naar top
Menu
Logo Print

EFFECT KOELMIDDEL BIJ AFSTEKEN

Kwaliteit neemt toe, slijtage neemt af

De combinatie van erg dunne wisselplaten, nodig om materiaalverlies tot een minimum te beperken, en vaak taaie materialen, heeft afsteken het imago opgeleverd van een van de moeilijkst te controleren verspaningsvormen. Gezien spanen de groef bij het afsteken vaak moeilijk kunnen verlaten, kan de temperatuur van de insert snel oplopen, wat dan weer consequenties kan hebben voor de oppervlaktekwaliteit van het stuk. Het correct inzetten van koelmiddel kan in dit geval soelaas bieden.

VIBRATIES ONDER CONTROLE HOUDEN

Vc = 0 m/min in het center

Afsteken is bijna altijd de finale stap in een resem van bewerkingspassen, waardoor fouten uit den boze zijn, wil men de kosten van het stuk aan het eind van de rit onder controle houden. Deze bewerking verschilt samen met het vergelijkbare groef- of gleufsteken toch wel wat van andere draaibewerkingen, in die zin dat de snijsnelheid bij een constante voeding stelselmatig afneemt naarmate men het center nadert. Hoe dichter men bij de hartlijn komt, hoe meer de tool veeleer dient om te 'duwen' dan om effectief te verspanen. Dat de krachten op het samenspel tussen beitel, wisselplaat en werkstuk in dit geval toenemen, is dan ook niet meer dan logisch.

Hoe stress vermijden?

Naast de geometrie van de machine de snijkant hoort precies op centerhoogte te staan om goed recht te kunnen afsteken zijn er nog factoren die de nodige aandacht vragen om het proces tot een goed eind te brengen. Een van de belangrijkste factoren is de voeding. In de praktijk gebeurt het niet zelden dat afsteken plaatsvindt bij een lage voeding, terwijl onderzoek bij de fabrikanten intussen heeft uitgewezen dat net een hogere voeding resulteert in een betere spaanvorming met dito evacuatie. Om de inwerkende stress op de wisselplaat tot een minimum te beperken en snijkantopbouw en snijkantbreuk te vermijden, reduceert men ook vaak de voedingssnelheid met soms wel 75% dicht bij het center, en raadt men ook aan enkele millimeters voor het center de koeling uit te schakelen. Daarnaast wordt ook de snijsnelheid vaak teruggedrongen om de vibraties die bij deze actie ontstaan op de smalle beitel en wisselplaat te herleiden. Een andere ingreep die kan helpen om vibraties tegen te gaan, is het afsteekblad met een zo kort mogelijke uitsteeklengte opspannen, in relatie tot de diameter van het stafmateriaal.

SPAANBEHEERSING GEEN SINECURE

Ieder materiaal gedraagt zich anders

Het beheersen van zowel spaanvorming als -afvoer blijkt bij het afsteken, meer nog dan bij andere draaibewerkingen, een moeilijkheid die bijzondere aandacht hoort te genieten. Het spreekt voor zich dat niet ieder materiaal zich identiek gedraagt. Zachte staalsoorten (zoals St 37 of St 52-3) bijvoorbeeld hebben de neiging veeleer lange spanen te vormen, terwijl gietijzer net kortspanig is. Om het materiaalverlies te beperken, zijn de spanen ook bijna altijd erg dun, wat impliceert dat ze ook de neiging hebben om minder snel te breken onder de kracht van hun eigen massa. Wikkelen deze lange dunne spanen zich echter doorheen het proces rondom de beitel, dan kunnen de spanen de groef tijdens het proces nóg moeilijker verlaten, wat geheid resulteert in schade aan de wisselplaat en/of een inferieure oppervlaktekwaliteit van het draaistuk. Bovendien geleidt ieder materiaal de voortgekomen temperatuur op een andere manier, wat in meer of mindere mate invloed zal hebben op het proces.

Geometrie wisselplaat

De spaanbreker wordt doorgaans gekozen in functie van de materiaaleigenschappen, om het verspaande werkstukmateriaal zo te kunnen buigen en te breken in hanteerbare spanen, die de gemaakte groef probleemloos kunnen evacueren zonder schade te berokkenen aan het oppervlak van het werkstuk. Bij het afsteken heb je qua wisselplaten de keuze tussen linkse, rechtse of neutrale snijkanten. Gezien er bij de linkse en de rechtse wisselplaten aanzienlijk wat zijdelingse krachten ontstaan, wat het recht afsteken bemoeilijkt, blijken deze varianten in de praktijk enkel te worden gebruikt wanneer het afsteekblad erg kort ingespannen zit. Het voordeel van dergelijke snijkantgeometrie is dan weer dat de tip het stukje materiaal dat in het center van het afgestoken stuk blijft hangen
een stuk kleiner is dan wanneer gekozen wordt voor een neutrale snijkant.

Eigenschappen wisselplaat

Voor taaie draaistukken hoort de wisselplaat vooral sterk en schokbestendig te zijn. Gaat het daarentegen om veeleer abrasieve materialen, is vooral slijtvastheid een belangrijke parameter waar de wisselplaat hoort over te beschikken. Uiteraard hebben voorts ook coatings, zoals een zeer taaie PVD-oppervlaktelaag, hun invloed. Om de oppervlaktekwaliteit intact te houden en gereedschapsslijtage (door bijvoorbeeld snijkantopbouw) tot een minimum te beperken, evolueert ook het draaien steeds meer in de richting van High-Speed Tooling, in navolging van het frezen. Gezien de temperaturen hierbij hoog kunnen oplopen, is het samenspel tussen de snijkantgeometrie, het type van spaanbreker, het materiaaltype en de coating ook in de meeste gevallen bepaald in functie van het verspanen van een specifiek materiaal. Maar er is meer ...

