naar top
Menu
Logo Print

TIPS OM DE PRODUCTIVITEIT VAN JE (VLAK)FREESBEWERKING TE VERHOGEN

Een complex samenspel van verschillende factoren

In tegenstelling tot bij een draaioperatie grijpen tijdens het frezen meerdere snijkanten aan die dan ook nog eens aan wisselende mechanische belastingen onderhevig zijn. Om op een productieve manier te kunnen verspanen zonder dat de standtijd van het snijgereedschap er al te zeer onder lijdt, moeten er manieren worden gezocht om die schommelingen te counteren. Een complex kluwen van interagerende factoren ontvouwt zich dan, want zowel de toolgeometrie als de aanvals- en uittredehoek spelen daarbij een rol, net als het aantal snijkanten, de freesstrategie en de spaandikte, om er maar een paar te noemen.


VERGEET-ME-NIETJES

De efficiëntie van een freesbewerking hangt van zeer veel factoren af. Het is de toepassing die zal bepalen welke set van parameters de beste resultaten zal geven. Zoals altijd komt het er dus op aan de juiste knopen door te hakken. Maximaal productief verspanen heeft te maken met een correcte gereedschapskeuze, ook qua diameter en het selecteren van het passende aantal snijtanden. Daarnaast spelen aspecten als de snijsnelheid, tafelvoeding en snedediepte, zowel in radiale als axiale richting. De invloed van deze parameters op het freesproces is bij de meeste verspaners dermate gekend dat weinigen hierin een verkeerde beslissing zullen nemen of er domweg rekening mee vergeten te houden. Maar er bestaan ook andere factoren die eveneens van groot belang zijn voor de productiviteit van het proces en wel soms over het hoofd worden gezien. Dan hebben we het onder meer over de aanvalshoek, de positionering van het snijgereedschap en de spaanvorming. Deze en andere punten nemen we nu even grondig onder de loep.

SPAANDIKTE

Er zijn weinig parameters die een even wijd- vertakte invloed hebben op het spaanproces als de spaandikte. De dikte van de spaan heeft een weerslag op de snijkrachten, -temperatuur, standtijd van het snijgereedschap en ga zo maar door. Hoe dikker de spaan, hoe groter de belasting op de snijkanten die als gevolg daarvan kunnen afbrokkelen en breken. En omgekeerd, bij te dunne spanen ontstaat er meer wrijving en dus warmte. Aangezien de dikte van de spaan fluctueert naargelang van de snijfase, hanteren fabrikanten van snijgereedschappen een gemiddelde waarde (hm) tussen het dikste en het dunste punt van de spanen.

Per toolgeometrie geven de fabrikanten een soort van ideale spaandikte mee die een optimaal verspaningsproces moet opleveren. Op basis van die waarde wordt bijvoorbeeld de voeding bepaald, al lukt die afstemming zeker niet altijd. Bij een complex freesproces, dus al helemaal bij een vijfassige simultane bewerking, moet de software de operator ter hulp schieten. Enerzijds om de spaandikte te beheersen, anderzijds om ervoor te zorgen dat het snijgereedschap constant in aangrijping is, zodat schommelingen in belasting, die voor de snijder zeer nefast zijn, zo veel mogelijk worden beperkt. Strategieën als trochoïdaal frezen, Volumill en nog tal van andere zijn daarop gericht. Veel van de speciale freesbanen zitten trouwens nu al standaard in de machinesturing.


FREESZIN

De manier waarop de spanen zich vormen, is in grote mate afhankelijk van hoe het gereedschap ten opzichte van het werkstuk beweegt. Voor het frezen geldt de gouden regel dat je moet streven naar een tapse vorm van spaan die gaat van dik naar dun. Dat verzekert een stabiel proces, terwijl dikke chips bij de uittrede kunnen leiden tot het uitbrokkelen van de snijkant. Meteen wordt duidelijk waarom fabrikanten in de meerderheid van de gevallen aanraden om meeloopfrezen toe te passen. Die strategie levert immers de gewenste spaanvorm op. Weliswaar ontstaan er bij een intrede aan volle spaandikte (hex) zware mechanische belastingen aan de snijkant, moderne wisselplaten kunnen daar beter mee om dan met de wrijving die typisch is voor tegenloopfrezen. Nog een voordeel van meeloopfrezen is dat de warmte maximaal in de spaan kruipt, met als gevolg dat het werkstuk en het snijgereedschap zijn beschermd.

