voidaan valmistaa suuria, monimutkaisesti muotoiltuja metallipaneeleja, jotka säilyttävät erinomaiset mekaaniset ominaisuutensa. Tämä tekee siitä ihanteellisen ratkaisun projekteihin, joissa tarvitaan sekä esteettisiä että rakenteellisia ominaisuuksia. (Soulié, 2021)

Erilaisten materiaalien käyttö ko. menetelmässä

Räjäytysmuovaukseen soveltuvat erityisesti materiaalit, joilla on hyvä muovattavuus ja kyky kestää suuria dynaamisia voimia ilman murtumista. Näitä ominaisuuksia omaavat metallimateriaalit, jotka pystyvät mukautumaan korkeisiin paineisiin ja nopeisiin muodonmuutoksiin. Hyvin räjäytysmuovaukseen soveltuvia materiaaleja ovat:

  • Alumiini ja sen seokset
    • Hyvä muovattavuus ja keveys.
    • Käytetään laajasti ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, joissa tarvitaan kevyitä mutta kestäviä komponentteja.
  • Ruostumattomat teräkset
    • Korkea lujuus ja korroosionkestävyys.
    • Soveltuu tarkkuutta vaativiin sovelluksiin, kuten lääketeollisuuden ja energia-alan osiin.
  • Magnesium ja sen seokset
    • Erittäin kevyt materiaali, jolla on hyvä muovattavuus.
    • Käytetään esimerkiksi autoteollisuudessa keventämään rakenteita.
  • Titaani ja sen seokset
    • Korkea lujuus-painosuhde ja hyvä korroosionkestävyys.
    • Soveltuu erityisesti ilmailu-, lääketiede- ja sotilasteollisuuteen.
  • Kupari ja sen seokset (kuten messinki ja pronssi)
    • Erinomainen sähkön- ja lämmönjohtokyky.
    • Käytetään sähkö- ja elektroniikkakomponenteissa sekä koristeellisissa sovelluksissa.
  • Tulenkestävät metallit (kuten molybdeeni ja volframi)
    • Kestävät erittäin korkeita lämpötiloja ja kuormituksia.
    • Käytetään vaativissa olosuhteissa, kuten rakettimoottoreissa ja energiateollisuudessa.
  • Erikoisseokset
    • Stelliitti: Käytetään kulutusta ja kuumuutta kestäviin komponentteihin.
    • Rauta-nikkeli- ja kromi-nikkeli-seokset: Hyvä yhdistelmä lujuutta ja korroosionkestävyyttä.
    • Nikkeli-kupari- ja koboltti-rautaseokset: Soveltuvat meri- ja kemianteollisuuteen.

Hiiliteräksiä ja niukkaseosteisia teräksiä käytetään harvemmin, sillä niiden muovattavuus on heikko dynaamisissa olosuhteissa. Tämä rajoittaa niiden käyttöä erityisesti tilanteissa, joissa tarvitaan suurta materiaalin venyvyyttä. (Soulié, 2021)

Sähköimpulssimuovaus

Toinen räjäytysmuovauksen kaltainen suurnopeusmuovausmenetelmä on sähköimpulssimuovaus (engl. electrohydraulic forming, EHF), jossa räjähdys on korvattu sähköpurkauksella veteen tai muuhun nesteeseen. Kondensaattoriin varattu sähköenergia puretaan elektrodien välissä, jolloin sähköpurkaus aiheuttaa nesteessä erittäin korkean paineaallon, joka puolestaan saa nesteen muovaamaan aihion yksipuolista muottia vasten. Sähköpurkauksessa voidaan myös käyttää apuna elektrodien välistä johdelankaa, joka höyrystyy purkauksessa. Johdelangan avulla iskuaalto voidaan kohdistaa ja suunnata langan muodolla ja sijoittelulla. (Penttilä, 1997; Mäki-Mantila, 2019) 

Sähköimpulssimuovauslaitteistoon kuuluu impulssivirtayksikkö sekä muovausyksikkö. Impulssivirtayksikkö sisältää suurjännitemuuntajan, tasasuuntaajan, kondensaattoripaketin, johtimet ja purkauskytkimen. Muovausyksikköön kuuluu puristin, muovauskammio, vedensyöttölaite ja mahdollinen alipainejärjestelmä sekä muovattavan tuotteen mukaan vaihtuva muotti, joka toimii muovaustyökaluna (Kuva 32). (Penttilä, 1997; Mäki-Mantila, 2019)

Kuva 32. Sähköimpulssimuovauksen periaate (Penttilä, 1997)

Hyödyt

Sähköimpulssimuovauksella on useita etuja perinteisiin muovausmenetelmiin nähden:

  • Menetelmä soveltuu hyvin myös pienille sarjoille ja jopa yksittäiskappaleille.
  • Erittäin nopean muovauksen ansiosta ainetta voidaan muovata yhdessä työvaiheessa ilman lämpökäsittelyä huomattavasti enemmän kuin hitailla menetelmillä (esim. syväveto).
  • Menetelmä sallii muotoja, jotka muilla menetelmillä olisivat mahdottomia valmistaa.
  • Takaisinjousto on erittäin vähäistä, joten päästään parempaan muototarkkuuteen. Tavallisesti saavutetaan toleranssitaso IT 9.
  • Tarvitaan vain yksipuolinen ja tavallisesti rakenteeltaan yksinkertainen muotti, joten pääomakustannukset ja läpäisyajat pienenevät. Samaa työkalua voidaan myös käyttää eripaksuisille levyaihioille. Kappaleen pinta ei vahingoitu toiselta puolen.
  • Muovattavat protokappaleet voidaan valmistaa nopeasti ja edullisesti, joten kynnys kokeilujen ja valmistuksen välillä on vähäinen.
  • Muovaukseen voidaan liittää myös muita työvaiheita, kuten lävistystä, rajausta ja kaulustamista.
  • Vähäisempi rypyttyminen
  • Voitelun tarve vähenee tai poistuu
  • Prototyyppikappaleiden edullinen ja nopea valmistus
  • Tarkka säädettävyys ja hyvä toistotarkkuus
  • Yksinkertaiset työkalut (Penttilä, 1997; Mäki-Mantila, 2019)

Viimeisimmät innovaatiot

Ranskalainen Bmax (Bmax, 2025) valmistaa sähköimpulssimuovauslaitteita. Prosessin avulla voidaan muovata jopa muutaman neliömetrin kokoisia kappaleita. Elektrodirivistö voidaan sijoittaa suuren työkappaleen päälle, jolloin paine jakautuu tuotteen topologian mukaisesti. Samalla voidaan edelleen käyttää yksipuolista muottia monimutkaisten muotojen ja hienojen yksityiskohtien luomiseen.

Erilaisten materiaalien käyttö ko. menetelmässä

Sähköimpulssimuovaus sopii laajalle materiaalivalikoimalle, myös ongelmallisten materiaalien muovaus helpottuu. (Mäki-Mantila, 2019). Bmaxin (Bmax, 2025) mukaan alumiinia voidaan muovata aina 1,2 mm:n paksuuteen saakka ja kaikkia muita materiaaleja vaihtelevasti ominaisuuksien mukaan.

Magneetti-impulssimuovaus

Magneetti-impulssimuovauksessa (engl. electromagnetic forming) kondensaattorin varaus puretaan käämin läpi, jolloin työkappaleen pintaan indusoituu pyörrevirtoja. Käämin ja aihion magneettikentät ovat vastakkaissuuntaiset ja hylkivät toisiaan, joten aihio työntyy käämistä poispäin muottia vastaan (Kuva 33). Laitteistoon kuuluu kondensaattoriparisto lataus- ja purkauslaitteineen, työkaluna toimiva käämi ja usein myös muotti. Muovauksen tärkein edellytys on aihiomateriaalin hyvä sähkönjohtavuus. Mitä parempi on aihion sähkönjohtavuus, sitä pienempi on magneettikentän tunkeutumissyvyys ja sitä parempi on muovauksen hyötysuhde. (Penttilä, 1997)

Kuva 33. Magneetti-impulssimuovauksen periaate (Penttilä, 1997)

Energiahyötysuhteen kannalta aihion ja käämin pintojen pitää olla mahdollisimman lähellä toisiaan. Tästä syystä yksittäis- ja piensarjavalmistuksessa käytetään yleisesti muovauksessa särkyviä yksinkertaisia kertakäämejä. Toisaalta kestokäämien monikäyttöisyyttä voidaan lisätä sähköä hyvin johtavasta aineesta tehdyillä kentänmuokkaajilla, jotka muotoillaan siten, että magneettikenttä saadaan haluttuun muotoiseksi.

Tyypillisiä magneetti-impulssimuovauksen sovelluskohteita ovat eri materiaaleista tai eri ainepaksuuksista koostuvien osien kokoonpanot (Kuva 34) ja kaasutiiviit liitokset, esim. auton bensiinipumppu ja öljynsuodatin, nivelakseli (putken liittäminen niveleen), putkisulake ja suurjännite-eristin (metallipäädyn liittäminen keraamieristeeseen). (Penttilä, 1997)

Kuva 34. Putken liittäminen levyyn magneetti-impulssimuovaamalla, 1=putki, 2=laippalevy, 3=käämi (Penttilä, 1997)

Laitteisto koostuu sähköenergian varaus- ja purkausyksiköstä, syöttökaapeleista, induktiokelasta, muotista ja muotinsulkulaitteistosta. Energiamäärältään laitteistot ovat 6–40 kJ ja taajuusalueeltaan 20–60 kHz. Tyypillisen laitteiston magneettikenttä vaikuttaa kappaleeseen enimmillään 340 MPa paineella. (Mäki-Mantila, 2019)

Kuva 35 nähdään VTT:llä ollut laitteisto, jossa vasemmalla ohjaus- ja säätöyksikkö, keskellä muotinsulkukammio sekä oikealla suurjänniteyksikkö. Laite soveltui sekä sähköimpulssimuovaukseen, että magneetti-impulssimuovaukseen.

Kuva 35. VTT:n sähkö- ja magneetti-impulssimuovauslaite (Penttilä, 1997)

Sittemmin laitteisto siirrettiin Tornioon vuoden 2003 lopussa ja asennettiin Jaloterässtudio-hankkeessa rakennetun prototehtaaseen, mutta 2010-luvulla laite poistettiin käytöstä siihen liittyvien turvallisuus- ym. puutteiden vuoksi.

Tutkimuslaitoksista esim. ranskalainen Innovaltech kehittää magneetti-impulssimuovausta tällä hetkellä.  (Innovaltech, 2025). Kuva 36 nähdään Innovaltechin  magneetti-impulssimuovauslaitteisto.

Kuva 36. Innovaltechin magneetti-impulssimuovauslaitteisto (Innovaltech, 2025)

Hyödyt ja haitat

Magneetti-impulssimuovauksen etuja ovat: (Penttilä, 1997; Mäki-Mantila, 2001)

  • Nopea menetelmä: muovausnopeus on jopa 300 m/s, joten takaisinjousto on lähes olematonta.
  • Tarkka säädettävyys ja hyvä toistotarkkuus.
  • Ei vahingoita työkappaleen pintaa.
  • Ei haitallista lämpövaikutusta.
  • Ei tarvita voitelua.
  • Tarkka säädettävyys ja toistotarkkuus.
  • Prosessi on tuotekohtaisesti helposti muunneltavissa ja automatisoitavissa.
  • Liittäminen mahdollista samassa työvaiheessa, liitokset lujia ja jopa paineenkestäviä.
  • Leikkaus, lävistys ja muovaus toteutettavissa samassa työvaiheessa.
  • Voidaan muovata valmiiksi pinnoitettuja kappaleita.
  • Voidaan muovata kappaleita, joihin ei päästä mekaanisesti lainkaan käsiksi (esim. eristeen sisällä tai suojapakkauksessa olevat metalliosat).

Magneetti-impulssimuovaukset haittoja ovat: (Mäki-Mantila, 2019)

  • Teollinen käyttö vähäistä
  • Oltava lujarakenteinen laitteisto, keloihin kohdistuvat samat rasitukset kuin aihioon.
  • Ei sovellu ruostumattomalle teräkselle ilman erikoisjärjestelyjä.

Viimeisimmät innovaatiot

Magneetti-impulssimuovauslaitteistojen valmistajia löytyy muutamia. Esim. saksalainen PST-Products on omien sanojensa mukaan markkina- ja teknologiajohtaja EMPT-konelaitteistojen alalla tuotekohtaisessa teollisessa valmistuksessa. Sähkömagneettinen impulssiteknologia (EMPT) tarjoaa merkittäviä teknisiä ja taloudellisia etuja verrattuna tunnettuihin perinteisiin menetelmiin. Heidän mukaansa PST-Products on ensimmäinen yritys maailmassa, joka tarjoaa EMPT-konelaitteistoja, jotka täyttävät teollisen massatuotannon vaatimukset. (PSTproducts, 2025)

PST-Produtsin järjestelmä tuottaa muutaman mikrosekunnin kestoisia virranpulsseja, joiden amplitudi on useita satoja kiloampeereja. Kondensaattorien lataamiseen tarvittava verkosta otettava teho on kuitenkin varsin pieni. Latausjakson aikana (3–8 sekuntia) energiankulutus on vähäinen. Sähkön kustannus pulssia kohden PS64-16 (64 kJ) -järjestelmällä on vain 0,0015 €. (PSTproducts, 2025)

Magneetti-impulssilaitteistoja valmistavat myös mm. ranskalainen Bmax, joka on osa yhdysvaltalaista I-Pulse Inc. yritystä (Bmax, 2025) sekä yhdysvaltalainen Elmag (ELMAG, 2025).

Innovaltechin mukaan myös ei-magneettisia metalleja (kuten alumiinia ja kuparia) voidaan muovata, koska kappaleisiin indusoituvat pyörrevirrat ovat vain hetkellisiä (yksi pulssi). Heidän mukaansa teknologia on merkittävä läpimurto, joka mahdollistaa aiemmin mahdottomina pidettyjen kokoonpanojen tai muotojen valmistuksen puhtaasti, vakaasti, erittäin tehokkaasti ja edullisesti. (Innovaltech, 2025)

Saksalaisessa Fraunhofer-Instituutissa tutkitaan magneetti-impulssimuovausta (Fraunhofer, 2025). Heidän tutkimuksensa kattaa muotoilun, liittämisen ja leikkauksen sähköä johtavista materiaaleista valmistetuille levylle ja profiileille.

Kanadalainen University of Waterloo (University-of-Waterloo, 2025) tutkii myös magneetti-impulssimuovausta. Heidän tutkimuksensa keskittyy erityisesti alumiinin ja muiden matalan muovattavuuden materiaalien muovaamiseen autoteollisuuden sovelluksia varten.

Belgialainen Welding Institute (BWI, 2025) on tehnyt niin ikään tutkimusta magneetti-impulssimuovaukseen liittyen.

Erilaisten materiaalien käyttö ko. menetelmässä

Menetelmä soveltuu metalleille, joiden resistiivisyys on 0,15 Ωmm²/m tai vähemmän. Austeniittisen ruostumattoman teräksen resistiivisyys on 0,70–0,85 Ωmm²/m, joten magneettikenttä ei vaikuta materiaaliin tehokkaasti. Tätä on pyritty ratkaisemaan sijoittamalla aihion eteen hyvin sähkönjohtavia aineita, kuten kuparia. (Mäki-Mantila, 2019)

Bmaxin mukaan nykyisen magneetti-impulssiteknologian avulla voidaan muovata mm. alumiinia 3,5 mm paksuuteen, ruostumattomia teräksiä 1,6 mm paksuuteen, koboltti/nikkeliseoksia 1,6 mm paksuuteen saakka. (Bmax, 2025)

Kuten edellä mainittiin, uusinta teknologiaa hyödyntäen, myös ei-magneettisten materiaalien muovaus voi olla mahdollista. (Innovaltech, 2025).

3.10 Putkentaivutus

Putkentaivutus on mekaaninen menetelmä, jossa suoraan putkeen muovataan taivutuksia ja kaaria pitäen putken sisä- ja ulkopuolinen muoto mahdollisimman lähellä alkuperäistä. Putkentaivutuksessa käytetään useita menetelmiä, joista yleisimpiä ovat puristustaivutus, kiertotaivutus, tuurnataivutus ja rullataivutusta (IQS Directory, 2025; Ercoset Oy, 2025).

Puristustaivutuksessa putkea taivutetaan painamalla sitä sylinteriin kiinnitetyn kaarevan lestin avulla tukirullia vasten. Lestin muoto, mitoitus ja iskun pituus määrittävät putken lopullisen muodon taivuttamisen jälkeen. Puristustaivutus on nopea tapa tehdä symmetrisiä osia, eikä se vaadi voitelua tai puhdistusta. Pienten taivutussäteiden tekeminen menetelmällä on vaikeaa, eikä taivutuksessa käytetä tukena putken sisäpuolelle tulevaa tuurnaa, mikä voi aiheuttaa taivutettavan putken sisäkaarteeseen rypyttymistä ja putken halkaisijan profiili muuttumista ovaaliksi. Menetelmä soveltuu ainoastaan erittäin paksuseinämäisille putkille, kun taivutuksilta ei vaadita kovin suurta tarkkuuta ja putkeen syntyvät, ei toivotut muodonmuutokset voidaan sallia. Etuna menetelmälle on laitteiden hyvä saatavuus ja matala hankintakustannus. Menetelmän periaate esitetty Kuva 37 (IQS Directory, 2025; Ercoset Oy, 2025).

