MachinetechnologieVerspaningstechnologieHardmetaal bewerken: hybridetechniek de beste keuze?

Hoe harder het materiaal dat je moet bewerken, hoe harder het snijgereedschap moet zijn. Een vuistregel is, volgens de specialisten van Makino: de snijkant van de frees moet 4 keer zo hard zijn als het werkstuk. Kun je dan hardmetaal (tot 2200 Hv) nog wel economisch frezen?

Makino toont voordelen van de combinatie van vonken en frezen hardmetalen gereedschappen

[dropcap type=”circle” color=#ffffff background=#f16236]V[/dropcap]ergeet CBN-frezen als je hardmetaal moet verspanen. Die boodschap van Matthias Wilke, productmanager bij Makino, is duidelijk als hij een infografic laat zien over de verhouding tussen hardheid van het werkstuk en de eisen die dit aan de frees stelt. Hardmetaal ligt tussen 900 en 2200 Hv in. CBN varieert in hardheid tussen 3000 en 3500 Hv. Met andere woorden: je hebt minstens freesgereedschappen nodig die gecoat zijn met CVD of PVD-technologie. Dergelijke coatings lopen qua hardheid uiteen van 800 tot 10.000 Hv. Dus alleen de hardere coating zijn goed genoeg.

Welke coating?
Makino heeft verschillende coatingtypen met elkaar vergeleken. CVD-gereedschappen (chemisch neerslaan van de deklaag) zijn nauwkeurigheid en hebben een hogere slijtageweerstand dan PCD-gereedschappen. Het nadeel is echter dat ze duur zijn. PCD (polycristallijne diamant) is slijtvast, nauwkeurig en de oppervlaktekwaliteit is heel goed. Ook deze gereedschappen zijn echter duur. Een goedkoper proces om een gereedschap te coaten is electro deposition. Deze techniek wordt eigenlijk alleen bij slijpgereedschappen toegepast. Het is namelijk lastig om een hoge gereedschapnauwkeurigheid te verkrijgen met electro deposition. Daarentegen zijn de kosten wel aantrekkelijker: deze gereedschappen zijn relatief goedkoop. Het toepassingsgebied is echter heel beperkt: eigenlijk alleen maar voor het voorfrezen en dan nog slechts als je met een frees werkt met een diameter groter dan 2 mm. Zet je deze drie coatings naast elkaar in een matrix, dan lijken de CVD-gecoate gereedschappen zowel voor voorfrezen als het nafrezen geschikt te zijn. Alleen, wil je spiegelkwaliteit, dan moet je een PCD-gecoate frees nemen.

[gdl_gallery title=”makino-hardmetaal-bewerken” width=”200″ height=”150″ galid=”1″ ]

iQ300
De Japanse machinebouwer is al een jaar of acht bezig met de ontwikkeling van freesstrategieën voor hardmetalen componenten. In 2009 is mede hiervoor de iQ300 ontwikkeld, een zeer stijve machine, met lineaire aandrijvingen en een spindel die niet alleen tot 45.000 toeren per minuut draait, maar ook nog eens in de Z-richting tot op enkele µm nauwkeurig kan worden gepositioneerd. En dat is een van de vereisten wil je direct hardmetaal kunnen frezen, zegt Matthias Wilke. “Je hebt een stijve spindel en een stijve machineconstructie nodig, anders krijg je problemen met de standtijd van je gereedschappen.” De herhaalnauwkeurigheid van deze machine bedraagt 0,5 µm. Makino heeft bij de iQ 300 gekozen om links en rechts lineaire motoren te plaatsen. Hierdoor verlaagt men de krachten die vrijkomen en kan men beter koelen. De lage trillingswaarde van de machine zorgt uiteindelijk voor de hoge oppervlaktekwaliteit. “Trilling is killing voor oppervlaktekwaliteit.” Nieuw bij de iQ300 is dat Makino een meetsysteem voor de gereedschappen heeft ontwikkeld dat gereedschappen van minimaal 0,01 mm kan meten met behulp van een CCD-camera om de gereedschaplengte te bepalen. Gereedschappen kunnen nu gecontroleerd worden zonder ze uit de machine te halen, wat zeker bij dergelijke microfrezen een belangrijk gegeven is.

