naar top
Menu
Logo Print
10/04/2018 - PETER WEBER

GROEFSTEKEN IS ALS BALANCEREN OP EEN DUN KOORD

Grootste risico spanen die vastzitten in de groef

Seco
Processtabiliteit is een van de belangrijkste eisen bij groefsteken

Groefsteken is geen gemakkelijke operatie bij CNC-draaibewerkingen. Het risico op beschadigingen aan zowel het werkstuk als gereedschap is groot. Daarom vereist groefsteken een uitgebalanceerde combinatie van de juiste machine, gereedschap, koelsmeertechnologie alsook de juiste gereedschapshouder. Groefsteken is als balanceren op een dun koord.

Processtabiliteit: dat is meteen een van de belangrijkste eisen wanneer men groefsteekt. Dit is echter gemakkelijker gezegd dan gedaan, zeker bij het bewerken van grotere diameters. Hoe dieper de groef, hoe groter de uitsteeklengte van het afsteekgereedschap en hoe groter de kans op trillingen. Ook bij kleinere diameters kan de uitsteeklengte niet altijd zo minimaal mogelijk worden gehouden. Denk bijvoorbeeld maar aan het bewerken achter een subspil. Het snijgereedschap moet de nadelen van een lange uitsteeklengte compenseren. Waar men ook rekening mee moet houden, is dat bij zowel groef- als afsteken de belasting van deze snijkant continu verandert naarmate het snijdende gereedschap dichter bij de hartlijn van het stafmateriaal komt. Als de diepte van de groef groter is dan de breedte, zijn meerdere bewerkingsstappen aan te raden. Uiteraard moet in dat geval de breedte van het snijgereedschap kleiner zijn dan de groefbreedte. Als de groef breder is dan ze diep is, dan heeft de combinatie van in het materiaal gaan en dan het gereedschap in de lengterichting van het werkstuk naar de andere kant van de groef bewegen de voorkeur.

BELANG VAN VOLDOENDE HOGE DRUK

De eerste stap in groefsteken waar de operator zich van moet overtuigen, is of de draaimachine krachtig genoeg is. Juist omdat het risico op trillen van de gereedschapshouder groot is, moet de machine over voldoende vermogen beschikken om de juiste snijsnelheid te kunnen garanderen. Snijsnelheid en voeding spelen een belangrijke rol. Groefsteken met een te lage voeding en snelheid kan tot chatter leiden, met een kortere standtijd van het gereedschap en een slechte werkstukkwaliteit tot gevolg. Ook voldoende druk van het koelsmeersysteem is een vereiste. Met name als er diepe groeven moeten worden gestoken, is er druk van de koelsmeeremulsie nodig om de spanen af te voeren. Hogedrukkoeling breekt bovendien de spanen en zorgt dat ze niet rond het snijgereedschap kunnen krullen. Hoe dichter de koelsmeeremulsie op het snijvlak terechtkomt, hoe stabieler én procesbetrouwbaarder de hele bewerking verloopt. Daarom proberen gereedschapsfabrikanten ook in groef- en steekgereedschappen de koeling door het gereedschap te leiden, wat niet altijd eenvoudig is omdat de houders vaak dun zijn. Hoge druk is zeker noodzakelijk bij diepe groeven. Om het snijgereedschap te beschermen, kan de concentratie van het koelsmeermiddel worden verhoogd. Hiermee verbetert de standtijd van het gereedschap. Daarnaast kan men vaak met hogere snijsnelheden de bewerking uitvoeren.

STABILITEIT GEREEDSCHAPSHOUDER

De stabiliteit van de wisselplaathouder is een essentieel aspect bij het groefsteken. De gereedschapshouder is namelijk dun en, afhankelijk van de diameter die bewerkt moet worden, lang. Gereedschapsfabrikanten zoeken daarom naar speciale materiaalsamenstellingen die zowel de stabiliteit verhogen alsook doorbuiging en vermoeidheid verminderen. Bij inwendig groefsteken speelt de stabiliteit van het gereedschapssysteem wellicht nog een grotere rol. Een ontwikkeling op dit punt is het gebruik van trillingsgedempte boorbaren voor het inwendig groefsteken bij bijvoorbeeld componenten voor de olie- en gasindustrie. Deze boorbaren zijn voorzien van mechanismen die de trillingen opvangen en voor stabielere snijcondities zorgen. Vooral als er diep in een werkstuk groeven moeten worden gestoken, kan zo'n trillingsgedempte boorbaar voor verbeteringen zorgen.