Kuva 37. Puristustaivutuksen periaatekuva (IQS Directory, 2025).

Kiertotaivutus on kustannustehokkaampi kuin tuurnataivutus. Taivutukseen vaadittava laitteisto on huomattavasti yksinkertaisempi kuin tuurnataivutuksessa. Kiertotaivutusta voidaan tehdä koneellisesti tai manuaalisesti käsin käytettävällä työkalulla ja sillä voidaan taivuttaa vain pyöreäprofiilisia putkia. Kiertotaivutuksessa ei käytetä putken sisäpuolelle laitettavaa tuurnaa, joka tukee putken profiilia ja pitää sen muodossaan läpi taivutuksen. Tämän vuoksi menetelmällä voi syntyä herkästi tasoittumaa lestistä poispäin olevalle putken seinämälle. Menetelmä ei myöskään sovi pienen keskilinjansäteen taivutusten tekemiseen. Jos taivutettava keskilinjasäde on liian pieni voi putkeen syntyä halkeamia tai nurjahduksia.  Taivutusmenetelmän periaate esitetty Kuva 38. Kiertotaivutuksen periaatekuva. (IQS Directory, 2025) (Ercoset Oy, 2025; IQS Directory, 2025).

Kuva 38. Kiertotaivutuksen periaatekuva. (IQS Directory, 2025)

Tuurnataivutus eli kiertotaivutus vetämällä putken sisäpuolista tuurnaa apuna käyttäen, soveltuu hyvin tuotteille, joilta vaaditaan taivutuskulman ja keskilinjan mittatarkkuutta läpi taivutuksen sekä halkaisijan profiilin mittatarkkuutta. Tuurnataivutuksessa käytetään putken sisäpuolelle laitettavaa tuurnaa, jolla minimoidaan taivutuksessa putken poikkileikkausprofiiliin mahdollisesti syntyvä ovaalius ja taivutuksen sisäsyrjän rypyttyminen (IQS Directory, 2025).

Tuurnataivutuskoneissa on varsinaisen taivutuspään lisäksi koneeseen liitetty pituuskelkka, jonka päällä kulkevan pakan tai holkki-istukan läpi kulkee putken sisäpuolta tukeva tuurna. Putki taivutetaan kiertotaivutuksena taivutuslestin ja tukilestin avulla. Putken ulkosyrjää tuetaan tukilestillä ja sisäsyrjän rypyttymistä voidaan ehkäistä niin sanotulla silitysluistilla tai pyyhkimellä. Tuurnataivutuskone esitetty Kuva 39 ja menetelmän periaate Kuva 40. (Ercoset Oy, 2025)

Kuva 39. Tuurnataivutuskone Jutec 4800. (Ercoset Oy, 2025)

Kuva 40. Tuurnataivutuksen periaatekuva. (Summanen Oy, 2021)

Tuurnataivutus on erittäin tarkka tapa taivuttaa putkia ja nykyaikasilla CNC-koneilla voidaan tehdä erittäin tiukkoja taivutuksia, joiden taivutussäde voi olla jopa 1 x putken halkaisija (D) tai alle sen. Normaali taivutussäde tällä taivutus menetelmällä on 2 x D ja sopii erinomaisesti myös ohutseinämäisille putkille ja ruostumattomalle ja haponkestävälle putkelle. Menetelmää käytetään yleisesti esimerkiksi toisiinsa liitettävien putkien taivuttamiseen, instrumenttiputkissa, kaideputkissa sekä auto- ja ilmailuteollisuuden komponenttien valmistuksessa. Menetelmällä voidaan taivuttaa myös profiililtaan neliön, suorakaiteen tai ovaalin muotoisia putkia. (Ercoset Oy, 2025; IQS Directory, 2025) 

Rullataivutus soveltuu hyvin käytettäväksi, kun halutaan tehdä putkentaivuttamista isolla säteellä tai jos halutaan tehdä spiraalimaisia taivutuksia. Menetelmässä putkea mankeloidaan kahden paikallaan olevan ja yhden syvyys suunnassa säädettävän rullan välissä. Rullat mukailevat putken halkaisijaa ja haluttu säde saavutetaan asteittain liikuttamalla säädettävää rullaa ja mankeloimalla putkea edestakaisin rullien välissä. Menetelmän periaate esitetty Kuva 41 (Ercoset Oy, 2025; IQS Directory, 2025).

Kuva 41. Rullataivutuksen periaatekuva. (IQS Directory, 2025)

Hyödyt

Putken taivutuksen hyödyt ovat:

  • Lopputuotteen ja profiilin mitta- ja muototarkkuus, menetelmän mukaan
  • Ajan ja rahan säästö
    • Vähentää manuaalista työtä
    • Vähentää materiaalihukkaa
    • Parempi tarkkuus
  • Monipuolisuus
    • Moninaiset profiilit, kulmat ja mitat
    • Monipuoliset materiaalivaihtoehdot, mm.:
      • Teräs, ruostumaton teräs, alumiini messinki ja kupari (Pipe Processing Technical Institute, 2025)

Viimeisimmät innovaatiot

Viimeisimmät innovaatiot putkentaivutuksen saralla on tehty taivutuskoneiden ohjauksen sähköistymisessä, taivutusprosessin simulaatiossa ja energiatehokkuuden parantumisena. Innovaatioilla pyritään vastaamaan eri teollisuuden alojen kuten auto- ja ilmailuteollisuuden tarkkuus ja laatuvaatimusten tiukentumiseen sekä valtioiden tiukentuviin hiilidioksidipäästö vaatimuksiin (VLB Group, 2023).

Monimutkaistuvat tuotteet ja kokoonpanot sekä uudet materiaalit vaativat putkentaivutuskoneilta jatkuvasti parantuvaa tarkkuutta ja taivutusprosessin simulointia, jotta lopputuotteen toleranssi- ja laatuvaatimukset pystytään täyttämään. Tämän vuoksi taivutuskoneista tulee enenevissä määrin CNC-ohjattuja. CNC-ohjaus mahdollistaa korkean automaation tason ja eri prosessien integraation kuten putken taivutuksen ja laserleikkauksen, jolloin ns. yhdellä linjalla pystytään valmistamaan hyvin pitkälle jalostettuja putkituotteita. Sähköistyvä koneiden ohjaus mahdollistaa myös Industry 4.0 -mukaisen koneen tarkan seurannan ja datan keräämisen, jolloin pystytään mittaamaan koneen käyttöastetta, ennakoimaan huoltoja ja tekemään kerätyllä datalla perusteltuja optimointeja taivutusprosessiin (JQ Laser, 2025; VLB Group, 2023).

Putkentaivutuksen simulointiin on kehitetty ohjelmistoja, joilla suunnittelija pystyy visualisoimaan taivutus prosessin ja tunnistamaan siitä mahdollisia ongelmakohtia. VLB Group tarjoaa taivutuskoneen ohjaukseen integroitua VLB 3D- prosessisimulaatiota, jolloin itse taivutusprosessi voidaan simuloida suoraan koneen ohjauksessa. Yksityiskohtaisempaan ja tarkempaan materiaalin käyttäytymisen simulointiin on tarjolla esimerkiksi AutoForm Tube -ohjelmisto. Nykyaikaiset materiaalien yleistyessä käytössä ja tuotannon tehostamiseksi on taivutusprosessin simulointi ennakkoon tärkeää, jotta voidaan parantaa tuottavuutta, ennustaa materiaalin käyttäytymistä ja vähentää hukkaa (AutoForm Engineering GmbH, 2025; VLB Group, 2023).

Ekologisen kestävyyden kannalta putkentaivutuskoneissa on alettu siirtyä energiatehokkaampiin ratkaisuihin. Servokäyttöiset taivutus koneet ja hybridiratkaisut, joissa yhdistetään servotekniikkaa ja optimoituja hydrauliikka järjestelmiä mahdollistavat taivutusprosessin pienemmän energiankulutuksen. Edellä mainitut kehitysaskeleet mahdollistavat osaltaan ympäristötavoitteiden täyttämisen ja pienentää valmistusprosessin kustannuksia (VLB Group, 2023).

Erilaisten materiaalien käyttö ko. menetelmässä

Putkentaivutuksessa voidaan käyttää monia materiaaleja, kuten esimerkiksi alumiinia, terästä, ruostumatonta terästä, kuparia ja titaania. Mitä helpommin muovautuvaa valittu materiaali on, sitä paremmin se soveltuu putkentaivutukseen. Valittu materiaali vaikuttaa siihen millaisia taivutuksia putkeen voidaan tehdä. Tuotteen suunnittelussa on otettava huomioon materiaalin vaikutus taivutuksen säteeseen. Mitä venyvämpää materiaali on, sitä tiukempia säteitä voidaan taivuttaa. Vastaavasti lujempien ja kovempien materiaalien taivutuksessa on käytettävä isompia taivutussäteitä (Xometry, 2022).

4 Muovauksessa käytettävät työkalut

Ohutlevyosien valmistuksessa muovaustyökalut eli muotit ovat ratkaisevassa asemassa. Niiden avulla työnkappaleen lopullinen geometria saavutetaan usein yhdellä tai useammalla muovausvaiheella. Muovaustyökalut voidaan jakaa useisiin tyyppeihin niiden toiminnan ja rakenteen perusteella. Näitä ovat:

  • Yksittäiset muotit (single dies), jotka soveltuvat suurikokoisiin osiin kuten autoteollisuuden koripaneeleihin
  • Siirtotyökalut (transfer dies), joita käytetään keskikokoisten osien massatuotantoon yhdellä alustan päällä ollessa useita leikkaus- ja muovausvaiheita
  • Progressiiviset muotit sekä yhdistelmämuotit (Schuler, 1998)

Siirtotyökalut ovat monivaiheisia muovaustyökaluja, joissa työkappale siirtyy automaattisesti asemalta toiselle yhden puristimen sisällä. Jokaisessa asemassa suoritetaan eri muovausvaihe, kuten leikkaus, taivutus tai syväveto. Toisin kuin progressiivisissa työkaluissa, työkappale ei ole kiinni nauhassa, vaan sitä siirretään erillisellä siirtomekanismilla. Tämä mahdollistaa suurikokoisten ja monimutkaisten osien valmistuksen tehokkaasti. Siirtotyökalut ovat erityisen hyödyllisiä syvävedossa, jossa tarvitaan useita muovausvaiheita repeämien estämiseksi. (Ahlu Engineer, 2025)

Progressiivisissa muoteissa osat leikataan vaiheittain metallinauhassa, mikä soveltuu erityisesti pienille osille. Yhdistelmämuoteissa (compound dies) leikkaus ja muovaus tapahtuu samassa prosessissa. Erikoismuotteja käytetään esim. pulttien ja muttereiden kiinnitykseen muovauksen yhteydessä.

Seuraavassa keskeisiä näkökohtia suunnittelusta, valmistuksesta, materiaaleista sekä nykyaikaisista menetelmistä. (Schuler, 1998)

4.1 Työkalujen suunnitteluprosessi

Muovaustyökalujen suunnittelu alkaa jo osan suunnitteluvaiheessa. Keskeisiä vaiheita ovat:

  • Osapiirustuksen laadinta, joka sisältää materiaalitiedot, mitat, toleranssit, ym.
  • Prosessisuunnittelu, jossa määritetään valmistusvaiheet ja puristintyypit.
  • Muovausprosessin suunnittelu (draw development): CAD-pohjainen työkalun alkuvaiheen muotoilu ja analyysi.
  • Simulointi: FEM-menetelmällä tutkitaan mm. jännitysjakaumia, rypistymistä ja ohentumista (ks. myös kohta 6).
  • Rakennesuunnittelu: Varmistetaan puristimen, siirtolaitteiden ja komponenttien yhteensopivuus.
  • FMEA (Failure Mode and Effects Analysis): Virheiden ja riskien tunnistus tuotannon varmistamiseksi.

Nämä vaiheet muodostavat rungon työkalun elinkaarelle, alkaen osan määrittelystä ja päättyen valmiiseen muottiin. Prosessi on iteratiivinen: simulointi ja protomallit voivat paljastaa puutteita, jotka edellyttävät muutoksia rakenteeseen tai valmistusjärjestykseen. Yhteistyö suunnittelijoiden, tuotannon ja laadunvarmistuksen välillä on välttämätöntä virheiden minimoimiseksi. Huolellinen suunnittelu mahdollistaa muotin monikäyttöisyyden eri puristimissa ja pidentää sen käyttöikää merkittävästi.

4.2 Työkalujen valmistus ja materiaalit

Työkalujen valmistuksessa yleisesti käytetty menetelmä on koneistus ja kokoonpano. CNC- ja HSM (High Speed Milling) -jyrsintä mahdollistavat monimutkaisten pintojen tarkat työstöt, viisiakseliset koneet vähentävät kiinnityskertoja ja lisävalmisteluja. Työkalun koneistettavuus täytyy ottaa huomioon jo suunnitteluvaiheessa.

Myös erilaisia valumenetelmiä käytetään työkalujen valmistuksessa. Täysmuottivalussa (full form casting) käytetään esim. styrox-mallia, joka sulaa valun aikana mahdollistaen vapaamuotoiset geometriset ratkaisut. Mallien muuttaminen on helppoa, voidaan käyttää liimausta, koneistusta, jne.

Korkealujuuksisten ohutlevymateriaalien käyttö, joka yleistyy muovausteknologiassa, vaatii suurempia puristusvoimia, mikä johtaa suurempiin kuormituksiin muoteissa sekä työkalujen yleiseen kulumiseen. Pitkän käyttöiän ja riittävän komponenttilaadun varmistamiseksi muottien valmistuksessa on käytettävä erityismateriaaleja – useimmiten karkaistuja tai pinnoitettuja. Erilaisten muottityyppien perusrakenne ja tärkeimmät osat on esitetty Kuva 42.

Kuvassa nähdään sekä yksitoiminen että kaksoistoiminen syvävetotyökalu. Tyypillisiä osia ovat: pidätin (blank holder), joka estää työkappaleen rypistymisen, muovauspainin (draw punch), joka muovaa levyn haluttuun syvyyteen. vastamuotti (female die) eli vastakappale muovaukselle, painelevyt ja ohjurit, jotka varmistavat tasaisen liikkeen ja muovauksen sekä pohjarakenne (substructure), joka kokoaa ja tukee työkalun osia.

Kuva 42. Erilaisten syvävetomuottityyppien perusrakenne, yläkuvassa kaksitoiminen, alakuvassa yksitoiminen (Schuler, 1998)

Taulukko 4 on esitetty eräitä muovaustyökaluissa käytettyjä tyypillisiä materiaaleja (teräksiä ja valurautoja) ja niiden ominaisuuksia. Materiaalit ovat useimmiten lämpökäsiteltyjä karkaistussa tilassa kovuuden ollessa on n. 50–60 HRC, mikä takaa hyvän lujuuden ja kulutuskestävyyden.

Taulukko 4. Muovaustyökaluissa käytettäviä materiaaleja ja niiden ominaisuuksia ja käyttökohteita (Schuler, 1998)

MateriaaliNimikeVetolujuus MPaLämpökäsittelyKovuusKäyttökohteet
1.0046GS-45450Hitsattava, ei karkene–Ohuet pidättimet, yläosat ja alarakenteet pienille muoteille
1.0555GS-62620Karkaisu ehdollisesti mahdollinenmax. HRC 56 ± 2Pidättimet, yläosat suurille kuormille
1.7140GS-47 Cr Mn 6820–930Hitsattava, pinta karkenevaHRC 56 ± 2Muovauspainimet, leikkaussegmentit, vastamuotit
1.2067G-100 Cr 6850KarkaisuHRC 60 ± 2Muovauspainimet, vastamuotit, muovausblokit, vastapainelevyt
1.2769G-45 Cr Ni Mo 421000–1030Pinta karkaisuHRC 50 ± 2Muovauspainimet, vastamuotit, pidättimet, päätypainemekanismit
1.2601G-X 165 Cr Mo V 12800–900KarkaisuHRC 60 ± 2Stanssausliuskat ja -painimet, muovauspainimet
1.2363G-X 100 Cr Mo V 51800–900KarkaisuHRC 60 ± 2Stanssausliuskat ja -painimet, muovauspainimet
1.2379G-X 155 Cr V Mo 12 1860KarkaisuHRC 60 ± 2Puskusauma- ja reunataivutustyökalut, stanssit, leikkausterät
0.6025GG-25250–350Ehdollisesti hitsattavan. 1200–1400 HV2Pidättimet, sovittimet, yläosat, siirtolevyt, käyttömekanismit
0.6025 Cr MoGG-25 Cr Mo250Pintakarkaisun. 53 HRCPidättimet, muovauspainimet, vastamuotit
0.7050GGG-50500Pintakarkaisun. 54 HRCOhuet levyt puristuksessa, vastapainelevyt, kuorijat
0.7060GGG-60600Ehdollisesti hitsattava, pintakarkaisun. 56 HRCPidättimet, muovauspainimet, vastamuotit, kiinnitykset
0.7070GGG-70700Ehdollisesti hitsattava, pintakarkaisun. 56 HRCPidättimet, vastamuotit
0.7070 LGGG-70 L700Pintakarkaisun. 56 HRCPidättimet, siirtotyökalut

Työkaluteräksille on julkaistu standardi SFS-EN ISO 4957:2018 Työkaluteräkset. Standardissa on esitetty tekniset vaatimukset työkaluissa käytettäville seostamattomille kylmätyöteräksille, seostetuille kylmätyöteräksille, seostetuille kuumatyöteräksille sekä pikateräksille. (SFS-EN4957, 2018). Osa

Taulukko 4 esitetyistä materiaaleista sisältyy myös em. standardiin.