Zecha gereedschappen
De Duitse gereedschapproducent Zecha freest zelf hardmetalen gereedschappen op een iQ300 van Makino. Dat gebeurt tegenwoordig met zelf ontwikkelde frezen van 0,5 mm diamater. De trend gaat richting 0,05 mm dunne freesjes, aldus Stefan Zecha van het Duitse familiebedrijf. “Zo dun als een menselijk haar.” Volgens hem heeft het frezen van hardmetaal een groot voordeel ten op zichte van vonkeroderen, namelijk er ontstaat geen witte laag aan het oppervlak van je werkstuk. CBN-frezen zijn ook volgens hem niet goed genoeg om hardmetaal te bewerken. Aan de snijkanten breken de carbidedeeltjes uit. Met de nieuwe HHZ-frezen uit eigen huis krijg je een freesstructuur vergelijkbaar met het frezen van gereedschapstaal. Op de Makino-machine freest Zecha vormen van 8 mm diep met een radius van 0,158 µm en een Rz-waarde van 0,77 µm. De spanen die hierbij vrijkomen hebben een lengte van 8 µm. “Maar het zijn wel spanen”, beklemtoont de gereedschapsproducent. Het bedrijf gebruikt overigens voor het meten sinds kort een scanner elektronen microscoop die tot 45.000 keer vergroot. “Als je over een micron praat, moet je ook een micron meten. Dat kan alleen met een elektronenmicroscoop. Bij tactiel meten meet je met een instrument dat een radius aan de top heeft. Meet je met elektronen dan zie je de echte waarheid.”

Hybrideproces
Toch zou de beste manier om hardmetalen componenten te bewerken wel eens een hybrideproces kunnen zijn: de combinatie van vonkeroderen en verspanen, meent Matthias Wilke. Met die combinatie haalt Makino een oppervlakteruwheid van 0,015 µm. Om het vonkeroderen te versnellen, heeft Makino onder andere een nieuwe generator ontwikkeld. Deze Carbide Booster (120Aeff) reduceert de bewerkingstijd bij het ruwen met zo’n 66 procent (in een oliebad). Dit percentage heeft betrekking op een test met een wolfraamkoper electrode bij het vonkeroderen van G2 hardmetaal. Dankzij de nieuwe generator haalt men een 3 keer zo hoge productiviteit: per minuut kan 2 gram materiaal worden weg gevonkt. Daarna kan de eindbewerking gebeuren door te frezen op de iQ300, waarmee men spiegelkwaliteit behaalt. Matthias Wilke ziet dit als een beter alternatief voor het polijsten van gevonkte werkstukken. Niet alleen duurt het polijsten met de hand veel langer; het is dan lastiger om de gelijke kwaliteit te herhalen bij meerdere werkstukken.

Lees het artikel in het digimagazine om ook de stroomdiagrammen van Makino te zien.

[accordion]
[acc_item title=”Nieuwe vonkgenerator”]

Makino heeft ook een nieuw type generator ontwikkeld voor wie de hoogste oppervlaktekwaliteit met vonken wil bereiken. Deze Surge Pulse Generator, onder andere voor de EDAC- en EDAF machines, leidt tot een ruwheid van 0,04 µm. Dit gaat wel ten koste van de totale bewerkingstijd. Maar daar staat tegenover dat men praktisch polijstkwaliteit haalt. Die nabewerking wordt dus uitgespaard. OP de EMO lanceert Makino ook de nieuwe U6 draadvonkmachine, het grotere zusje van de U3 die nu een jaar op de Europese markt verkrijgbaar is. Deze machine is uitgerust met de nieuwe Hyper i Control, de eerste machinebesturing van Makino die gebruik maakt van de touchscreen mogelijkheden. De besturing laat zich bedienen met vingerbewegingen zoals een smartphone of een tablet worden bediend. Makino denkt dat deze user interface rijp is voor industriële toepassingen. Onderdeel van de besturing is een uitgebreide helpfunctie, E Tech doctor, waarbij de bediener kant en klare oplossingen voor zijn probleem gepresenteerd krijgt.

[/acc_item]
[acc_item title=”Meer informatie”]Makino

Produtec[/acc_item]
[/accordion]