WISSELPLATEN

Met speciale geometrieën van de wisselplaten proberen de gereedschapsfabrikanten niet alleen de spanen snel te breken, maar ze ook smaller te houden dan de groef. Anders ontstaat de kans dat de spaan vast komt te zitten, met vaak een beschadigd werkstuk én gereedschap tot gevolg. Bij moeilijk te verspanen materialen zijn wisselplaten met spaanbrekers aan te raden. Let wel op: hoe agressiever de spaanbreker zijn werk doet, hoe korter de standtijd van het gereedschap wordt. Hier moet de operator feitelijk dus kiezen uit twee kwaden: procesbetrouwbaarheid of standtijd? Een alternatief bij het groefsteken in bijvoorbeeld Inconel kan ook de inzet van een keramische wisselplaat zijn. Keramische snijmaterialen bieden als voordeel dat ze tegen veel hogere temperaturen bestand zijn. Om hier optimaal van te profiteren, is er wel een aangepaste strategie nodig die ervoor zorgt dat de temperatuur aan het oppervlak van het werkstuk verder oploopt dan wat draaiers gewend zijn. Met keramische snijgereedschappen zijn aanzienlijk hogere snijsnelheden haalbaar dan met hardmetalen gereedschappen. Het komt dus de productiviteit ten goede, maar de standtijd van de keramische gereedschappen ligt in absolute zin lager dan die van hardmetalen. Wordt een hoge afwerkingsgraad van het oppervlak gevraagd, dan is een wisselplaat met wipergeometrie aan te raden.

Afsteken groefsteken sandvik coromantKOPSTEKEN

Een bijzondere toepassing van groefsteken is het kopsteken, het draaien van groeven op de kopse kant van het werkstuk (zie ook het kader). Dit is extra lastig omdat het risico groot is dat spanen zich vastzetten in de groeven als er niet voldoende koelsmeermiddel wordt ingezet.

Spaanbeheersing is een voorwaarde voor deze bewerking, evenals een star systeem dat bestand is tegen de snijkrachten die tijdens deze bewerking optreden. Alleen als aan deze twee eisen is voldaan, kan men voldoende hoge snijsnelheden gebruiken en ook bij het kopsteken productief zijn. De stijfheid van de gereedschapshouder moet voor deze toepassing hoog zijn. Dat kan opgelost worden met eventueel de inzet van boorbaren die de trillingen dempen.

Daarnaast is het erg belangrijk dat de koelsmeeremulsie zo goed mogelijk in het snijvlak komt. Boven- en onderkoeling op een gereedschap verhogen de procesbetrouwbaarheid bij het steken van diepe groeven, iets wat met name bij de onbemande productie van belang is.

KOPSTEKEN OP EEN BEWERKINGSCENTRUM?

Kop- en groefsteken zijn typische bewerkingen voor op een CNC-draaimachine. Toch kunnen er soms groeven nodig zijn op onderdelen die men om welke reden dan ook niet op een CNC-draaibank wil maken. Bijvoorbeeld op kleppen voor de olie- en gasindustrie waar afdichtingsringen in geplaatst moeten worden. In dat geval kan men ook op een CNC-bewerkingscentrum kopsteken, mits men een speciaal hiervoor ontwikkelde tooling gebruikt. Op de gereedschapshouder worden dan twee inserts geplaatst, precies afgestemd op de diameter van de groef. Met de speciale software die de NC-code genereert, kunnen er dan groeven worden gedraaid. Het werkstuk staat stil, de beide gereedschappen draaien, waarbij het ene de buitenkant van de groef bewerkt en het andere de binnenkant. Dit gebeurt afwisselend.