Työkalujen pinnoituksella voidaan lisätä niiden kulutuskestävyyttä, parantaa korroosionkestoa sekä vähentää kitkaa. Taulukko 5 on esitetty yleisimpiä pintakäsittelymenetelmiä ja niiden sovelluskohteita.

Taulukko 5. Työkaluissa käytettäviä pinnoitusmenetelmiä (Schuler, 1998)

MenetelmäKovuus HVMateriaalitSovellukset
Nitridointi1200–1400Kaikki rautametallit, esim. 1.2379, 1.2842, 1.2601, 1.0062, 0.6025, 1.7131Kuluvapintaiset muotti- ja ohjurielementit
CVD-pinnoitus TiC4000Leukoidiset kromiteräkset, kovametallit, mieluiten 1.2379Levyjen muovaus- ja vetotyökalujen aktiiviosat
CVD-pinnoitus TiCN3000Sama kuin TiCLevyjen muovaus- ja vetotyökalujen aktiiviosat, erityisesti alumiinille ja sinkityille levyille
Kovakromaus600–1100Valurauta, teräs, ei-rautametallitMuovauspainimet, vastamuotit, pidättimet
PVD-pinnoitus TiN2400Kuumat ja kylmät työkaluteräkset, HSS, kovametallit, ruostumattomat, esim. 1.2379, 1.2601, 1.2369, 1.2378Stanssaus- ja erottavien muottien aktiiviosat, erityisesti syvävetoon soveltuvat hiiliteräkset
PVD-pinnoitus CrN2000Sama kuin TiNEi-rautametallit ja Cr-Ni teräslevyt
PVD-pinnoitus TiCN3000Sama kuin TiNKorkean lujuuden ja kovuuden teräkset, esim. ruostumattomat

Vähäisiin määriin muovauksia käytetyt prototyyppityökalut sekä koe- ja esisarjoihin tarkoitetut työkalut voidaan valmistaa pehmeämmistä materiaaleista kuten alumiinista, muovista tai pehmeistä teräksistä.

5 Muovattavuuden testaus

Muovattavuuden testausmenetelmät ovat keskeisessä roolissa arvioitaessa materiaalin kykyä kestää plastista muodonmuutosta ilman paikallisia vaurioita, kuten kuroumaa tai murtumaa. Yksi tärkeimmistä menetelmistä on yksiaksiaalinen vetokoe, jonka avulla määritetään materiaalin muokkauslujittumiseksponentti n, muodonmuutosnopeuden arvo m ja plastisen venymäsuhteen arvo r. (Hosford;ym., 2007; Juntunen, 2010)

Muovattavuuden arvioinnissa käytetään myös syvävetotestausta, jossa määritellään materiaalin rajavetosuhde (LDR) Swiftin kuppikokeen avulla. Materiaalin venytysmuovauskykyä kuvataan Erichsenin kupinvenytyskokeella (IE), joka on myös yksi perinteinen muovattavuustesti. (Hosford;ym., 2007). Lisäksi muovattavuuden tärkeä mittari on ISO HER -testi (Hole Expansion Ratio, ISO 16630), joka mittaa materiaalin kykyä kestää reunojen venymistä (ISO-16630, 2017).

Vaikka vetokokeet ja muut yksittäiset testiparametrit tarjoavat arvokasta tietoa muovattavuudesta, ne eivät aina riitä ennustamaan muovausprosessin onnistumista käytännössä. Reaalimaailman muovausprosesseissa ohutlevy joutuu kaksiaksiaaliseen jännitystilaan, ja muodonmuutos vaihtelee eri kohdissa. Siksi muovattavuuden rajoja arvioidaan tason suuntaisella venytysmuovaustestauksella, jonka tuloksia havainnollistetaan rajamuovattavuuskäyrän (Forming Limit Curve, FLC) avulla. Tämä antaa kattavamman kuvan materiaalin käyttäytymisestä muovauksen aikana ja auttaa optimoimaan muovausprosessia. (Hosford;ym., 2007; Juntunen, 2010) Myös Bulge-testi on hyödyllinen menetelmä, jolla mitataan materiaalin kykyä muovautua tason suuntaisessa jännityksessä. Bulge-testi tarjoaa arvokasta tietoa erityisesti syvävetoprosesseihin liittyvissä sovelluksissa, joissa tarvitaan materiaalin luonteen tarkempaa arviointia. (Hosford;ym., 2007)  

5.1  Vetokoe

Vetokokeen avulla saadaan yhteys voiman ja venymän välille, joten sillä saadaan selville tietoa aineen lujuudesta ja sen kyvystä sietää plastista muodonmuutosta. Kummallakin näistä on merkitystä materiaalin muokkauksen kannalta. Materiaalin lujuus määrää muovaukseen tarvittavan voiman ja sitkeysominaisuudet kertovat, soveltuuko materiaali muovaukseen. (Juntunen, 2010)

Vetokokeessa koesauvaa vedetään yleensä katkeamiseen asti siten, että siitä voidaan määrittää haluttuja mekaanisia arvoja. Standardissa SFS-EN ISO 6892-1 on kerrottu mekaanisten ominaisuuksien määrittelytavat huoneenlämpötilassa suoritetulle vetokokeelle. Valvotuissa koeolosuhteissa vetokokeet tehdään +23 °C ± 5 °C lämpötilassa. Standardissa on esitetty myös suositukset tietokoneohjatun vetokokeen suorittamiseen. Nykyaikaisilla vetokoneilla saadaan ekstensiometrien ja tietokoneohjelman avulla määritettyä koesauvasta lähes kaikki tarvittavat mekaaniset ominaisuudet. Tällaisia ohjelmasta suoraan saatavia ominaisuuksia ovat esimerkiksi plastiseen pitenemään perustuva venymisraja eli myötöraja Rp0,2, murtolujuus Rm, plastinen tasavenymä suurimmalla voimalla Ag, murtovenymä A ja muokkauslujittumiseksponentti n (Kuva 43). Apuna mekaanisten ominaisuuksien mittauksissa ja tarkentamisessa voidaan käyttää esim. GOM:n optista Aramis venymänmittausjärjestelmää (Kuva 45). (Juntunen, 2010)

Kuva 43. Vetokokeen jännitys-venymäpiirros (SFS-EN ISO 6892-1, 2020)

Vetokokeessa käytettävät vetokoesauvat

Vetokokeessa testattavan koesauvan mitat ja muodot riippuvat testattavan materiaalin muodoista ja mitoista. Metallilevyjä testattaessa voidaan käyttää koesauvana työstettyä tai työstämätöntä koesauvaa. Työstettyihin koesauvoihin työstetään kavennus eli koepituus, jonka tulee liittyä kiinnityspäihin riittävän suurella pyöristyksellä. Suositeltavaa on käyttää työstettyä ns. suhdesauvaa (Kuva 44), jonka alkumittapituus L0 ja suoran osan poikkipinta-ala S0 täyttävät ehdon  , missä k on verrannollisuuskerroin vakio 5,65 tai ohuemmille levyille 11,3. Käytettäessä ei-suhdesauvaa, on kuitenkin syytä käyttää mitoituksessa standardin määrittelemiä ohjeita. (SFS-EN ISO 6892-1, 2020)

Kuva 44. Työstetyn suhdesauvan mitoituskuva (Juntunen, 2010)

Ohutlevyn anisotropia ja muokkauslujittuminen

Vetokokeilla voidaan arvioida levymateriaalin sopivuutta eri muovausprosesseihin ensisijaisesti sille määriteltävien r- ja n-arvojen avulla. Näiden määrittämiseksi on olemassa standardit SFS-EN ISO 10113 ja SFS-EN ISO 10275. Muokkauslujittumiseksponentin arvo n kertoo, kuinka paljon materiaali voi venyä ennen kuroutumista eli sitä käytetäänkin venytysmuovattavuuden mittana. Materiaalin venytysmuovausominaisuudet ovatkin suoraan verrannollisia sen muokkauslujittumiskykyyn. Toisin sanoen mitä suurempi on n-eksponentin arvo, sitä ohuemmaksi voidaan levy venyttää. (Juntunen, 2010) Muokkauslujittumista kuvaava n-arvo riippuu siitä, mitä muokkauslujittumista kuvaavaa yhtälöä käytetään. Näitä ovat esim. Hollomon ja Ludwik, joiden antamat n-arvot eivät ole suoraan vertailukelpoisia keskenään.

Isotrooppisella materiaalilla plastinen venymäsuhde r on 1, jolloin sen ominaisuudet ovat jokaiseen suuntaan samat. Levyn muovaamisen kannalta olisi kuitenkin pyrittävä valmistamaan sellaista anistrooppista levyä, jonka r-arvo on noin 1,4. Tämä mahdollistaa levyn muovauksen niin, että levy venyy, mutta ei tyssäänny paksuussuunnassa. Plastinen venymäsuhde r määritellään vetokokeessa tapahtuvan poikittais- ja paksuussuuntaisen venymän suhteeksi.  Parhaimman syvävedettävyyden takaa mahdollisimman suuri keskimääräinen r-arvo. (Juntunen, 2010)

Käyttämällä vetokokeessa pitkittäisiä ja poikittaisia ekstensiometrejä saadaan r-arvot suoraan vetokoneen tietokoneohjelmasta. Valssattu teräslevy on yleensä anisotrooppista tason suunnassa, siksi sen syvävedettävyyttä kuvaavaa keskimääräistä r-arvoa määritettäessä käytetään valssaussuuntaan nähden pitkittäin, poikittain ja 45°:n kulmassa leikattuja vetokoesauvoja. Näistä erisuuntaisista vetokoesauvoista määritellään jokaisesta erikseen plastisenvenymäsuhteen arvo r (Kaava 2), joista lasketaan plastisen venymäsuhteen keskiarvo. Näistä erisuuntaisista vetokoesauvoista määritellään jokaisesta erikseen plastisenvenymäsuhteen arvo r (Kaava 2), joista lasketaan plastisen venymäsuhteen keskiarvo (Kaava 3). Levyn anisotrooppisuus tason suunnassa (Δr-arvo, Kaava 4) saadaan käyttämällä samoja mitattuja r-arvoja, kuin plastisen venymäsuhteen keskiarvon laskemisessakin. Δr-arvon ollessa nolla sen syvävedettävyysominaisuudet ovat parhaat mahdolliset, koska levy on tällöin isotrooppista tason suunnassa. (Hosford;ym., 2007; Juntunen, 2010; SFS-EN ISO 10113, 2020)

Plastisen venymäsuhteen määrittämisessä voidaan käyttää apuna myös optista venymämittauslaitteistoa, kuten ARAMIS:ta (Kuva 45). Optinen venymämittaus tarkentaa r-arvon määritystä, koska mahdollisen kuroutumisen paikkaa koesauvan alueella ei tarvitse tietää etukäteen. ARAMIS-venymämittauslaitteiston avulla voidaan kohdistaa mittausalue juuri oikealle venymäalueelle, toisin kuin käytettäessä paikallaan olevia ekstensiometrejä. (Juntunen, 2010)

Kuva 45. Vetokokeen kuvaaminen Aramis venymänmittausjärjestelmällä

5.2 Rajavetosuhde (LDR)

Yksi tärkeimmistä ohutlevyn syvävedettävyyttä kuvaavista arvoista on rajavetosuhde (LDR engl. Limiting Drawing Ratio). Rajavetosuhde on vakio, joka riippuu materiaalista ja sen valmistusprosessista. Sen avulla määritellään, mikä on suurin mahdollinen aihion ulkohalkaisija vedettävälle syvävetotuotteelle. Rajavetosuhteen arvo on siis suurimman mahdollisen aihion halkaisijan suhde kupin halkaisijaan, jolloin syvävedon tuloksena on ehjä kuppi. Maksimiarvo rajavetosuhteelle saadaan vertaamalla painimen halkaisijaa alkuperäisen aihion halkaisijaan, tätä menetelmää käytetäänkin yleensä rajavetosuhdetta määritettäessä. Maksimirajavetosuhteen arvoa voidaan käyttää apuna esimerkiksi tarvittavan syvävetoaihion kokoa määriteltäessä. (Hosford;ym., 2007; Juntunen, 2010)

Rajavetosuhdetta testataan Swiftin kuppikokeella, jossa tietyn halkaisijan omaavalla tasapäisellä painimella (d0) painetaan aihiota (D0), joka on pidinrenkaiden välissä puristettuna sopivalla voimalla (Kuva 46). Aihion halkaisijaa kasvatetaan niin kauan, että muovattava kuppi murtuu. Käytettäessä halkaisijaltaan 50 mm:n paininta valitaan testattavat aihiot esimerkiksi väliltä 90–120 mm (Juntunen, 2010)

Kuva 46. Swiftin kuppikokeen periaate (Juntunen, 2010)

Rajavetosuhde lasketaan viimeisen ehjän kupin koeaihion halkaisijan mukaan. Swiftin koetta tehtäessä tulee valita testissä käytettävä vetorengas (drawing die) oikealla sisähalkaisijalla, jolloin painimen ja renkaan välys on riittävän suuri esim. 1,4 kertaa vedettävän ohutlevyn vahvuus. Swiftin kokeella saatava rajavetosuhde on yleensä hieman suurempi kuin mikä todellisessa käytännön prosessissa on mahdollista saavuttaa. (Juntunen, 2010)

Syvävedolla muovattuihin kuppien helmoihin muodostuu usein harjanteita, joita kutsutaan korviksi (Kuva 47). Korvia voi muodostua kaksi, neljä tai kuusi riippuen materiaalin anisotrooppisuudesta. Korvien korkeus ja sijainti valssaussuuntaan nähden (0°, 45° tai 90°) liittyy suoraan materiaalin Δr-arvoon. Mikäli Δr-arvo on suurempi kuin nolla muodostuvat korvat 0° ja 90°:n kohdalle ja mikäli Δr-arvo on pienempi kuin nolla syntyvät korvat 45°:n kohdalle. (Juntunen, 2010)

Kuva 47. Swiftin kuppikokeen ehjä kuppi.

5.3 Erichsenin indeksi (IE)

Erichsenin kupinvenytyskoe on tyypillinen tapa mitata materiaalin venytysmuovausominaisuuksia. Erichsenin kupinvenytyskokeen tuloksena saatavalla Erichsenin luvulla (IE, engl. Index of Erichsen) arvioidaan 0,1–2 mm paksujen ja vähintään 90 mm leveiden metallilevyjen ja -nauhojen venytysmuovattavuutta. Kapeampia ja/tai paksumpia näytteitä testattaessa on käytettävä standardissa SFS-EN ISO 20482 erikseen määriteltyjä työkalun mittoja. Erichsenin luku ilmoitetaan tunnuksella IE, jolla tarkoitetaan standardin mukaista vakiokoetta, Erichsen no:27. Paksummilla ja kapeammilla koekappaleilla tunnukseen lisätään alaindeksi käytettävän vastinrenkaan sisähalkaisijan mukaan. (SFS-EN ISO 20482, 2014)

Erichsenin testin periaatteena on painaa vastinrenkaan (d2) ja pidinrenkaan (d5) välissä olevaa koeaihiota (b) pallopäisellä painimella (d1) (Kuva 48), kunnes koekappaleeseen syntyy läpimurtuma, josta näkyy valo läpi. Ennen koetta koeaihion pinta voidellaan ohuesti grafiittirasvalla kitkan pienentämiseksi. Kokeen tulokseksi saatava arvo (h) on painuman syvyys mitattuna painimen liikkeen perusteella ja se mitataan 0,1 mm tarkkuudella. Koe toistetaan kolme kertaa ja mitattujen tulosten keskiarvo on Erichsenin luku IE millimetreinä. (SFS-EN ISO 20482, 2014)

Kuva 48. Erichsenin kuppivenytyskokeen periaate

5.4 HER-testi (Hole Expansion Ratio)

Muovattaviin kappaleisiin tehdään usein reikiä, jotka muuttavat kappaleen ominaisuuksia, tästä syystä on hyvä selvittää, miten materiaali käyttäytyy reikää tehdessä. Reiänlaajennuskokeen avulla tutkitaan reiän reunojen muovattavuutta, lisäksi sen avulla voidaan arvioida myös niin kutsuttua ”Strech flangeabilitya”. Varsinkin auton osien muovauksessa yhdistyy venytysmuovaus ja särmäys, eli syntyy särmä, jolla on tietty kaarevuussäde (Kuva 49) (Akola, 2013)

Kuva 49. Venyttävän särmäyksen periaate (Akola, 2013)

ISO reiänlaajennustesti perustuu standardiin ISO 16630 ja sitä käytetään metallilevyjen ja -nauhojen reiänlaajennussuhteen arvioimiseen. Testin periaatteena on, että vetorenkaan ja pidätinrenkaan välissä olevaa koekappaletta painetaan kartion muotoisella painimella (Kuva 50.), kunnes koko materiaalivahvuuden läpi ulottuva murtuma syntyy. (ISO 16630 / FDIS, 2017)

Kuva 50. ISO reiänlaajennustestin suoritusperiaate (ISO 16630 / FDIS, 2017)

KWI reiänlaajennustesti

Reiänlaajennustestausta voidaan tehdä myös vanhemmalla standardisoimattomalla KWI-testillä. Tällöin aiheutetaan erilainen muovaustila reiän reunaan. KWI-reiänlaajennustestissä työkalut ja järjestelyt ovat muuten täysin samat kuin ISO- testissäkin, painin vaihdetaan tasapäiseen ja painimen puolelle testilevy voidellaan ja lisäksi käytetään ohutta (0,1 mm) teflonkalvoa.  Murtumatyyppi poikkeaa ISO-testistä ja se syntyy hyvin pian maksimivoiman saavutuksen jälkeen. Murtumia on yleensä yhdestä neljään, mikä on materiaalikohtainen ominaisuus samoin kuin murtumien suunta valssaussuuntaan nähden. (Akola, 2013)

