Gereedschappen die op de CNC-draaibank worden gebruikt

De draaibewerking met computergestuurde numerieke besturing (CNC) is een fundamentele pijler van de moderne productie. Dit proces, waarbij een snijgereedschap materiaal van een draaiend werkstuk verwijdert om cilindrische vormen te maken, is cruciaal in veeleisende sectoren als de lucht- en ruimtevaart, de auto-industrie en de medische sector. Het potentieel van CNC-machines komt pas tot zijn recht met de juiste keuze en toepassing van het meest kritieke onderdeel: het snijgereedschap.

Het snijgereedschap is de schakel tussen machine en werkstuk, het punt waar digitale instructies fysieke werkelijkheid worden. Een weloverwogen keuze van het gereedschapsmateriaal, de geometrie en het opspansysteem heeft rechtstreeks invloed op alle prestatie-indicatoren:

• Maatnauwkeurigheid.

• Kwaliteit van de oppervlakteafwerking.

• Duur van de productiecycli.

• Rentabiliteit en concurrentiekracht van de bewerking.

Soorten gereedschap voor CNC-draaibanken

Om het brede aanbod aan gereedschappen te begrijpen, is het nodig ze in te delen naar functie, opbouw en snijrichting.

Indeling naar verspanende bewerking

Deze indeling groepeert de gereedschappen naar de specifieke taak waarvoor ze zijn ontworpen. De belangrijkste bewerkingen zijn:

• Draaigereedschap (langsdraaien): om de buitendiameter van het werkstuk te verkleinen.

• Vlakdraaigereedschap: Om het voorvlak van het werkstuk te bewerken.

• Uitdraaigereedschap: Om binnendiameters te vergroten of na te bewerken.

• Steekgereedschap: Om kanalen of groeven met een specifieke breedte te maken.

• Afsteekgereedschap: Om het afgewerkte werkstuk van het ruwe materiaal af te steken.

• Draadsnijgereedschap: Om inwendige of uitwendige schroefdraad te maken.

• Afschuingereedschap (faseren): Om een schuine rand te maken.

• Vormgereedschap: Met een specifiek profiel om complexe geometrieën in één snede te maken.

Indeling naar constructie

De fysieke opbouw van het gereedschap bepaalt de stijfheid, de kosten en de modulariteit.

• Integraal type (monoblok): Het hele gereedschap is uit één stuk materiaal gemaakt (bijv. HSS of massief hardmetaal). Het biedt een uitstekende stijfheid, maar zodra de snijkant versleten is, moet het hele gereedschap worden vervangen of nageslepen.

• Gesoldeerd type: Bestaat uit een punt van hard materiaal (bijv. hardmetaal) die op een goedkopere stalen schacht is gesoldeerd. Dit was een populaire oplossing vóór de opkomst van wisselplaatgereedschap.

• Klemtype (wisselplaathouder): Dit is het dominante systeem in de moderne CNC-verspaning. Het bestaat uit een herbruikbare gereedschapshouder die een vervangbare snijplaat (wisselplaat) vastklemt. Wanneer de snijkant versleten is, wordt de wisselplaat snel en goedkoop gedraaid of vervangen.

Indeling naar voedingsrichting

De ‘handigheid’ van het gereedschap bepaalt in welke richting het effectief kan snijden.

• Rechtssnijdend gereedschap (Right-Hand): Het meest voorkomende type, ontworpen om te verspanen met een voeding van de losse kop (rechts) naar de spilkop (links).

• Linkssnijdend gereedschap (Left-Hand): Ontworpen voor de omgekeerde bewerking, met snijden van de spilkop naar de losse kop.

• Neutraal gereedschap: Heeft geen voorkeursrichting en kan in beide richtingen verspanen, wat nuttig is bij profiel- en contourbewerkingen.

Meest gebruikte materialen voor CNC-snijgereedschap

De prestaties van een gereedschap zijn onlosmakelijk verbonden met de eigenschappen van het materiaal van de snijkant. Het ideale materiaal heeft een optimale combinatie van hardheid (slijtvastheid) en taaiheid (breukweerstand).

• Snelstaal (HSS): Dit zijn complexe staallegeringen met een hogere taaiheid dan andere materialen, waardoor ze bestand zijn tegen stoten en onderbroken sneden. Ze worden gebruikt bij lage snelheden, op minder stijve machines en voor zachte materialen zoals aluminium of laagkoolstofstaal.

• Hardmetaal (gecementeerde carbiden): Dit is het veelzijdigste en meest gebruikte materiaal bij CNC-draaien. Het bestaat uit harde deeltjes wolfraamcarbide (WC) die zijn ingebed in een kobaltmatrix (Co). Het biedt een uitstekende warmhardheid en slijtvastheid en maakt veel hogere snijsnelheden mogelijk dan HSS.

• Cermets en keramiek: Cermets zijn slijtvaster dan hardmetaal en leveren een uitzonderlijke oppervlakteafwerking, waardoor ze de voorkeur hebben voor nabewerken met hoge snelheid. Keramiek is nog harder en hittebestendiger en maakt extreem hoge snijsnelheden mogelijk, maar is zeer bros. Het wordt gebruikt voor het verspanen van grijs gietijzer en gehard staal.

• Superharde materialen (CBN en PCD):

• Kubisch boornitride (CBN): Het op één na hardste bekende materiaal en de keuze voor ‘hard draaien’ (verspanen van staal met een hardheid boven 45 HRC), gietijzer en superlegeringen.