KOELING

Waar de procesparameters en de geometrie van de insert op de beitel hun invloed hebben op een correcte spaanvorming, heeft het correcte gebruik van koelmiddel een niet te versmaden dubbelrol te spelen: enerzijds ten behoeve van een probleemloze en efficiënte spaanafvoer, maar anderzijds ook om zowel de thermische stabiliteit en het oppervlak van het werkstuk als de wisselplaat zelf te beschermen. Het gebruik van koelmiddel resulteert in een efficiëntietoename, zeker bij het draaien van werkstukken met een geringe warmtegeleiding of stukken uit aanladende materialen zoals koolstofarm staal, aluminium en duplex roestvast staal.

Type koelmiddel

Koelmiddel bestaat in diverse varianten, zoals synthetisch, half synthetisch of mineraal. De juiste keuze wordt bij het afsteken vooral bepaald door de smerende eigenschappen. Bij moeilijke materialen, zoals rvs, titaan of een superlegering zoals Inconel 718, lijkt een emulsie met een minimum oliepercentage van 9 à 10% absoluut aan te raden. Bij het afsteken van stalen of gietijzeren componenten, zou 6% al volstaan.

High pressure cooling

Bij het afsteken van moeilijk verspaanbare materialen zoals titaan, gekenmerkt door hun geringe warmteopname waarvoor ze zo geapprecieerd worden (in onder meer de luchtvaartindustrie), blijkt het breken van de dunne chips door de spaanbrekers vaak wat moeilijker. Ook austenitische en duplex roestvrije stalen en superlegeringen leveren niet zelden problemen op met spaanvorming en spaanbreking. Hoewel een koeldruk vanaf 20 bar al een positief effect levert, maakt vooral hogedrukkoeling (vanaf 40 tot 70 bar) het bij deze moeilijk te draaien materialen mogelijk om, naast de spaanbreker zelf, ook nog een extra impact aan de spanen te geven zodat die geheid breken en kunnen worden afgevoerd uit de smalle snijzone. Tegenwoordig wordt deze vorm van koeling steeds meer de standaard. Meer en meer machinefabrikanten brengen machines op de markt die hoge koeldrukken kunnen leveren, en ook machines met een koeldruk tot 150 bar zijn in opmars. De koelmiddeldruk die uiteindelijk nodig is om de spaan te breken, hangt naast het materiaal zelf ook af van de diameter van de nozzle, de snedediepte en de voeding.

Ultra high pressure cooling

Met Ultra High Pressure Cooling koeling bij een druk van 300 bar en meer is de opvolging alvast verzekerd, al dient het gezegd dat er om dit toe te passen een speciale machine vereist is. De techniek wordt op dit moment dan ook bijna uitsluitend toegepast bij toeleveranciers in de ruimtevaart voor het draaien van titanium- en superlegeringen.

KOELMIDDEL OP DE PERFECTE PLAATS

Gezien de constante toevloed van spanen doorheen de krappe ruimte in de smalle snijzone (om materiaalverlies te beperken), is het bij afsteken (en bij uitbreiding ook groefsteken) geen sinecure om het koelmiddel net op dié plaats te krijgen om het meeste voordeel op te leveren. Om die reden kwamen fabrikanten van gereedschappen, na de opkomst van inductoren aders zeg maar in de gereedschappen zelf, de jongste tijd met nogal wat innovaties, die vooral betrekking houden op de meest ideale benadering van koelmiddel, als alternatief voor de opbouw van koelleidingen. Een koelnozzle langs de bovenzijde, op het spaanvlak gericht, zou vooral de spaanbeheersing en -breking ten goede komen (zelfs bij een koeldruk van 10 à 20 bar), terwijl de spuitkop langs de onderzijde van de insert met de focus op het vrijloopvlak een positief effect zou hebben op de standtijd van het gereedschap door het verlagen van de temperatuur in de krappe snijzone. Vooral bij het draaien van oppervlaktehardende materialen (zoals titaan, superlegeringen en roestvrije staalsoorten die onmiddellijk hard worden aan het oppervlak als de temperatuur oploopt), zou deze aanpak lonen.

CONCLUSIE

Zeker voor wie draaistukken manarm tot stand wil laten komen, maar ook bemand wil draaien, loont het de moeite, meer nog, is het onontbeerlijk om de aandacht te vestigen op de verschillende evoluties in koeling. Af- en groefsteken kunnen immers enkel probleemloos gebeuren als er ook kan worden voorzien in een correcte spaanbeheersing. Besef hierbij dat koeling niet enkel een middel is om gereedschapsslijtage tegen te gaan en het werkstukoppervlak te beschermen, maar vast en zeker ook om de spanen te helpen breken om zo een correcte afvoer te kunnen bewerkstelligen. Krijg je de spanen dan nog onmogelijk gebroken, dan lijkt het 'stotterend steken' een laatste mogelijkheid om probleemloos af te steken.