Koemateriaalit ja materiaalitarve

Koemateriaaleina käytetään metallisia ohutlevysoiroja. ISO reiänlaajennustesti voidaan tehdä levynvahvuuden ollessa 1,2–6,0 mm ja KWI reiänlaajennustestille sallittavat levynvahvuudet ovat 1,2–3,0 mm. Yleensä testilevynä käytetään 100 x 500 mm2 pitkää soiroa, johon saa tehtyä viisi testiä (Kuva 51). (ISO 16630 / FDIS, 2017)

Kuva 51. Minimietäisyydet testilevyssä (ISO 16630 / FDIS, 2017)

5.5 Rajamuovattavuus (FLC)

Ohutlevyjen rajamuovattavuuden määrittelyn historia ulottuu aina 1940-luvulle asti, jolloin Gensamer julkaisi vuonna 1946 ensimmäiset rajamuovattavuuspiirrokset. Nykyään tunnetun rajamuovattavuuspiirrostyypin kehittämisen aloitti Keeler-niminen tutkija jo vuonna 1965. Tämän pohjalta kehitystyötä jatkoi Goodwin 60-luvun loppuun asti ja siksi tätä rajamuovattavuusdiagrammia (FLD) kutsutaankin Keeler-Goodwin-diagrammiksi. Ohutlevyjen rajamuovattavuudesta puhuttaessa käytetään yleensä termejä rajamuovattavuuskäyrä (Forming Limit Curve, FLC) (Kuva 52), ja rajamuovattavuuspiirros (Forming Limit Diagram, FLD). Usein näillä tarkoitetaan samaa asiaa ja ne liittyvätkin toisiinsa siten, että rajamuovattavuuspiirros sisältää yhden tai useamman materiaalin rajamuovattavuuskäyrän, joka erottaa toisistaan onnistuneet ja murtumaan johtaneen muovauksen hajonnan (Kuva 52). (Juntunen, 2010)

Kuva 52. Rajamuovattavuuskäyrän muodostuminen eri näytegeometrioiden päävenymistä (Martikainen, 2006)

Rajamuovattavuuspiirroksen avulla voidaan havainnollisesti ja kattavasti määritellä ohutlevyn muovattavuuden rajat tason suuntaisten venymien avulla erityyppisissä muovausolosuhteissa. Rajamuovattavuudella voidaan havainnollistaa sekä hajanainen että paikallinen kurouma. Hajanaista kuroumaa ilmenee, kun homogeeninen muodonmuutos loppuu ja materiaali saavuttaa maksimijännityksen, tällöin kuroutumista tapahtuu molempiin suuntiin. Paikallista kuroumaa esiintyy puolestaan tämän jälkeen, kun tietyn suuntainen venymä materiaalissa lähestyy nollaa, joten silloin kuroutumista tapahtuu vain paksuussuunnassa ilman leveyden kutistumista. Rajamuovattavuuspiirros esitetään ns. päävenymäkoordinaatistossa, jonka pystyakselilla on ensimmäinen päävenymä ε1 ja vaaka-akselilla toinen päävenymä ε2. Päävenymät valitaan valssaussuunnan suuntaisesti ja sitä vasten kohtisuoraan. (Hosford;ym., 2007; Juntunen, 2010)

Nykyään jo standardoidut rajamuovattavuustestit ovat saaneet nimensä eri tutkijoiden nimistä, kuten Marciniack- ja Nakajima- testit. Standardoiduilla testausmenettelyillä on pyritty saamaan selkeät ohjeet rajamuovattavuuden määrittämiselle, jotta eri tutkimuspaikoissa saadut tulokset olisivat vertailukelpoisia keskenään. Rajamuovattavuuspiirroksia voidaan hyödyntää tutkimuksissa, joissa selvitetään käytännön muovauksessa esiintyviä ongelmia. Ne ovat erityisen hyödyllisiä muovaussimuloinnissa, jossa ne toimivat tärkeänä materiaalikohtaisena parametrinä. (Juntunen, 2010; Hosford;ym., 2007)

Nakajima testi

Ohutlevyn rajamuovattavuuden kokeelliseen määrittämiseen Nakajima-testillä on olemassa standardi SFS EN ISO 12004-2. Standardin mukaan Nakajima-testissä ohutlevyn vahvuuksille 0,3 mm – 4 mm käytetään puolipallon muotoista halkaisijaltaan 100 mm olevaa painintyökalua sekä pidinrengasta, jonka sisähalkaisija on 105 mm tai suurempi kuin painimen halkaisija + 2,5 kertaa testattavan materiaalin vahvuus (Kuva 53). Nakajima-testin periaatteena on muovata venymämittauksia varten kuvioituja ohutlevynäytteitä puolipallon muotoisella painimella nopeudella 0,5 mm/s – 2,0 mm/s niin kauan, että näyte murtuu. (SFS-EN ISO12004-2, 2021)

Kuva 53. Nakajiman testin periaate (SFS-EN ISO12004-2, 2021)

Muovauksen aikana aihion liukuminen pitäisi estää mahdollisimman hyvin, jotta voitaisiin saavuttaa lähes lineaarinen venymä. Liukumisen estämiseksi käytetään pyällettyjä aihion pidinrenkaita, joiden väliin näyteaihio puristetaan riittävän suurella voimalla. Kitkan haitallinen vaikutus muovaustapahtumassa tulee estää oikeanlaisella voitelulla ja käyttämällä painimen ja näytteen välissä standardin suosittelemia muovikalvoja. Murtuman muodostuminen muovatun näytteen korkeimman kohdan alueelle on mahdollista juuri kitkaa vähentävän riittävän voitelun ja muovikalvojen avulla. Standardin mukaan murtuman tulisi sijaita korkeintaan 15 mm:n etäisyydellä muovatun kuvun laelta. (SFS-EN ISO12004-2, 2021)

Aramis-järjestelmä rajamuovattavuuden määrittämisessä

Rajamuovattavuuskäyrän määrittelyyn voidaan käyttää mittauslaitteistoja, joiden tietokoneohjelmistot liitettyinä kamerajärjestelmiin mittaavat venymät, analysoivat ja laskevat tulokset muovaustapahtumista. Tällaista menetelmää kutsutaan digitaaliseksi kuvakorrelaatioksi (engl. Digital Image Correlation, DIC) Yksi tällainen standardin ISO 12004-2 mukaisia suosituksia laskennassa käyttävä 3D-mittausjärjestelmä on ARAMIS, joka tunnistaa mitattavan kohteen pinnan stokastisesti maalatun kuvioinnin avulla. Tämän levyn pintaan maalatun kuvioinnin avulla ARAMIS mittaa ja laskee levyn venymiä muovauksen aikana otettavien kuvien avulla. Aramis järjestelmä sisältää tietokoneyksikön lisäksi kaksi CCD–kameraa ja valaistuslaitteiston, jotka sijoitetaan kuvaamaan muovaustapahtumaa (Kuva 54).

Kuva 54. Aramis kamerajärjestelmä muovattavuustutkimuslaitteen päällä Lapin ammattikorkeakoulun rikkovanaineenkoestuksen laboratoriossa.

Koemateriaali ja näytegeometriat

Standardin SFS EN ISO 12004-2 mukainen rajamuovattavuuden testausmenetelmä on tarkoitettu metallilevyille, joiden paksuus on 0,3–4 mm. Teräslevyille suositellaan enimmäispaksuutta 2,5 mm (SFS-EN ISO12004-2, 2021)

Kattavan rajamuovattavuuskäyrän määrittämiseksi on käytettävä standardin SFS EN ISO 12004-2 mukaan vähintään viittä eri geometrian omaavaa näytettä ja jokaisesta geometriasta on tehtävä vähintään kolme onnistunutta toistoa (SFS-EN ISO12004-2, 2021). Kuva 55 on esitetty standardin mukaisesti mitoitetut FLC-geometriat (6kpl), joilla varmistetaan kattavampi venymätulosten jakautuminen käyrässä yksiaksiaalisesta kaksiaksiaaliseen. Kuvassa esimerkkinä olevat näytegeometriat ovat mitoitettu Erichsen 145–60 muovattavuudentutkimuslaitteen Nakajima-testin työkaluille.

Kuva 55. FLC näytegeometriat A-F

5.6 Bulge-testi

Bulge-testin suorittamiseen on olemassa standardi SFS-EN ISO-16808, jonka mukaisesti testissä määritetään biaksiaalinen jännitys-venymäkäyrä muovaamalla metallista testinäytettä öljynpaineen avulla. Kitkan vaikutus on lähes merkityksetön ja verratessa vetokokeen tuloksiin Bulge-testillä voidaan saavuttaa korkeampia venymäarvoja. Pyöreä näytelevy puristetaan pidinvoimalla pidinrenkaiden väliin öljykammion päälle, jonka jälkeen öljyn painetta kasvatetaan näytelevyn murtumaan asti (Kuva 56).  (SFS-EN ISO 16808, 2022)

Kuva 56. Bulge testin periaate (SFS-EN ISO 16808, 2022)

Muovauksen aikana aihion liukuminen estetään käyttämällä pyällettyjä pidinrenkaita sekä riittävän suurta pidinvoimaa. Vakio venymänkasvunopeutta 0,05 s-1 suositellaan mutta mikäli se ei onnistu vähintään vakio öljynpaineen kasvunopeutta olisi hyvä käyttää. Testi tulisi suorittaa 2–4 min aikana, jotta vältetään suuret vaikutukset biaksiaalisessa jännitys- venymäkäyrässä. (SFS-EN ISO 16808, 2022)

Aramis-järjestelmä biaksiaalisen jännitys-venymäkäyrän määrittämisessä

Nakajima testissä mainittua DIC-järjestelmää tarvitaan myös Bulge-testin suorituksessa. Koelevyihin tehdään stokastinen maalikuvio, jonka avulla ARAMIS mittaa ja laskee levyn venymiä muovauksen aikana. Lisäksi määritykseen tarvitaan öljynpaineanturi, jonka data pitää saada ARAMIS järjestelmään. Öljynpaine voi materiaalista riippuen kasvaa yli 400 bar, joten laitejärjestelyissä on käytettävä suojalasia kameroiden ja henkilöiden suojaksi (Kuva 57).

Kuva 57. Kamerajärjestelmä sekä suojalasi Bulge testissä (SFS-EN ISO 16808, 2022)

Koemateriaali ja näytegeometriat

Standardin SFS EN ISO 16808 mukainen biaksiaalisen jännitys- venymäkäyrän määritys on tarkoitettu metallilevyille, joiden paksuus on alle 3 mm. Näytelevyn koko on Ø175 mm Erichsenin 145–60 muovattavuuden tutkimuslaitteiston Bulge työkaluille ja vähintään kolme onnistunutta testiä tulee suorittaa per materiaali (Kuva 58). (SFS-EN ISO 16808, 2022)

Kuva 58. Onnistunut Bulge testinäyte murtumisen jälkeen Lapin ammattikorkeakoulun Erichsen 145-60 muovattavuuden tutkimuslaitteistossa.

6 Simuloinnin hyödyntäminen muovatun tuotteen suunnittelussa

Muovauksen simuloinnissa metallilevyn muovaus simuloidaan tietokoneella erityisen simulointiohjelmiston avulla. Simulointi mahdollistaa muovaustapahtumassa esiintyvien virheiden ja ongelmien, kuten halkeamien ja ryppyjen havaitsemisen tietokoneella jo varhaisessa vaiheessa muovausprosessia. Näin ollen ei ole tarpeen valmistaa kalliita työkaluja käytännön testejä varten. Muovaussimulointia käytetään yleisesti varsinkin autoteollisuudessa, jossa valmistetaan paljon muovattuja osia. (AutoForm Engineering GmbH)

Muovaussimuloinnin tyypillisiä parametreja ovat muovattavan osan ja työkalun geometria, materiaalin ominaisuudet, puristusvoimat ja kitka. Näitä parametreja käyttäen simulointi laskee jännitykset ja venymät muovausprosessin aikana tuoden esiin virheet ja ongelmat sekä mahdollistaa esimerkiksi oheneman tarkastelun muovatun tuotteen eri kohdista (Kuva 59). Myös takaisinjousto, eli materiaalin elastinen käyttäytyminen muovauksen jälkeen, voidaan ennustaa simuloinnin avulla.

Kuva 59. Esimerkki simuloinnista

Simulointi tarjoaa merkittäviä etuja jo suunnitteluvaiheessa. Osasuunnittelija voi sen avulla arvioida levyosan muovattavuutta varhaisessa vaiheessa, mikä edistää valmistettavuudeltaan optimoitujen osien suunnittelua. Simulaation avulla pystytään tarkastelemaan ja optimoimaan eri valmistusvaihtoehtoja etukäteen, mikä voi merkittävästi vähentää muovaustyökalun myöhempää hienosäätötarvetta. Simulointi tukee myös itse muovaustyökalun kehitystä. Sen avulla voidaan analysoida, miten keskeneräistä tai ei-toimivaa työkalua tulisi säätää toimivaksi. (AutoForm Engineering GmbH)

6.1 Materiaalimallit simuloinnissa

Simuloinnista FEM-analyysin avulla saatujen tarkkojen tulosten saavuttamiseksi tarvitaan asianmukainen materiaalimalli. Tärkeimmät kriteerit riittävälle materiaalimallinnukselle ovat muokkauslujittumiskerroin, myötöraja ja materiaalin murtuminen. Muun muassa nämä tiedot saadaan simulointiohjelmaan kappaleessa 5 kuvattujen muovaustestien avulla.

Levynmuovaussimulaatiossa ohjelma tarvitsee materiaalimalliin testein todennetut materiaalitiedot, jotta laskenta antaa realistisia tuloksia (Kuva 60):

  • Kimmomoduuli (Young´s Modulus) → tarvitaan erityisesti takaisinjouston ennustamiseen.
  • Anisotropia ja myötöpinta (yield locus) → kuvaavat levyn plastista käyttäytymistä eri suunnissa, mikä on oleellista erityisesti syvävedossa.
    • Levynmuovaussimulaatioissa käytetään yleisesti erilaisia myötöpintamalleja, jotka määrittelevät moniakselisen jännitystilan, jossa materiaali alkaa myötää. Tällaisia myötöpintamalleja ovat:
      • Von Mises – olettaa materiaalin isotrooppiseksi, ei huomioi anisotropiaa.
      • Tresca – myös isotrooppinen, hieman yksinkertaisempi kuin von Mises.
      • Hill (1948, 1990 jne.) – anisotrooppinen malli, erityisesti levyille kehitetty, ottaa huomioon eri suunnissa mitatut r-arvot.
      • Barlat (1989, 1991, 2000 jne.) – tarkempi anisotrooppinen malli kuin Hill, käytetään paljon alumiinin ja AHSS/UHSS-terästen simuloinneissa.
      • Vegter – kokeisiin perustuva, joustava ja tarkka, mutta vaatii paljon mittausdataa, josta tavoitteena on saada kattava kuva materiaalin anisotrooppisesta käyttäytymisestä. Kehitetty erityisesti autoteollisuuden levynmuovaussimulointeihin.
      • Banabic (BBC-mallit) – uudempi sukupolvi, tarkempi ennustamaan monimutkaista anisotropiaa.
  • Myötöraja ja muokkauslujittuminen (Hardening) → määrittävät virtauskäyrän (jännitys–venymäkäyttäytyminen), joka on keskeinen syöte FEM-malliin.
  • Murtumiskäyttäytyminen (FLD, forming limit diagram) → kertoo, milloin materiaali alkaa kuroutua tai murtua eri venymätiloissa. (Jadhav;ym., 2018)

Kuva 60. Esimerkki materiaalikortista AnsysForming simulointiohjelmassa.

6.2 Simuloinnin hyödyt

Metallinmuovaussimuloinnilla on useita etuja:

  • Valmistusmenetelmän muuttaminen: Simuloinnilla voi helposti kokeilla jonkin muun valmistusmenetelmän korvaamista muovaamalla.
  • Muovausprosessin yksityiskohdat: Simuloinnissa huomioidaan koko 3D-geometria ja jokainen muovausvaihe, mikä mahdollistaa tarkat ennusteet muodonmuutoksista
  • Kustannus- ja aikasäästöt: Simulointi vähentää tarvetta fyysisille kokeiluille, mikä säästää aikaa ja rahaa.
  • Laadun parantaminen: Simulointi auttaa tunnistamaan mahdolliset virheet, kuten rypyt tai halkeamat, ennen tuotantoa, mikä parantaa lopputuotteen laatua.
  • Prosessin optimointi: Simuloinnin avulla voidaan optimoida muovausprosessin parametrit, kuten voimat ja kitka, mikä johtaa parempaan prosessinhallintaan.

6.3 Sovellukset eri teollisuudenaloilla

Metallinmuovaussimulointia käytetään laajasti eri teollisuudenaloilla:

  • Autoteollisuus: Simulointi on vakiintunut osa autoteollisuuden prosesseja, erityisesti uusien osien suunnittelussa ja valmistuksessa.
  • Ilmailuteollisuus: Simulointi auttaa suunnittelemaan kevyitä ja kestäviä komponentteja, jotka täyttävät tiukat turvallisuusvaatimukset.
  • Kulutuselektroniikka: Simuloinnin avulla voidaan suunnitella ohuita ja tarkkoja metallikomponentteja, jotka ovat yleisiä elektroniikkalaitteissa.