UITTREDEHOEK

Er moet niet alleen worden stilgestaan bij de manier waarop de frees het materiaal binnengaat, de uittredehoek is evenzeer van belang, met name voor de standtijd van het gereedschap. Als de snijkant te snel of ongelijkmatig het werkstuk verlaat, stijgt de kans dat de tool afbrokkelt. Uit testresultaten blijkt dat een uittredehoek die schommelt tussen -30° en +30°, de meeste problemen oplevert. De standtijd van het gereedschap zou in de ergste gevallen zelfs met een factor tien verkort worden. Overigens, de uittredehoek is de hoek tussen de radiuslijn van de frees en het uittredepunt van de snijkant.

INSTELHOEK

Naast de parameters die voor de hand liggen, mag je de impact van de instelhoek - dat wil zeggen de hoek tussen de belangrijkste, voorste snijkant en het werkstukoppervlak  - op de productiviteit van het freesproces niet onderschatten. De instel- of aanvalshoek beïnvloedt zowel de snijkrachten als de standtijd van het snijgereedschap. Dat kan best een groot verschil geven. In veel toolshops wordt er, simpelweg vanwege de beschikbaarheid, nogal snel gekozen voor een wisselplaat met een instelhoek van 90°. Omdat de snijkrachten hoofdzakelijk axiaal zijn gericht, is dit een ideaal gereedschap voor het frezen van vierkantige sleuven, maar minder voor vlakfrezen.

Bij een instelhoek van 90° is de voeding per tand (fz) namelijk gelijk aan de spaandikte (hex). Met andere woorden, er treedt geen verdunningseffect op, terwijl een dunne spaan minder grote belastingen genereert. Om die reden raden fabrikanten voor het vlakfrezen eerder een instelhoek van 45° aan, waarbij de axiale en radiale krachten mooi zijn uitgebalanceerd. Een instelhoek van 10° is ook een mogelijkheid en gaat gepaard met zeer dunne spanen, tot zes keer dunner dan bij 45°! Alleen betaal je daar ook een prijs voor in de vorm van een kleine snedediepte. Die kan echter gecompenseerd worden door een zeer hoge voedingssnelheid te hanteren. Vandaar de populariteit van dit type wisselplaten bij bedrijven die aan hogevoedingsfrezen doen. Ook bij moeilijke, wat instabiele opspanningen zou een wisselplaat van 10° een verstandige keuze zijn.

Voor het frezen geldt de gouden regel dat je moet streven naar een tapse vorm van spaan die gaat van dik naar dun. Dat verzekert een stabiel proces, terwijl dikke chips bij de uittrede de snijkant zwaar belasten

RADIALE POSITIONERING SNIJPLAAT

Nog in dit verhaal speelt de radiale positionering van de snijplaat ten opzichte van het werkstuk een voorname rol. Een centrale positionering in de hartlijn van het werkstuk zondigt tegen alle regels van het efficiënt verspanen, omdat je de krachten van mee- en tegenloopfrezen combineert. De diameter van de snijtool wordt ook niet optimaal gebruikt, je ramt de snijkant in het stuk, waardoor er maar weinig sprake is van afscheuren. Daarbovenop zit je met een dikke spaan bij de uittrede.


Er doen zich ook situaties voor waarbij je door het midden van het stuk freest en evolueert van een dunne, naar een dikke en opnieuw een dunne spaan op het einde. Ook dit is niet ideaal omdat de spaan in het begin te dun is om de warmte op te nemen en weg te voeren. De warmte hoopt zich daardoor op en er ontstaan trillingen. Vaak worden deze problemen aangepakt door de voeding te verminderen, alleen hypothekeert dat 
de productiviteit.

Gelukkig bestaan er betere oplossingen, zoals het zodanig positioneren van de snijplaat dat de radiale aangrijping 70% bedraagt. Je kunt ook kiezen voor een veel kleinere radiale snedediepte (ae), maar dan moet je wel de snijparameters aanpassen door de voeding samen met de snijsnelheid te verhogen. Het snijcontact is daar kort genoeg voor. Daarnaast kun je nog een simpel programmeertrucje toepassen, dat de roll-intechniek heet. Het komt erop neer dat je de snijkant zachtjes met de klok mee in de snede rolt. De belasting bij impact zal veel minder zijn, terwijl de oppervlaktekwaliteit verbetert.


AANTAL SNIJKANTEN

Als laatste punt willen we het gebruikte aantal snijkanten onder de aandacht brengen. De meeste fabrikanten bieden drie types aan, gaande van weinig tot zeer dichtvertand. Bij instabiele operaties gebruik je het best zo weinig mogelijk snijkanten om de snijkrachten te verminderen, anders zijn medium dichtvertande gereedschappen meer aangewezen. De types met de meeste snijkanten worden vaak toegepast bij operaties met een hoge voeding en kleine axiale snededieptes. Aangezien meer kanten contact maken met het werkstuk, worden de krachten dan ook gelijkmatiger verdeeld.