• Polykristallijn diamant (PCD): Het hardste beschikbare gereedschapsmateriaal. Het biedt een ongeëvenaarde slijtvastheid. Het is niet geschikt voor het verspanen van staal vanwege de chemische reactiviteit met ijzer. De toepassing richt zich op non-ferrometalen (aluminium, koper) en zeer abrasieve materialen (composieten, versterkte kunststoffen).

• Coatings (PVD en CVD): Dit zijn zeer dunne keramische lagen die op een substraat (meestal hardmetaal) worden aangebracht om de oppervlakte-eigenschappen te verbeteren zonder de taaiheid van de kern aan te tasten.

• CVD (chemische dampdepositie): Levert dikke coatings, ideaal voor voorbewerken met hoge snelheid in staal en gietijzer.

• PVD (fysische dampdepositie): Levert dunnere en gladdere coatings, die de voorkeur hebben voor nabewerken en voor het verspanen van materialen die de neiging hebben aan de snijkant te kleven, zoals roestvrij staal en superlegeringen.

Hoe kiest u het juiste gereedschap voor elke bewerking?

De keuze van het optimale gereedschap moet een logisch en systematisch proces volgen, zodat alle kritieke variabelen worden meegewogen.

1. Analyse van werkstuk en materiaal: Het uitgangspunt is altijd het werkstuk. Bepaal het materiaal (staal, roestvrij staal, gietijzer, enz.) om de kwaliteit (materiaal en coating) van de wisselplaat te kiezen. Analyseer ook de geometrie, de toleranties en de eisen aan de oppervlakteafwerking.

2. Bepalen van de bewerking: Bepaal het type bewerking (langsdraaien, steken, enz.) en maak een duidelijk onderscheid tussen voorbewerken (prioriteit voor materiaalafname) en nabewerken (prioriteit voor nauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit).

3. Keuze van de wisselplaatgeometrie:

• Punthoek: Een grote hoek (bijv. 80°) geeft een sterke snijkant, ideaal voor voorbewerken, terwijl een kleine hoek (bijv. 35°) betere toegankelijkheid biedt voor complexe profielen.

• Grootte van de wisselplaat: Moet in verhouding staan tot de snedediepte om stabiliteit te garanderen.

• Hoekradius (RE): Een grote radius maakt hogere voedingen mogelijk en geeft een sterkere snijkant, maar kan trillingen veroorzaken. Een kleine radius vermindert trillingen en maakt een betere afwerking mogelijk, maar beperkt de voeding.

4. Keuze van kwaliteit en spaanbreker: Op basis van materiaal en bewerking worden de hardmetaalkwaliteit en de coating gekozen (CVD voor voorbewerken van staal, PVD voor roestvrij staal en nabewerken). Kies een spaanbreker die past bij het bereik van voeding en snedediepte voor een goede spaanbeheersing.

5. Keuze van de gereedschapshouder: Kies een gereedschapshouder die maximale stijfheid biedt (zo kort mogelijke uitsteeklengte) en vrije toegang tot het bewerkingsgebied garandeert zonder risico op botsingen.

Tips voor het juiste gebruik van gereedschap voor CNC-draaibanken

Goed gebruik en onderhoud zijn cruciaal om de standtijd van het gereedschap en de efficiëntie van het proces te optimaliseren.

Diagnose en beheer van gereedschapsslijtage

Slijtage is een onvermijdelijk proces dat waardevolle informatie over het verspanen geeft. Het bewaken van slijtage is essentieel om catastrofale breuk te voorkomen. De meest voorkomende soorten slijtage en de oplossingen zijn:

• Vrijloopvlakslijtage: Vooral veroorzaakt door een te hoge snijsnelheid. De oplossing is de snelheid te verlagen of een slijtvastere kwaliteit te kiezen.

• Kraterslijtage: Vorming van een krater op het spaanvlak van het gereedschap, veroorzaakt door hoge temperaturen. De oplossing is een dikkere coating (type CVD) of een lagere snelheid.

• Opbouwsnijkant (BUE): Materiaal van het werkstuk dat aan de snijkant vastlast, vaak bij lage snelheden. De oplossing is de snijsnelheid te verhogen of een gladdere coating (type PVD) te gebruiken.

• Uitbrokkeling/afsplintering: Kleine breuken in de snijkant, vaak door gebrek aan taaiheid of door trillingen. Op te lossen door een taaiere kwaliteit te kiezen of de voeding te verlagen.

Toepassing van koelmiddelen

De snijvloeistof of het koelmiddel heeft meerdere functies: de temperatuur verlagen, smeren, beschermen tegen corrosie en de spaanafvoer ondersteunen.

• Overvloedkoeling: De traditionele methode, waarbij een grote hoeveelheid koelmiddel onder lage druk wordt toegevoerd.

• Hogedrukkoeling (HPC): Richt koelmiddelstralen onder hoge druk rechtstreeks op de snijkant. Dit is uiterst effectief om spanen te breken en af te voeren en maakt een aanzienlijke verhoging van de snijparameters mogelijk.

Preventief onderhoud van de machine

Een slecht onderhouden machine kan trillingen of onnauwkeurigheden veroorzaken die tot voortijdige gereedschapsslijtage leiden. Een onderhoudsprogramma op regelmatige basis, met reiniging, controle van smeermiddelen, inspectie van de uitlijning en kalibratie van de assen, is cruciaal voor een stabiel en nauwkeurig platform waarop de gereedschappen goed kunnen werken.