7 Muovauksessa käytettävät teräkset

7.1 Hiiliteräkset

Ohutlevyinä käytettävät teräkset ovat yleensä vähän hiiltä ja seosaineita sisältäviä, koska niiltä vaaditaan hyvää muovattavuutta. Hiilen ja seosaineiden määrän kasvaessa lujuus nousee, mutta samalla muovattavuus heikkenee. Hiilipitoisuuden aletessa on alettu puhua ns. ultramatalahiilisistä teräksistä, mutta niiden hinta on yleensä tavanomaista korkeampi. Erittäin matalaan hiilipitoisuuteen vaaditaan tuotannossa kallista tyhjötekniikkaa. Tällaisista teräksistä käytetään nimitystä IF-teräkset (interstitial-free) (Korhonen;ym., 2012).

Hiiliteräksille löytyviä eurooppalaisia standardeja, joiden yhteydessä mainitaan kylmämuovaus, on esitetty taulukossa 6.

Taulukko 6. Kylmämuovattavien terästen standardeja

NumeroNimi
SFS-EN 10111Kuumavalssatut kylmämuovattavat teräsnauhalevyt ja -nauhat. Tekniset toimitusehdot
SFS-EN 10130Kylmävalssatut kylmämuovattavat ohutlevyteräkset. Tekniset toimitusehdot
SFS-EN 10139Cold rolled uncoated low carbon steel narrow strip for cold forming. Technical delivery conditions
SFS-EN 10149-2Kuumavalssatut lujat kylmämuovattavat teräslevytuotteet. Osa 2: Termomekaanisesti valssattujen terästen tekniset toimitusehdot
SFS-EN 10149-3Kuumavalssatut lujat kylmämuovattavat teräslevytuotteet. Osa 3: Normalisoitujen tai normalisointivalssattujen terästen tekniset toimitusehdot
SFS-EN 10152Elektrolyyttisesti sinkkipinnoitetut kylmävalssatut kylmämuovattavat ohutlevyteräkset. Tekniset toimitusehdot
SFS-EN 10268Kylmävalssatut kylmämuovattavat lujat ohutlevyteräkset. Tekniset toimitusehdot
SFS-EN 10338Hot rolled and cold rolled non-coated products of multiphase steels for cold forming. Technical delivery conditions
SFS-EN 10346Jatkuvatoimisella kuumaupotusmenetelmällä pinnoitetut kylmämuovattavat ohutlevyteräkset. Tekniset toimitusehdot

Kylmävalssatuille, kuumavalssatuille, lujille, sinkkipinnoitetuille sekä monifaasisille teräksille on omat standardinsa.

Kylmävalssatut kylmämuovattavat ohutlevyteräkset

Standardissa SFS-EN 10130 (SFS-EN10130, 2007) on esitetty kylmävalssatut kylmämuovattavat ohutlevyteräkset. Terästen syvävedettävyys paranee vetolaadusta erikoissyvävetolaatuun ja extrasyvävetolaatuun siirryttäessä laadusta DC01 laatuun DC05. Huippua edustavat IF-teräkset, joita vastaavat merkinnät ovat DC06 ja ultrasyvävetolaatu DC07. Taulukossa 7 on esitetty terästen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus (SFS-EN10130, 2007).

Taulukko 7. Standardin SFS-EN 10130 mukaiset teräkset

NimikeNumero-tunnusRea MPaRm MPaA80b %C max %P max %S max %Mn max %Ti max %
DC011.0330-/280270/410280,120,0450,0450,60–
DC031.0347-/240270/370340,100,0350,0350,45–
DC041.0338-/210270/350380,080,0300,0300,40–
DC051.0312-/180270/330400,060,0250,0250,35–
DC061.0873-/170270/330410,020,0200,0200,250,3
DC071.0898-/150250/319440,010,0200,0200,200,2
  1. Myötörajan arvona käytetään 0,2-rajaa tuotteille, joilla ei ole havaittavaa myötörajaa ja muille alempaa myötörajaa ReL. Kun paksuus on yli 0,5 mm mutta enintään 0,7 mm, lisätään myötörajan ylärajaan 20 MPa. Kun paksuus on pienempi tai yhtä suuri kuin 0,5 mm, lisätään myötörajan ylärajaan 40 MPa.
  2. Kun paksuus on yli 0,5 mm mutta enintään 0,7 mm, murtovenymän arvoa pienennetään kaksi yksikköä. Kun paksuus on enintään 0,5 mm, murtovenymän arvoa pienennetään neljä yksikköä.

Kuten taulukosta nähdään, ovat terästen hiilen ja muiden seosaineiden pitoisuudet sekä lujuus sitä pienempiä, mitä parempi on terästen muovattavuus (ilmaistuna murtovenymän A80 arvolla).

Eräillä DC-teräksillä on taipumus ns. myötöjuovien muodostumiseen. Tätä pyritään ehkäisemään terästen valmistusvaiheessa lämpökäsittelyn jälkeen tavallisesti suoritettavalla viimeistelyvalssauksella. Taipumus myötöjuovien muodostumiseen voi kuitenkin palautua tietyn ajan jälkeen viimeistelyvalssauksen suorittamisesta, minkä vuoksi tuotteet suositellaan muovata mahdollisimman pian teräksen toimittamisen jälkeen. (SFS-EN10130, 2007) Myötöjuovien palautuminen johtuu teräksen ns. vanhenemisilmiöstä.

Teräslajien DC06 ja DC07 tuotteissa ei esiinny myötöjuovia, riippumatta siitä, onko tuote toimitettu viimeistelyvalssattuna vai ilman viimeistelyvalssausta. (SFS-EN10130, 2007) Tämä johtuu niiden erittäin matalasta hiilipitoisuudesta.

Mikäli teräs on viimeistelyvalssattu, Valmistajan on taattava myötöjuovattomuus teräslajin DC03, DC04 ja DC05 tuotteille kuusi kuukautta niiden valmistumisesta ja teräslajin DC01 tuotteille kolme kuukautta niiden valmistumisesta. Viimeistelyvalssaamattomissa teräksissä myötöjuovat ovat sallittuja sekä toimitustilaisissa tuotteissa että vedetyissä kappaleissa. (SFS-EN10130, 2007)

Esimerkiksi SSAB:lla on tuotevalikoimassaan kyseisiä teräksiä. Taulukossa 8 on esitetty SSAB Laser® DC03-teräksen (SSAB) mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 8. SSAB Laser® DC03-teräksen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus

Standardissa SFS-EN 10139 (SFS-EN10139, 2016) on esitetty lisäksi kylmävalssatut kylmämuovattavat nauhat (SFS-EN10139, 2016). Teräkset ovat vastaavat kuin standardissa SFS-EN 10130 (ks. edellä) esitetyt, eli terästen nimikkeet DC01…DC07, mutta lisäksi standardissa on teräksille DC01-DC04 muokkauslujitetut versiot, esim. DC01+C340…C690, jolloin vastaavat myötölujuudet ovat 250…630 MPa.

Kylmävalssatut kylmämuovattavat lujat ohutlevyteräkset

Standardissa SFS-EN 10268 (SFS-EN10268+A1, 2013) on esitetty kylmävalssatut kylmämuovattavat lujat teräkset. Terästen nimikkeet ovat muotoa HC180XX-HC500XX. Numeroarvo nimikkeessä kertoo myötölujuuden alarajan, esim. HC180Y teräksen myötölujuus on 180–230 MPa. Terästen muovattavuus heikkenee murtovenymän (A80) laskiessa. Kirjain nimikkeen lopussa kertoo myös terästen ominaisuuksista. Taulukossa 9 on esitetty terästen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus (SFS-EN10268+A1, 2013).

Taulukko 9. Standardin SFS-EN 10268 mukaiset teräkset

NimikeNumero tunnusRp0.2 Poik. MPaRm Poik. MPaA80a min %C max %Si max %Mn max %P max %S max %Al min %Ti max %Nb max %
HC180Y1.0922180…230330…400350,010,30,70,060,0250,010,120,09
HC180B1.0395180…230290…360340,060,50,70,060,030,015  
HC220Y1.0925220…270340…420330,010,30,90,080,0250,010,120,09
HC220I1.0346220…270300…380340,070,50,60,050,0250,0150,05 
HC220B1.0396220…270320…400320,080,50,70,0850,030,015  
HC260Y1.0928260…320380…440310,010,31,60,10,0250,010,120,09
HC260I1.0349260…310320…400320,070,51,20,050,0250,0150,05 
HC260B1.0400260…320360…440290,10,51,00,10,030,015  
HC260LA1.0480260…330350…430260,10,51,00,030,0250,0150,150,09
HC300I1.0447300…350340…440300,080,50,70,080,0250,0150,05 
HC300B1.0444300…360390…480260,10,51,00,120,030,015  
HC300LA1.0489300…380380…480230,120,51,40,030,0250,0150,150,09
HC340LA1.0548340…420410…510210,120,51,50,030,0250,0150,150,09
HC380LA1.0550380…480440…580190,120,51,60,030,0250,0150,150,09
HC420LA1.0556420…520470…600170,140,51,60,030,0250,0150,150,09
HC460LA1.0574460…580510…660130,140,61,80,030,0250,0150,150,09
HC500LA1.0573500…620550…710120,140,61,80,030,0250,0150,150,09

a) Paksuuksilla yli 0,5 mm mutta enintään 0,7 mm, sovelletaan 2 yksikköä pienempiä murtovenymän arvoja. Paksuuksilla enintään 0,5 mm sovelletaan 4 yksikköä pienempiä arvoja.

Y = Lujat välisijavapaat teräkset. Terästen kemiallista koostumusta on säädetty parempien plastisen muodonmuutossuhteen r ja muokkauslujittumiseksponentin n arvojen saavuttamiseksi.

B = Lämpölujittuvat teräkset. Teräksiä, joiden myötöraja nousee selvästi lämpökäsiteltäessä 170 °C lämpötila-alueella noin 20 minuutin ajan.

I = Isotrooppiset teräkset. Teräksiä, joiden plastisen muodonmuutossuhteen r arvoja on rajoitettu.

LA = Niukkaseosteiset / mikroseostetut teräkset. Teräksiä, joihin seostetaan vaadittujen lujuusvaatimusten täyttämiseksi yhtä tai useampia seuraavista seosaineista: Nb, Ti ja V

Esimerkiksi SSAB:lla on tuotevalikoimassa kyseisiä teräksiä. Taulukossa 10 on esitetty SSAB Domex® 300LA-teräksen (SSAB) mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 10. SSAB Domex® 300LA-teräksen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus

Kylmävalssatut kylmämuovattavat pinnoitetut ohutlevyteräkset

Muovattava teräsohutlevy voi olla pinnoitettu esim. sinkillä korroosionkestävyyden parantamiseksi.

Standardissa SFS-EN 10152 (SFS-EN10152, 2017) on esitetty elektrolyyttisesti sinkkipinnoitetut kylmävalssatut kylmämuovattavat ohutlevyteräkset. Standardissa esitettävät teräkset ovat vastaavat kuin standardissa SFS-EN 10130 (ks. edellä) esitetyt, eli terästen nimikkeet DC01…DC07. Sinkkipinnoituksen merkiksi teräksen nimikkeen perässä on +ZE, esim. DC03+ZE, DC04+ZE ja DC05+ZE. Näiden lisäksi standardia voidaan soveltaa standardissa SFS-EN 10268 esitettyihin kylmävalssattuihin kylmämuovattaviin lujiin teräksiin, esim. HC300LA+ZE, sekä standardissa SFS-EN 10139 esitettyihin teräksiin, esim. DC01+C340 + ZE.

Standardissa SFS-EN 10346 (SFS-EN10346, 2015) on esitetty jatkuvatoimisella kuumaupotusmenetelmällä pinnoitetut kylmämuovattavat ohutlevyteräkset. Pinnoitteena voi olla sinkki (Z), sinkki-rautaseos (ZF), sinkki-alumiiniseos (ZA), sinkki-magnesiumseos (ZM), alumiini-sinkkiseos (AZ) tai alumiini-piiseos.

Kuumavalssatut kylmämuovattavat teräkset

Standardissa SFS-EN 10111 (SFS-EN10111, 2008) on esitetty kuumavalssatut kylmämuovattavat teräsnauhalevyt ja -nauhat. Terästen nimikkeet ovat muotoa DD11-DD14. Näiden teräslajien muovattavuus paranee teräslajista DD11 teräslajiin DD14.

Taulukossa 11 on esitetty terästen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus (SFS-EN10111, 2008).

Taulukko 11. Standardin SFS-EN 10111 mukaiset teräkset

NimikeNumero tunnusReL/Rp0.2 MPaRm max MPaA80 min %C max %Mn max %P max %S max %
DD111.0332170…34044022-240,120,600,0450,045
DD121.0398170…32042024-260,100,450,0350,035
DD131.0335170…31040027-290,080,400,0300,030
DD141.0389170…29038030-320,080,350,0250,025

Esim. Thyssenkruppilla on tuotevalikoimissaan kyseisiä teräksiä. Taulukossa 12 on esitetty Thyssenkrupp precidur® DD12 teräksen koostumus ja mekaaniset ominaisuudet (Thyssenkrupp).

Taulukko 12. Thyssenkrupp precidur® DD12 teräksen koostumus ja mekaaniset ominaisuudet

Kuumavalssatut lujat kylmämuovattavat teräkset

Standardissa SFS-EN 10149-2 (SFS-EN10149-2, 2013) on esitetty termomekaanisesti kuumavalssatut lujat kylmämuovattavat teräkset. Terästen nimikkeet ovat muotoa S315MC-S960MC. Numero nimikkeessä kertoo teräksen myötölujuuden minimiarvon ja kirjainyhdistelmä MC sen, että teräs on termomekaanisesti valssattu kylmämuovattava teräs. Terästen muovattavuus heikkenee, mitä suurempi teräksen numero ts. myötölujuus on.

Taulukossa 13 on esitetty terästen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus (SFS-EN10149-2, 2013).

Taulukko 13. Standardin SFS-EN 10149-2 mukaiset teräkset

NimikeNumero tunnusReH min MPaRm MPaA80 min % 
S315MC1.0972315390–51020 
S355MC1.0976355430–55019 
S420MC1.0980420480–62016 
S460MC1.0982460520–67014 
S500MC1.0984500550–70012 
S550MC1.0986550600–76012 
S600MC1.8969600650–82011 
S650MC1.8976650700–88010 
S700MC1.8974700750–95010 
S900MC1.8798900930–1 2007 
S960MC1.8799960980–1 2506 
NimikeNumero tunnusC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al min %Nb max %V max %Ti max %Mo max %B max %
S315MC1.09720,120,501,300,0250,0200,0150,090,200,15––
S355MC1.09760,120,501,500,0250,0200,0150,090,200,15––
S420MC1.09800,120,501,600,0250,0150,0150,090,200,15––
S460MC1.09820,120,501,600,0250,0150,0150,090,200,15––
S500MC1.09840,120,501,700,0250,0150,0150,090,200,15––
S550MC1.09860,120,501,800,0250,0150,0150,090,200,15––
S600MC1.89690,120,501,900,0250,0150,0150,090,200,220,500,005
S650MC1.89760,120,602,000,0250,0150,0150,090,200,220,500,005
S700MC1.89740,120,602,100,0250,0150,0150,090,200,220,500,005
S900MC1.87980,200,602,200,0250,0100,0150,090,200,251,000,005
S960MC1.87990,200,602,200,0250,0100,0150,090,200,251,000,005

Esimerkiksi SSAB:lla on tuotevalikoimassaan kyseisiä teräksiä. Taulukossa 14 on esitetty SSAB Domex® 355MC -teräksen (SSAB) mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 14. SSAB Domex® 355MC-teräksen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus

Standardissa SFS-EN 10149-3 (SFS-EN10149-3, 2013) on esitetty normalisoidut tai normalisointivalssatut kuumavalssatut lujat kylmämuovattavat teräkset. Numero nimikkeessä kertoo teräksen myötölujuuden minimiarvon ja kirjainyhdistelmä NC sen, että teräs on normalisoitu kylmämuovattava teräs. Terästen muovattavuus heikkenee, mitä suurempi teräksen numero ts. myötölujuus on. Taulukossa 15 on esitetty terästen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus (SFS-EN10149-3, 2013).

Taulukko 15. Standardin SFS-EN 10149-3 mukaiset teräkset

NimikeNumero tunnusReH min MPaRm MPaA80 min %C max %Si max %Mn max %P max %S max %Al min %V % maxTi max %Nb max %
S260NC1.0971260370…490240,160,501,200,0250,0200,0150,100,150,09
S315NC1.0973315430…550220,160,501,400,0250,0200,0150,100,150,09
S355NC1.0977355470…610200,180,501,600,0250,0150,0150,100,150,09
S420NC1.0981420530…670180,200,501,600,0250,0150,0150,100,150,09

Esim. Salzgitterillä on tuotevalikoimissaan kyseisiä teräksiä. Taulukossa 16 on esitetty Salzgitter S355NC-teräksen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus. (Salzgitter).

Taulukko 16. Salzgitter S355NC–teräksen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus

Monifaasiset kylmämuovattavat teräkset

Standardissa SFS-EN 10338 (SFS-EN10338, 2015) on esitetty sekä kuumavalssatut että kylmävalssatut monifaasiset kylmämuovattavat teräkset. Kuumavalssattujen terästen nimikkeet ovat muotoa HDT450F-HDT1180G1, missä edessä olevat kirjaimet HDT kertovat, että kyseessä on kuumavalssattu teräs, numero kertoo murtolujuuden minimiarvon ja perässä oleva kirjain teräksen mikrorakenteen. Terästen muovattavuus heikkenee, mitä suurempi teräksen numero ts. myötölujuus on. Taulukossa 17 on esitetty kuumavalssattujen monifaasiterästen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus (SFS-EN10338, 2015).

Taulukko 17. Standardin SFS-EN 10338 mukaiset kuumavalssatut teräkset

NimikeNumero tunnusRp0.2   MPaRm min MPaA80 min % 
HDT450F1.0961300-42045024 
HDT580F1.0994460-62058015 
HDT580X1.0936330-45058019 
HDT760C1.0998660-83076010 
HDT1180G11.0960900-120011804 
NimikeNumero tunnusC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al %Cr+Mo max %Nb+Ti max %V max %B max %
HDT450F1.09610,180,502,000,0500,0100,015-2,01,000,150,150,005
HDT580F1.09940,180,502,000,0500,0100,015-2,01,000,150,150,010
HDT580X1.09360,141,02,200,0850,0150,015-2,01,400,150,200,005
HDT760C1.09980,181,002,500,0800,0150,015-2,01,000,250,200,005
HDT1180G11.09600,250,802,500,0600,0150,015-2,01,200,250,220,005

Mikrorakenne:

F= Ferriittis-bainiittinen, X=Dual-phase (DP), C=Complex-phase, G1=Martensiittinen (MS). Esim. Thyssenkruppilla on tuotevalikoimissaan kyseisiä teräksiä.

Taulukossa 18 on esitetty Thyssenkrupp HDT450F ferriittis-bainiittisen terästen koostumus ja mekaaniset ominaisuudet (Thyssenkrupp).

Taulukko 18. Thyssenkrupp HDT450F teräksen koostumus ja mekaaniset ominaisuudet

Kylmävalssattujen terästen nimikkeet ovat muotoa HCT450X-HCT1180G2, missä edessä olevat kirjaimet HCT kertovat, että kyseessä on kylmävalssattu teräs, numero kertoo murtolujuuden minimiarvon ja perässä oleva kirjain teräksen mikrorakenteen. Terästen muovattavuus heikkenee, mitä suurempi teräksen numero ts. myötölujuus on.

Taulukossa 19 on esitetty kylmävalssattujen monifaasiterästen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus (SFS-EN10338, 2015).

Taulukko 19. Standardin SFS-EN 10338 mukaiset kylmävalssatut teräkset

NimikeNumero tunnusRp0.2   MPaRm min MPaA80 min % 
HCT450X1.0937260-34045027 
HCT490X1.0995290-38049024 
HCT590X1.0996330-43059020 
HCT780X1.0943440-55078014 
HCT980X1.0944590-74098010 
HCT980XG1.0997700-8509808 
HCT690T1.0947400-52069023 
HCT780T1.0948450-57078021 
HCT600C1.0953350-50060016 
HCT780C1.0954570-72078010 
HCT980C1.0955780-9509806 
HCT1180G21.0969900-115011804 
NimikeNumero tunnusC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al %Cr+Mo max %Nb+Ti max %V max %B max %
HCT450X1.09370,140,752,000,0800,0150,0151,000,150,200,005
HCT490X1.09950,140,752,000,0800,0150,0151,000,150,200,005
HCT590X1.09960,150,752,500,0400,0150,0151,400,150,200,005
HCT780X1.09430,180,802,500,0800,0150,0151,400,150,200,005
HCT980X1.09440,201,002,900,0800,0150,0151,400,150,200,005
HCT980XG1.09970,231,002,900,0800,0150,0151,400,150,200,005
HCT690T1.09470,242,002,200,0800,0150,0150,600,200,200,005
HCT780T1.09480,252,202,500,0800,0150,0150,600,200,200,005
HCT600C1.09530,180,802,200,0800,0150,0151,000,150,200,005
HCT780C1.09540,181,002,500,0800,0150,0151,000,150,200,005
HCT980C1.09550,231,002,700,0800,0150,0151,000,150,220,005
HCT1180G21.09690,231,202,900,0800,0150,0151,200,150,200,005

Mikrorakenne: X, XG=Dual-phase (DP), T=Transformation induced plasticity (TRIP), C=Complex-phase, G2=Martensiittinen (MS)

Esim. Thyssenkruppilla on tuotevalikoimissaan kyseisiä teräksiä. Taulukossa 20 on esitetty Thyssenkrupp HCT450F ferriittis-bainiittisen terästen koostumus ja mekaaniset ominaisuudet (Thyssenkrupp).

Taulukko 20. Thyssenkrupp HCT450F teräksen koostumus ja mekaaniset ominaisuudet

7.2 Autoteollisuuden muovattavat teräkset

Autoteollisuudessa käytetään edellisten lisäksi teräksiä, jotka ovat kahden VDA:n (Verband Der Automotbilindustrie E.V.) julkaiseman standardin mukaisia. Standardit ovat VDA 239-100 Sheet Steel for Cold Forming (VDA239-100, 2024) ja VDA-239-500 Sheet Steel for Hot Forming – Requirements for Raw Material in the Soft Condition before Hot Forming (VDA239-500, 2021). Näistä ensimmäisessä on esitetty kylmä- ja kuumavalssatut kylmämuovattavat teräkset ja jälkimmäisessä kylmä- ja kuumavalssattavat teräkset, jotka kuumamuokataan ja karkaistaan muottiin.

Muovattavat VDA 239-100 standardin mukaiset teräkset

Taulukossa 21 on esitetty seostamattomien kylmävalssattujen ja kuumavalssattujen terästen nimikkeet, mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 21. Standardin VDA 239-100 mukaiset seostamattomat kylmävalssatut (CR) ja kuumavalssatut (HR) teräkset

NimikeRp0.2/ReL   MPaRm   MPaA80 min %r90/20 min  rm/20 minn10-20/Ag min
CR1140-300270-41028   
CR2140-240270-370341,31,20,16
CR3140-210270-350381,81,50,18
CR4140-180270-330391,91,60,20
CR5110-170260-330412,11,80,22
CR6110-170250-330432,32,00,23
HR0240-350310-46023  0,12
HR2180-290270-40030  0,16
NimikeC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al min %Ti max %Cu max %
CR10,120,500,600,0550,0350,0100,300,20
CR20,100,500,500,0250,0200,0100,300,20
CR30,080,500,500,0250,0200,0100,300,20
CR40,060,500,400,0250,0200,0100,300,20
CR50,020,500,300,0200,0200,0100,300,20
CR60,010,500,200,0200,0200,0100,200,20
HR00,130,500,600,0350,0300,0150,300,20
HR20,100,500,500,0250,0300,0150,300,20

Kuten taulukosta nähdään, nimikkeessä olevan numeron kasvaessa terästen lujuus pienenee ja venymä kasvaa. Joillekin teräksille on myös annettu anisotropiaparametrin r ja muokkauslujittumiseksponentin n arvot.

Taulukossa 22 on esitetty matalaseosteisten lujien kylmävalssattujen terästen nimikkeet, mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 22. Standardin VDA 239-100 mukaiset lujat matalaseosteiset kylmävalssatut teräkset

NimikeRp0.2/ReL   MPaRm   MPaA80 min %r90/20 min  rm/20 minn10-20/Ag min 
CR210LA210-300310-410291,01,10,15 
CR240LA240-320320-43027  0,14 
CR270LA270-350350-46025  0,13 
CR300LA300-380380-49023  0,12 
CR340LA340-430410-53021  0,10 
CR380LA380-470450-57019    
CR420LA420-520480-60017    
CR460LA460-580520-68015    
CR500LA500-620560-74013    
CR550LA550-670600-78011    
NimikeC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al min %Ti max %Nb max %Cu max %
CR210LA0,100,501,000,0800,0300,0150,150,100,20
CR240LA0,100,501,000,0300,0250,0150,150,090,20
CR270LA0,120,501,000,0300,0250,0150,150,090,20
CR300LA0,120,501,400,0300,0250,0150,150,090,20
CR340LA0,120,501,500,0300,0250,0150,150,090,20
CR380LA0,120,501,600,0300,0250,0150,150,090,20
CR420LA0,120,501,650,0300,0250,0150,150,090,20
CR460LA0,130,601,700,0300,0250,0150,150,100,20
CR500LA0,140,601,700,0300,0250,0150,150,100,20
CR550LA0,140,601,800,0300,0250,0150,150,100,20

Taulukossa 23 on esitetty matalaseosteisten lujien kuumavalssattujen terästen nimikkeet, mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 23. Standardin VDA 239-100 mukaiset lujat matalaseosteiset kuumavalssatut teräkset

NimikeRp0.2/ReL   MPaRm   MPaA80 min %n10-20/Ag min 
HR210LA210-310310-410290,15 
HR240LA240-340320-430270,14 
HR270LA270-370350-460250,13 
HR300LA300-400380-500240,12 
HR340LA340-440410-540220,10 
HR380LA380-480450-57020  
HR420LA420-520480-60018  
HR460LA460-560520-64016  
HR500LA500-620560-70014  
HR550LA550-670610-75012  
HR600LA600-730650-80011  
HR650LA650-800700-88011  
HR700LA700-850750-95010  
NimikeC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al min %Ti max %Nb max %Cu max %
HR210LA0,100,501,000,0300,0250,0150,150,100,20
HR240LA0,100,501,000,0300,0250,0150,150,100,20
HR270LA0,120,501,000,0300,0250,0150,150,100,20
HR300LA0,120,501,300,0300,0250,0150,150,100,20
HR340LA0,120,501,500,0300,0250,0150,150,100,20
HR380LA0,120,501,500,0300,0250,0150,150,100,20
HR420LA0,120,501,600,0300,0250,0150,150,100,20
HR460LA0,120,501,650,0300,0250,0150,150,100,20
HR500LA0,120,501,700,0300,0250,0150,150,100,20
HR550LA0,120,601,800,0300,0250,0150,150,100,20
HR600LA0,120,602,000,0300,0250,0150,200,100,20
HR650LA0,120,602,100,0300,0250,0150,200,100,20
HR700LA0,120,602,100,0300,0250,0150,200,100,20

Taulukossa 24 on esitetty kylmävalssattujen lujien IF- terästen ja kylmävalssattujen myötövahennettavien (Bake Hardenable) terästen nimikkeet, mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 24. Standardin VDA 239-100 mukaiset kylmävalssatut lujat IF- teräkset ja kylmävalssatut myötövahennettavat (BH) teräkset

NimikeRp0.2/ReL   MPaRm   MPaA80 min %r0/20 min  rm/20 minn10-20/Ag min 
CR180IF180-240320-400351,21,30,19 
CR210IF210-270340-420331,11,30,18 
CR240IF240-300360-440311,01,20,17 
CR270IF270-330380-460290,91,10,16 
CR180BH180-240290-370341,11,30,17 
CR210BH210-270320-400321,11,20,16 
CR240BH240-300340-440291,01,10,15 
CR270BH270-330360-46027––0,13 
NimikeC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al min %Ti max %Nb max %Cu max %
CR180IF0,010,300,700,060,0250,010,120,090,20
CR210IF0,010,300,900,080,0250,010,120,090,20
CR240IF0,010,301,600,100,0250,010,120,090,20
CR270IF0,0150,301,600,110,0250,010,120,090,20
CR180BH0,060,500,700,0600,0250,015  0,20
CR210BH0,080,500,700,0850,0250,015  0,20
CR240BH0,100,501,000,1000,0300,015  0,20
CR270BH0,110,501,000,1100,0300,015  0,20

Taulukossa 25 on esitetty kylmä- ja kuumavalssattujen kaksifaasiterästen nimikkeet, mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 25. Standardin VDA 239-100 mukaiset kylmävalssatut (CR) ja kuumavalssatut kaksifaasi (DP) teräkset

NimikeRp0.2/ReL   MPaRm   MPaA80 min %n4-6 minn10-20/Ag min  
CR290Y490T-DP290-380490-600240,190,15  
CR330Y590T-DP330-430590-700200,180,14  
CR440Y780T-DP440-550780-90014 –  
CR500Y780T-DP500-620780-90012 –  
CR590Y980T-DP590-740980-113010 –  
CR700Y980T-DP700-850980-11308 –  
CR780Y1180T-DP780-9501180-13506 –  
HR330Y580T-DP330-450580-680190,160,13  
NimikeC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al   %Ti+Nb max %Cr+Mo max %B max %Cu max %
CR290Y490T-DP0,140,501,800,0500,0100,015 – 1,00,151,400,0050,20
CR330Y590T-DP0,150,802,500,0500,0100,015 – 1,00,151,400,0050,20
CR440Y780T-DP0,180,802,500,0500,0100,015 – 1,00,151,400,0050,20
CR500Y780T-DP0,180,802,500,0500,0100,015 – 1,00,151,400,0050,20
CR590Y980T-DP0,201,002,900,0500,0100,015 – 1,00,151,400,0050,20
CR700Y980T-DP0,231,002,900,0500,0100,015 – 1,00,151,400,0050,20
CR780Y1180T-DP0,251,502,900,0500,0100,015 – 1,00,151,400,0050,20
HR330Y580T-DP0,141,02,200,0600,0100,015 – 1,00,151,400,0050,20

Taulukossa 26 on esitetty kylmävalssattujen ”Dual Phase/Improved Formability”, ”High Formability”, kylmä- ja kuumavalssattujen ”Complex Phase” sekä kylmävalssattujen ”Complex Phase/Improved Formability” terästen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 26. Standardin VDA 239-100 mukaiset kylmävalssatut ”Dual Phase/Improved Formability” (DH) , ”High Formability” (FH), kylmä- ja kuumavalssatut ”Complex Phase” (CP) sekä kylmävalssatut ”Complex Phase/Improved Formability” (CH) teräkset

NimikeRp0.2/ReL   MPaRm   MPaA80 min %n4-6 minn10-20/Ag min 
CR330Y590T-DH330-430590-700260,210,16 
CR440Y780T-DH440-550780-900130,180,13 
CR700Y980T-DH700-850980-113010   
CR780Y1180T-DH780-9501180-135010   
CR600Y980T-FH600-750980-1130190,11  
CR850Y1180T-FH850-10501180-135013   
CR570Y780T-CP570-720780-92010   
CR780Y980T-CP780-950980-11406   
CR900Y1180T-CP900-10001180-13505   
HR660Y760T-CP660-820760-96013   
HR750Y950T-CP750-950950-11507   
CR780Y980T-CH780-950980-114010   
CR900Y1180T-CH900-11001180-13507   
CR1000Y1370T-CH1000-12501370-15505   
NimikeC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al   %Ti+Nb max %Cr+Mo max %B max %Cu max %
CR330Y590T-DH0,150,802,500,0500,0100,015-1,00,151,400,0050,20
CR440Y780T-DH0,180,802,500,0500,0100,015-1,00,151,400,0050,20
CR700Y980T-DH0,231,002,900,0500,0100,015-1,00,151,400,0050,20
CR780Y1180T-DH0,251,502,900,0500,0100,015-1,00,151,400,0050,20
CR600Y980T-FH0,262,202,500,0500,0100,015-2,00,151,400,0050,20
CR850Y1180T-FH0,262,203,000,0500,0100,015-2,00,151,400,0050,20
CR570Y780T-CP0,181,002,500,0500,0100,015-1,00,151,000,0050,20
CR780Y980T-CP0,231,002,700,0500,0100,015-1,00,151,000,0050,20
CR900Y1180T-CP0,231,002,900,0500,0100,015-1,00,151,000,0050,20
HR660Y760T-CP0,181,002,200,0500,0100,015-1,20,151,000,0050,20
HR750Y950T-CP0,231,002,700,0500,0100,015-1,20,251,200,0050,20
CR780Y980T-CH0,21,203,000,0500,0100,015-1,00,151,400,0050,20
CR900Y1180T-CH0,231,203,000,0500,0100,015-1,00,151,400,0050,20
CR1000Y1370T-CH0,261,203,000,0500,0100,015-1,00,151,400,0050,20

Taulukossa 27 on esitetty kylmävalssattujen martensiittisten ja ferriittis-bainiittisten terästen mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 27. Standardin VDA 239-100 mukaiset kylmävalssatut martensiittiset (MS) ja ferriittis-bainiittiset (FB) teräkset

NimikeRp0.2/ReL   MPaRm   MPaA80 min %n4-6 min 
CR860Y1100T-MS860-11201100-13203  
CR950Y1200T-MS950-12201200-14203  
CR1030Y1300T-MS1030-13601300-15503  
CR1220Y1500T-MS1220-15701500-17703  
CR1350Y1700T-MS1350-17701700-20003  
HR900Y1180T-MS900-11501180-140058 
HR300Y450T-FB300-400450-55025  
HR440Y580T-FB440-600580-70016  
NimikeC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al   %Ti+Nb max %Cr+Mo max %B max %Cu max %
CR860Y1100T-MS0,200,502,000,0200,0250,015-2,00,151,000,0100,20
CR950Y1200T-MS0,230,502,000,0200,0250,015-2,00,151,000,0100,20
CR1030Y1300T-MS0,300,502,000,0200,0250,015-2,00,151,000,0100,20
CR1220Y1500T-MS0,350,502,000,0200,0250,015-2,00,151,000,0100,20
CR1350Y1700T-MS0,350,502,000,0200,0250,015-2,00,151,000,0100,20
HR900Y1180T-MS0,250,802,500,0500,0100,015-2,00,151,200,0050,20
HR300Y450T-FB0,180,502,000,0500,0500,015-2,00,151,000,0050,20
HR440Y580T-FB0,180,502,000,0500,0500,015-2,00,151,000,0050,20

Muovattavat VDA 239-500 standardin mukaiset teräkset

Taulukossa 28 on esitetty standardin VDA 239-500 mukaisten Mn-B-seosteisten terästen nimikkeet, mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 28. Standardin VDA 239-500 mukaiset Mn-B (MB) teräkset. CR=cold rolled, FH=full hard, FR=flexible rolled, HR=hot rolled, DS=direct stamping, IS=indirect stamping, MS=multistep stamping, PS=direct stamping with precooling, UC=uncoated, GA=Zn-Fe hot dip coated, AS=Al-Si hot dip coated, GI=Zn hot dip coated, (1)=full hard, (2)=full hard after flexible rolling

NimikePinnoitusRp0.2/ReL MPaRm MPaA80 min % 
CR1500T-MB-DSUC, GA, AS300-620440-70010 
FH1500T-MB-DS (1)UC650-1100750-1200  
FR1500T-MB-DS (2)UC300-950470-11502 
FR1500T-MB-DS (2)AS320-950460-11502 
CR1500T-MB-ISUC300-530440-70019 
CR1500T-MB-ISGI, GA350-480470-70019 
CR1500T-MB-PSGA300-600600-90012 
CR1500T-MB-MSGA350-900600-11005 
HR1500T-MB-DSUC, GA280-450440-80011 
CR1900T-MB-DSUC, GA280-680440-85011 
CR1900T-MB-ISUC280-680440-85011 
CR1900T-MB-ISGI, GA400-650550-80012 
FH1900T-MB-DS (1)UC800-1250900-1350  
HR1900T-MB-DS/ISUC, GA280-680440-85011 
CR1500T-MB-DSUC, GA, AS300-620440-70010 
NimikeC %Si %Mn %P max %S max %Al   %Ti   %Cr max %Mo max %B   %Cu max %N max %Ni max %
CR1500T-MB-DS/IS0,20-0,25≤0,501,10-1,500,0250,0050,015-0,0800,020-0,050≤0,35≤0,350,0020-0,00500,200,0100,10
HR1500T-MB-DS/IS0,20-0,25≤0,501,10-1,500,0250,0050,015-0,0800,020-0,050≤0,35≤0,350,0020-0,00500,200,0100,10
FH1500T-MB-DS0,20-0,25≤0,501,10-1,500,0250,0050,015-0,0800,020-0,050≤0,35≤0,350,0020-0,00500,200,0100,10
FR1500T-MB-DS0,20-0,25≤0,501,10-1,500,0250,0050,015-0,0800,020-0,050≤0,35≤0,350,0020-0,00500,200,0100,10
CR1500T-MB-PS0,17-0,23≤0,501,70-2,500,0250,0050,015-0,013≤0,050≤0,35≤0,350,0020-0,00500,200,0100,10
CR1500T-MB-MS0,20-0,250,60-1,402,00-2,400,0250,0050,020-0,080 ≤0,35≤0,350,0015-0,00400,200,0100,10
CR1900T-MB-DS/IS0,30-0,38≤0,80≤2,000,0300,0050,010-0,080Ti+Nb ≤0,2≤0,50≤0,550,0010-0,00500,200,0100,10
HR1900T-MB-DS/IS0,30-0,38≤0,80≤2,000,0300,0050,010-0,080Ti+Nb ≤0,2≤0,50≤0,550,0010-0,00500,200,0100,10
FH1900T-MB-DS0,30-0,38≤0,80≤2,000,0300,0050,010-0,080Ti+Nb ≤0,2≤0,50≤0,550,0010-0,00500,200,0100,50

Kuumaprässäyksessä (menetelmää käsitellään kohdassa 4.8) muottiin karkaistavat teräkset ovat tyypillisesti hiili-mangaani-boori seosteisia. Yleisin laatu on PHS1500. Euroopassa tätä laatua kutsutaan yleisesti nimellä 22MnB5 tai 1.5528. Toimitustilassa sillä on ferriittis-perliittinen mikrorakenne ja myötölujuus on 300-600 MPa riippuen kylmämuokkauksesta. Toimitetun teräksen vetolujuus voi olla 450–750 MPa. Murtovenymän (A80) on oltava vähintään 12 %, mutta riippuen pinnoitteen tyypistä ja paksuudesta se voi hyvin ylittää 18 %. Näin ollen tätä laatua voidaan kylmämuovata suhteellisen monimutkaisiin geometrioihin käyttämällä tiettyjä menetelmiä ja pinnoitteita. Karkaisun jälkeen sillä on vähintään 950 MPa myötölujuus ja vetolujuus tyypillisesti noin 1300–1650 MPa. (WorldAutoSteels, 2024)

Standardin VDA239-500 mukaan 22MnB5 voidaan toimittaa pinnoitettuna tai pinnoittamattomana, kuuma- tai kylmävalssattuna. Näiden parametrien mukaan toimitettujen materiaalien mekaaniset ominaisuudet voivat vaihdella merkittävästi. Esimerkiksi epäsuoraa prosessia varten teräksillä on oltava korkeampi venymä kylmämuovattavuuden varmistamiseksi (WorldAutoSteels, 2024).

Viime vuosikymmenen aikana useat teräsvalmistajat ovat tuoneet markkinoille laatuja, joissa on korkeampi hiilipitoisuus, mikä on johtanut vetolujuuteen välillä 1800 MPa – 2000 MPa. Vetyhaurastuminen (HIC) ja hitsattavuus rajoittavat PHS1800-, PHS1900- ja PHS2000-terästen käyttöä, ja tutkimukset ovat käynnissä käytäntöjen kehittämiseksi, jotka minimoivat tai poistavat nämä rajoitteet. (WorldAutoSteels, 2024)

Lisäksi on olemassa suurempaa energian absorptiokykyä omaavia, mutta alhaisemman lujuuden teräksiä, joilla on parantunut muovattavuus ja taivutettavuus. Nämä jaetaan kahteen pääryhmään: puristuskarkaistut teräkset (PQS), joiden vetolujuus on noin 450 MPa ja 550 MPa, sekä suuremman muovattavuuden omaavat PHS-laadut, joiden vetolujuus on noin 1000 ja 1200 MPa. (WorldAutoSteels, 2024)

Taulukossa 29 on esitetty standardin VDA 239-500 mukaisten mikroseostettujen terästen nimikkeet, mekaaniset ominaisuudet ja koostumus.

Taulukko 29. Standardin VDA 239-500 mukaiset mikroseostetut (LA) teräkset. CR=cold rolled, HR=hot rolled, DS=direct stamping, IS=indirect stamping, GA=Zn-Fe hot dip coated, AS=Al-Si hot dip coated, GI=Zn hot dip coated

NimikePinnoitusRp0.2/ReL MPaRm MPaA80 min % 
CR500T-LA-DSAS, GA280-500380-54012 
CR500T-LA-ISGI, GA280-500380-54021 
HR500T-LA-DSAS280-500380-54012 
CR600T-LA-DSAS, GA320-650380-80012 
CR600T-LA-ISGI, GA320-650500-75019 
HR600T-LA-DSAS320-650380-80011 
NimikeC max %Si max %Mn max %P max %S max %Al min %Cu max %Ti+Nb max %
CR1500T-MB-DS/IS0,130,501,500,0300,0250,0150,200,15
HR1500T-MB-DS/IS0,130,501,500,0300,0250,0150,200,15
FH1500T-MB-DS0,130,502,000,0300,0250,0150,200,19
FR1500T-MB-DS0,130,502,000,0300,0250,0150,200,19

7.3 Ruostumattomat teräkset

Muovaukseen tarkoitetuille ruostumattomille teräksille ei ole olemassa erillistä standardia, vaan niihin sovelletaan standardia SFS-EN 10088-2 (SFS-EN10088-2, 2024), jossa on esitetty yleiseen käyttöön tarkoitetut korroosionkestävät levyt ja nauhat. Painelaitteissa käytettäville teräksille sovelletaan standardia SFS-EN 10027-7. (SFS-EN10027-7, 2016). Ruostumattomien terästen lujuudet ovat suhteellisen matalia ja hiilipitoisuudet alhaisia, joten ne ovat muovattavuudeltaan yleisesti ottaen hyviä. Ruostumattomissa teräksissä on myös lujempia laatuja, joiden muovattavuus on luonnollisesti rajallisempi.

Ruostumattomat teräkset ovat runsaasti seostettuja. Niiden pääseosaine on kromi, joka tekee niistä ruostumattomia (min. n. 11 %). Näiden lisäksi teräkset voivat sisältää seosaineina nikkeliä, molybdeeniä, mangaania, typpeä, joilla vaikutetaan terästen korroosionkestävyyteen, että mikrorakenteeseen.

Ruostumattomat teräkset voidaan jakaa mikrorakenteensa perusteella neljään päälajiin. Nämä ovat austeniittiset, ferriittiset, austeniittis-ferriittiset ja martensiittiset ruostumattomat teräkset. Nämä eroavat muodonmuutosominaisuuksiltaan toisistaan, joka vaikuttaa myös muovattavuuteen. Austeniittiset teräkset ovat ferriittisiä teräksiä voimakkaammin muokkauslujittuvia, joka tuo niiden muovaukseen erityispiirteitä. Austeniittis-ferriittiset ja martensiittiset ruostumattomat teräkset ovat yleensä lujempia kuin austeniittiset ja ferriittiset, mikä vaikuttaa niiden muovattavuuteen heikentävästi. Ruostumattomat teräkset voivat olla erilaisissa toimitustiloissa, kuumavalssattu, kylmävalssattu, viimeistelyvalssattu, ym., joka vaikuttaa myös niiden mekaanisille ominaisuuksille asetettuihin vaatimuksiin.

Taulukossa 30 on esitetty yleisimpiä austeniittisia ja ferriittisiä ruostumattomia teräksiä ja niiden mekaanisia ominaisuuksia ja koostumuksia. Terästen nimikkeessä X viittaa teräksen hiilipitoisuuteen, pääseosaineiden nimellispitoisuudet on ilmoitettu niiden lyhenteiden perässä prosentteina (SFS-EN10088-2, 2024), (SFS-EN10027-7, 2016).

Taulukko 30. Eräitä standardin SFS-EN 10088-2 (1) ja SFS-EN 10028-7 (2) mukaisia kylmävalssattuja austeniittisia ja ferriittisiä ruostumattomia teräksiä. A=austeniittinen, B=ferriittinen

NimikeStandardiNumero tunnusLajiaRp0.2 Poik. min MPaRm Poik. MPaA80 min (S<3mm) % 
X2CrNiN18-711.4318A350650-85035 
X10CrNi18-811.4310A250600-95040 
X2CrNi18-911.4307A220520-70045 
X5CrNi18-1011.4301A230540-75045 
X2CrNiN18-1011.4311A290550-75040 
X2CrNiMo17-12-211.4404A240530-68040 
X5CrNiMo17-12-211.4401A240530-68040 
X2CrNi1211.4003F320450-65020 
X6Cr1711.4016F280430-60020 
X3CrTi1711.4510F240420-60023 
X2CrTiNb1811.4509F250430-63018 
X2CrMoTi18-211.4521F320420-64020 
X2CrCuNbTiV22-121.4622F300430-63022 
NimikeNumero tunnusC max %Si max %Mn max %P max %S max %Cr max %Mo max %Ni max %N max %Muut max %
X2CrNiN18-71.43180,0301,002,000,0450,01516,5-18,5–6,0-8,00,10-0,20–
X10CrNi18-81.43100,05-0,152,002,000,0450,01516,0-19,00,806,0-9,50,10–
X2CrNi18-91.43070,0301,002,000,0450,01517,5-19,5–8,0-10,50,10–
X5CrNi18-101.43010,071,002,000,0450,01517,5-19,5–8,5-10,50,10–
X2CrNiN18-101.43110,0301,002,000,0450,01517,5-19,5–8,5-11,50,12-0,22–
X2CrNiMo17-12-21.44040,0301,002,000,0450,01516,5-18,52,00-2,5010,0-13,00,10–
X5CrNiMo17-12-21.44010,071,002,000,0450,01516,5-18,52,00-1,5010,0-13,00,10–
X2CrNi121.40030,0301,001,500,0400,01510,5-12,5–0,30-1,000,030–
X6Cr171.40160,081,001,000,0400,01516,0-18,0––––
X3CrTi171.45100,051,001,000,0400,01516,0-18,0–––Ti 0,80
X2CrTiNb181.45090,0301,001,000,0400,01517,5-18,5–––Nb 1,00 Ti 0,60
X2CrMoTi18-21.45210,0251,001,000,0400,01517,0-20,01,80-2,50–0,030Ti 0,80
X2CrCuNbTiV22-11.46220,0301,000,800,0400,01520,0-24,0–  Nb 0,10-0,70 Ti 0,10-0,70

Austeniittisten ja ferriittisten ruostumattomien terästen muovattavuus eroaa toisistaan niiden kiderakenteen vuoksi. Austeniittinen teräs on voimakkaammin muokkauslujittuva kuin ferriittinen teräs, mikä johtaa korkeampaan murtolujuuteen ja murtovenymään. Ferriittisten terästen myötölujuus on kuitenkin yleensä hieman austeniittisten terästen myötölujuutta korkeampi.

Austeniittisilla teräksillä muokkauslujittumisen voimakkuus voi vaihdella huomattavasti. Muokkauslujittumiseen vaikuttaa taipumus ns. muokkausmartensiitin syntymiseen. Tämä puolestaan riippuu teräksen koostumuksesta ja raekoosta. Tätä ominaisuutta kuvataan ns. Md30-lämpötilan avulla, joka määritelmän mukaan on lämpötila, jossa 30 % venymä aiheuttaa 50 % mikrorakenteesta muuttumisen martensiitiksi.

Md30-lämpötilan laskemiseen käytetään esimerkiksi Noharan (Nohara;ym., 1977) kaavaa:

Missä alkuaineiden pitoisuudet (C, N, Si, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, Nb) annetaan painoprosentteina (%) ja GS on ASTM-G-standardin mukainen raekoko.

Korkeampi Md30-lämpötila viittaa epästabiilimpaan teräkseen, joka on herkempi muokkausmartensiitin muodostumiselle. Tämä puolestaan johtaa voimakkaampaan muokkauslujittumiseen. Muokkauslujittumisen voimakkuus vaikuttaa siihen, millaisissa muovausprosesseissa terästä kannattaa käyttää. Syvävedossa pienempi muokkauslujittuminen on edullista, venytysmuovauksessa taas suurempi muokkauslujittuminen parantaa suorituskykyä.

Esimerkkejä austeniittisten terästen Md30-lämpötiloista (Katajarinne, 2014):

  • EN 1.4318: +22 °C, (epästabiili)
  • EN 1.4301: -13 °C (melko stabiili), +9 °C (melko epästabiili)
  • EN 1.4404: -67 °C, (erittäin stabiili)

Epästabiilit teräkset, kuten EN 1.4318, soveltuvat paremmin venytysmuovaukseen, kun taas stabiilimmat teräkset, kuten EN 1.4404, ovat parempia syvävetoon.

Ferriittisten ruostumattomien terästen muovauksessa esiintyy ns. ”roping” ilmiö. Tämä tarkoittaa esim. syvävedossa pintaan muodostuvaa viirumaisuutta, joka heikentää tuotteen pinnanlaatua. Ongelmaa voidaan kuitenkin vähentää käyttämällä erityisiä ferriittisiä laatuja, jotka sisältävät esimerkiksi titaania tai niobia. Näitä ovat esim. EN 1.4509 ja EN 1.4521 teräkset. Näitä teräksiä tuotetaan tiukkojen valssaus- ja hehkutusolosuhteiden alaisina, mikä auttaa estämään ropingia ja parantaa syvävedon ominaisuuksia (EuroInox, 2008).

8 Lähdeluettelo

Adobe Stock. Adobe Stock. Discover royalty-free stock photos, pictures and images. [Online] [Viitattu: 16. 9 2024.] https://stock.adobe.com/fi/. #501351501.

Ahlu Engineer. 2025. What Are Transfer Dies? [Online] 2025. https://www.ahluengineers.com/products/power-press-automation/sheet-metal-dies/transfer-dies.

Akola, Toni. 2013. Opinnäytetyö. Reiänlaajennuskokeiden vertailu. 2013.

AMINO North America Corporation. NC Dieless Forming (Rapid Prototyping). [Online] [Viitattu: 26. 8 2024.] https://www.aminonac.ca/nc-dieless-forming-rapid-prototyping/.

AP&T. 2024. Solutions – Press Hardening. [Online] 2024. [Viitattu: 23. 9 2024.] https://www.aptgroup.com/solutions/automotive/press-hardening.

Apex Tool Works Inc. 2025. Rotary Forming Machines. [Online] 2025. https://www.apextool.com/machines-systems/rotary-forming-machines/.

Autoform. [Online] [Viitattu: 4. Syyskuu 2024.] https://www.autoform.com/en/glossary/deep-drawing/.

AutoForm Engineering GmbH. AutoForm Forming Reality – Metal Forming Simulation. [Online] [Viitattu: 18. 6. 2025.] https://www.autoform.com/en/metal-forming-simulation/.

—. 2025. AutoForm Tube. AutoForm.com. [Online] 2025. [Viitattu: 4. 8 2025.] https://www.autoform.com/en/products/autoform-tube/.

Avrillaud, Gilles;ym. 2021. Examples of How Increased Formability through High Strain Rates Can Be Used in Electro-Hydraulic Forming and Electromagnetic Forming Industrial Applications. Journal of Manufacturing and Materials Processing, 2021.

Bmax. 2025. Forming. [Online] 2025. https://www.bmax.com/technology/forming?utm_source=chatgpt.com.

BWI. 2025. MAGPULS : Electromagnetic pulse forming. [Online] 2025. https://bil-ibs.be/en/project/magpuls-electromagnetic-pulse-forming?utm_source=chatgpt.com.

Chen, Jony. 2023. micpressed.com. Deep Drawing Dies: The Heartbeat of Forming Intricate Metal Parts. [Online] 18. Marraskuu 2023. [Viitattu: 28. Lokakuu 2024.] https://www.micpressed.com/deep-drawing-dies-heartbeat-forming-intricate-metal-parts/.

Cosasteel. 2022. Rullamuovaus: prosessi, suunnittelu ja tyypit. [Online] cosasteel, 2022. [Viitattu: 18. 2 2025.] https://fi.cosasteel.com/what-is-roll-forming/.

Deep Drawing from A to Z. Metalforming magazine. 2008. s.l. : Metalforming magazine, 2008.

Doherty, A.E. 1996. Explosive Forming. [kirjan tekijä] ASM International. ASM Handbook Volume 14 Forming and Forging. s.l. : ASM INTERNATIONAL Handbook Committee, 1996.

Edwardson, Stuart. 2024. Laser Forming. [Online] 2024. [Viitattu: 31. 5 2024.] https://www.liverpool.ac.uk/~me0u5040/forming1.html.

ELMAG. 2025. EMF Technology. [Online] 2025. https://www.elmaginc.com/electromagnetic-forming-technology.

Ercoset Oy. 2025. Jutec 4800 tuurnallinen putkentaivutin. Ercoset.fi. [Online] Ercoset, 2025. [Viitattu: 30. 7 2025.] https://ercoset.fi/jutec-4800-putkentaivutin/.

—. 2025. Putkentaivutin – Putkentaivutuskone. Putkentaivutin. [Online] 2025. https://putkentaivutin.fi/.

EuroInox. 2008. Ruostumattoman teräksen muovaamisen mahdollisuudet. s.l. : Euro Inox, 2008.

Executive. 2025. ROTARY FORMING MACHINES. [Online] 2025. https://www.executive-candy.com/service/rotary-forming-machines-17.

Fraunhofer. 2025. Electromagnetic forming. [Online] 2025. https://www.iwu.fraunhofer.de/en/research/range-of-services/Competence-from-A-to-Z/forming/sheet-metal-forming/electromagnetic-forming.html?utm_source=chatgpt.com.

Guangzhou Cold Roll-forming Mechanical & Electrical Equipment Co., Ltd. [Online] Guangzhou Cold Roll-forming Mechanical & Electrical Equipment Co., Ltd. [Viitattu: 18. 2 2025.] http://rollform-machines.com/about-us.html.

Hosford, William F ja Caddel, Robert M. 2007. Metal forming: Mechanics and Metallurgy. s.l. : Cambridge University Press, 2007.

Hwang, Yeong-Maw ja Manabe, Ken-ichi. 2021. Latest Hydroforming Technology of Metallic Tubes and Sheets. 2021.

Hydroforming, Deep-Draw Sheet. Metalforming magazine. 2024. s.l. : Metalforming magazine, 2024.

Innovaltech. 2025. Magnetic Pulse System. [Online] 2025. https://www.pft-innovaltech.fr/en/cpt_tim.php.

IQS Directory. 2025. Metal Spinning: Types, Applications, Advantages and More. IQS Directory. [Online] 2025. https://www.iqsdirectory.com/articles/metal-spinning.html.

—. 2025. Tube Bending: Types, Mechanics and Terminology. IQS Directory. [Online] 2025. https://www.iqsdirectory.com/articles/tube-fabrication/tube-bending.html.

ISO 16630 / FDIS. 2017. ISO 16630. Metallic materials sheet and strip hole expanding test. 2017.

ISO-16630. 2017. Metallic materials – Sheet and strip – Hole expanding test. s.l. : ISO (the International Organization for Standardization), 2017.

Jadhav, Sandip;Schoiswohl, Martin ja Buchmayr, Bruno. 2018. Applications of Finite Element Simulation in the Development of Advanced Sheet Metal Forming Processes. s.l. : BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte 163/3, 2018, ss. 109-118.

JQ Laser. 2025. The important role of tube laser cutting before tube bending. JQ Laser. [Online] 2025. [Viitattu: 31. 7 2025.] https://www.jqlaser.com/the-important-role-of-tube-laser-cutting-before-tube-bending/.

Juntunen, Päivi. 2010. Tutkimus teräksen EN 1.4512 rajamuovattavuudesta. Kone- ja tuotantotekniikan koulutusohjelman opinnäytetyö, Kemi-Tornion ammattikorkeakoulu. 2010.

Karila, Mika. 2013. Selvitys vierintämuovaimen muuntamisesta syvävetopuristimeksi. s.l. : Kemi-Tornion ammattikorkeakoulu, 2013.

Katajarinne, Tuomas. 2014. On the Behaviour of the Process and Material in Incremental Sheet Forming. Doctoral Dissertation. s.l. : Aalto University, 2014.

Katajarinne, Tuomas, Ruoppa, Raimo and Kivivuori, Seppo. 2008. Formation Of Strain Induced Martensite In Incremental Sheet Forming. 2008, IDDRG Conference Proceedings.

Kivivuori, Seppo. 2009. Venytysmuovaus. 2009, Osa/vuosik. 2, Ohutlevy.

Komulainen, Arto ja Kivivuori, Seppo. 2010. Painomuovausprosessin hallinta ja soveltaminen sisustuselementtien valmistuksessa. 2010, Osa/vuosik. 1, Ohutlevy.

Korhonen, Antti ja Larkiola, Jari. 2012. Ohutelevyjen muovauksen perusteet. 2012.

Macrodyne Technologies Inc. 2024. Macrodyne Hydraulic Presses. Hot Stamping 101. [Online] 2024. [Viitattu: 4. 9 2024.] https://macrodynepress.com/hot-stamping-101/.

Martikainen, Lasse. 2006. Ohutlevyn muovattavuuden kuvaaminen rajamuovattavuuspiirroksen avulla. s.l. : Ohutlevy lehti, 2006, Osa/vuosik. 2006, ss. 52-56.

MECO Machines. MECO-ISF Incremental Sheet Forming. [Online] [Viitattu: 6. 8 2024.] https://meco-industries.com/en/mec-isf-en/.

Meconet. [Online] [Viitattu: 4. Syyskuu 2024.] https://www.meconet.net/syvaveto/.

—. 2023. Meconet_servotekniikan_yhdistaminen_syvavetoon_fin_2023. [Online] 2023. [Viitattu: 4. Syyskuu 2024.] https://www.meconet.net/syvaveto/.

Metallurgy for Dummies. [Online] [Viitattu: 4. Syyskuu 2024.] https://www.metallurgyfordummies.com/deep-drawing.html.

Mäki-Mantila, Jani. 2001. Ohutlevyjen taivutus ja muovaus. s.l. : Metalliteollisuuden keskusliitto, 2001.

Mäki-Mantila, jani. 2019. Ohutlevytuotteiden valmistusmenetelmien kehittäminen ilmanvaihtolaiteteollisuudessa. 2019.

National material company. [Online] [Viitattu: 10. 03 2025.] https://www.nationalmaterial.com/what-is-roll-forming/.

New possibilities in roll forming. Davis, Dan. 2024. 9, s.l. : The Fabricator, 2024.

Nohara, K;Ono, Y ja Ohashi, N. 1977. Composition and grain size dependencies of strain-induced martensitic transformation in metastable austenitic stainless steels. 1977, Osa/vuosik. 63, ss. 212-222.

Nova Sidera Metal Forming S.r.L. 2024. Vega Spinning Lathes. Nova Sidera. [Online] 2024. https://novasidera.com/products/vega/.

Numerical simulation of the roll forming of thin-walled sections. Barbara Rossi, Hervé Degée, Romain Boman. 2013. s.l. : Elsevier B.V., 2013.

Paisto Oy. Valmistajat.fi. Materiaalien muovaus. [Online] [Viitattu: 4. 9 2024.] https://valmistajat.fi/menetelmat/materiaalien-muovaus.

Pelimanni, Veli-Matti. 2014. Putkien ja ohutlevyjen muovaus hydromuovauskoneella. 2014.

Penttilä, Raimo. 1997. Sähköimpulssimuovaus. Espoo : Valtion teknillinen tutkimuskestus (VTT), 1997. ISBN 951-38-5083-8.

Pipe Processing Technical Institute. 2025. 9 Reasons Why Professional Tube Bending Is Essential for Industrial Projects. Pipe Processing Technical Institute. [Online] 2025. [Viitattu: 31. 7 2025.] https://pipe-pti.com/9-reasons-why-professional-tube-bending-is-essential-for-industrial-projects/.

Pmpdeepdraw. 2022. Different Kinds of Metals Suitable for the Metal Stamping Process. [Online] 4. Tammikuu 2022. [Viitattu: 28. Lokakuu 2024.] https://pmpdeepdraw.com/different-kinds-of-metals-suitable-for-the-metal-stamping-process/.

Pradhan, Nandan. 2025. Zetwerk. [Online] Zetwerk, 2025. [Viitattu: 18. 2 2025.] https://www.zetwerk.com/resources/knowledge-base/sheet-metal/exploring-the-advantages-and-disadvantages-of-roll-forming/.

PSTproducts. 2025. PSTproducts – EMPT technology that works. [Online] 2025. https://www.pstproducts.com/en/pst_about_us.html.

Relicomp. 2015. Painomuovaustekniikka tuo ison säästön työkalukuluihin – Relicomp Oy. 2015, Osa/vuosik. 2, Ohutlevy.

Roller Die Forming. [Online] Roller Die Forming. [Viitattu: 18. 2 2025.] https://www.rollerdie.com/roll-forming/.

Salzgitter. S355NC Datasheet. [Online] [Viitattu: 1. 8 2024.] https://www.salzgitter-flachstahl.de/fileadmin/mediadb/szfg/informationsmaterial/produktinformationen/warmgewalzte_produkte/eng/S355NC.pdf.

Schuler. 1998. Metal Forming Handbook. s.l. : Schuler GmbH, 1998.

SFS-EN ISO 10113. 2020. Metallic materials. Sheet and strip. Determination of plastic strain ratio. s.l. : Suomen Stadardisoimisliitto SFS ry, 2020.

SFS-EN ISO 16808. 2022. Determination of biaxial stress-strain. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS, 2022.

SFS-EN ISO 20482. 2014. Metallilevyjen ja -nauhojen Erichsenin kuppivenytyskoe. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2014.

SFS-EN ISO 6892-1. 2020. Metallien vetokoe. Osa 1: Vetokoe huoneenlämpötilassa. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2020.

SFS-EN ISO12004-2. 2021. Metallic materials – Determination of forming-limit curves for sheet and strip. Part 2: Determination of forminglimit curves in the laboratory. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2021.

SFS-EN10027-7. 2016. Painelaiteteräkset. Levytuotteet. Osa 7: Ruostumattomat teräkset. 2016.

SFS-EN10088-2. 2024. Ruostumattomat teräkset. Osa 2: Yleiseen käyttöön tarkoitetut korroosionkestävät levyt ja nauhat. Yleiset toimitusehdot. 2024.

SFS-EN10111. 2008. Kuumavalssatut kylmämuovattavat teräsnauhalevyt ja -nauhat. Tekniset toimitusehdot. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2008.

SFS-EN10130. 2007. Kylmävalssatut kylmämuovattavat ohutlevyteräkset. Tekniset toimitusehdot. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2007.

SFS-EN10139. 2016. Cold rolled uncoated low carbon steel narrow strip for cold forming. Technical delivery conditions. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2016.

SFS-EN10149-2. 2013. Kuumavalssatut lujat kylmämuovattavat teräslevytuotteet. Osa 2: Termomekaanisesti valssattujen terästen tekniset toimitusehdot. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2013.

SFS-EN10149-3. 2013. Kuumavalssatut lujat kylmämuovattavat teräslevytuotteet. Osa 3: Normalisoitujen tai normalisointivalssattujen terästen tekniset toimitusehdot. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2013.

SFS-EN10152. 2017. Elektrolyyttisesti sinkkipinnoitetut kylmävalssatut kylmämuovattavat ohutlevyteräkset. Tekniset toimitusehdot. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2017.

SFS-EN10268+A1. 2013. Kylmävalssatut kylmämuovattavat lujat ohutlevyteräkset. Tekniset toimitusehdot. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2013.

SFS-EN10338. 2015. Hot rolled and cold rolled non-coated products of multiphase steels for cold forming. Technical delivery conditions. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2015.

SFS-EN10346. 2015. Jatkuvatoimisella kuumaupotusmenetelmällä pinnoitetut kylmämuovattavat ohutlevyteräkset. Tekniset toimitusehdot. s.l. : Suomen Standardisoimisliitto SFS ry, 2015.

SFS-EN4957. 2018. Työkaluteräkset. 2018.

Soulié, Pierre-Louis. 2021. Designwanted. Heard of Explosive Forming and want to know more? [Online] 28. 2 2021. [Viitattu: 19. 11 2024.] https://designwanted.com/explosive-forming-process/.

SSAB. Domex® 300LA-datasheet. [Online] [Viitattu: 27. 8 2024.] https://www.ssab.com/en/brands-and-products/ssab-domex/product-offer/300la.

—. Domex® 355MC-datasheet. [Online] [Viitattu: 5. 8 2024.] https://www.ssab.com/api/sitecore/Datasheet/Get?key=27690dd1e26e44459e61286edb9dacd0_fi-fi.

—. Laser® DC03-Datasheet. [Online] [Viitattu: 15. 8 2024.] https://www.ssab.com/en/brands-and-products/ssab-laser/product-offer/ssab-laser-dc03.

—. Muottiin karkaistavat teräkset (PHS). [Online] [Viitattu: 6. 9 2024.] https://www.ssab.com/fi-fi/brandit-ja-tuotteet/docol/autoteollisuuden-teraslaadut/press-hardening-steel.

—. Strenx 700MC D/E-datasheet. [Online] [Viitattu: 28. 8 2024.] https://www.ssab.com/api/sitecore/Datasheet/Get?key=17a0a491b3ea4daa89da0d781620e01a_fi-fi.

Summanen Oy. 2021. Blogi: Mystinen laji nimeltään putkentaivutus. Summanen.fi. [Online] 2021. [Viitattu: 4. 8 2025.] https://www.summanen.fi/fi/uutishuone/blogi-putkentaivutus/.

The Library of Manufacturing. Deep Drawing. [Online] [Viitattu: 28. 10 2024.] https://thelibraryofmanufacturing.com/deep_drawing.html#top.

Thyssenkrupp. Delivery program. [Online] [Viitattu: 1. 8 2024.] https://d2zo35mdb530wx.cloudfront.net/_binary/UCPtkMXMaterialsProcessingEuropeCopy/1c24e6dc-243b-490d-8cec-d5c0b8176559/tkmpe_delivery_program_EN_2023-10.pdf.

—. Ferrite-bainite-phase steel datasheet. [Online] [Viitattu: 10. 8 2024.] https://www.thyssenkrupp-materials-processing-europe.com/en/c-steel/hot-strip/multiphase-steel/ferrite-bainite-phase-steel.

—. Precidur® DD12 datasheet. [Online] [Viitattu: 10. 8 2024.] https://www.thyssenkrupp-steel.com/media/content_1/publikationen/precision_steel/produktinformationen_1/weicher_unlegierter_stahl/thyssenkrupp_dd12_product_information_precision_steel_en.pdf.

Total Materia. 2009. Laser Forming. [Online] 2009. [Viitattu: 31. 5 2024.] https://www.totalmateria.com/en-us/articles/laser-forming.

Tuomi, Jukka;ym. 2008. MEERI – Numeerisen painomuovauksen menetelmäkehitys, loppuraportti. 2008.

Ulintz, Peter. 2019. Processing Considerations for Metal Spinning. MetalForming Magazine. [Online] 25. Elokuu 2019. https://www.metalformingmagazine.com/article/?/other-processes/spinning/processing-considerations-for-metal-spinning.

University-of-Waterloo. 2025. Electromagnetic forming. [Online] 2025. https://uwaterloo.ca/waterloo-forming-crash-lab/research-areas/legacy-projects/electromagnetic-forming?utm_source=chatgpt.com.

VDA239-100. 2024. Sheet Steel For Cold Forming. 2024.

VDA239-500. 2021. Sheet Steel for Hot Forming – Requirements for Raw Material in the Soft Condition before Hot Forming . 2021.

VLB Group. 2023. The Latest Developments in Tube Bending Industry. VLB Group. [Online] 9. 5 2023. [Viitattu: 31. 7 2025.] https://vlb-group.com/the-latest-developments-in-tube-bending-industry/.

WorldAutoSteels. 2024. Press Hardened Steels. [Online] 2024. [Viitattu: 16. September 2024.] https://ahssinsights.org/tag/vda-239-500/.

Xometry. 2022. Top Tube Bending Design Tips. xometry.com. [Online] 28. 7 2022. [Viitattu: 4. 8 2025.] https://www.xometry.com/resources/tube/tube-bending-design-tips/.