• 19/12/2013

Vooruitgang van freesgereedschappen

Onlangs ontwikkelde freesgereedschappen bieden de nodige flexibiliteit om ingezet te worden bij de bewerking van steeds complexere onderdelen.

Trefwoorden: #freesgereedschappen, #gereedschapsfabrikanten, #Seco Tools, #verspanen

Lees verder

Productnieuws

ENGINEERINGNET -- Omdat fabrikanten producten met een steeds betere functionaliteit en efficiency op de markt brengen, worden de onderdelen voor deze producten steeds gecompliceerder en lastiger te fabriceren.

Naast het feit dat er complexe contouren en steeds nauwere toleranties worden toegepast, worden de onderdelen vaak gefabriceerd van hoogwaardige materialen die sterk en betrouwbaar, maar moeilijker te bewerken zijn.Ontwikkeling van gereedschappen.

Gereedschapsfabrikanten ontwikkelen voortdurend nieuwe gereedschappen om de efficiency van de bewerking te optimaliseren.

Een voorbeeld van dit proces is de technologische vooruitgang van freesgereedschappen. Volhardmetaalfrezen boden in het verleden al hoge verspaningssnelheden en een uitstekende nauwkeurigheid.

Omdat zij echter uit één onderdeel bestaan, moeten ze bij slijtage opnieuw worden geslepen. Door het wisselen van gereedschappen voor herslijpen wordt de productie onderbroken en het kost tijd en geld.

Om een opnieuw geslepen frees te plaatsen, moeten parameters van het NC-programma worden aangepast, en een ander contour van het onderdeel frezen, houd soms in dat er een andere frees met een geschiktere tandgeometrie moet worden gekozen.

Om een voordelig alternatief te bieden voor volhardmetaalfrezen hebben gereedschapsfabrikanten frezen ontwikkeld met indexeerbare, vervangbare snijplaten. Wanneer de snijkanten slijten, worden deze zogenoemde wisselplaten simpelweg geïndexeerd of gedraaid.

Versleten wisselplaten kunnen snel worden vervangen terwijl het gereedschapslichaam in de machine blijft, en op hetzelfde freeslichaam kunnen wisselplaten met verschillende geometrieën worden aangebracht om verschillende contouren te fabriceren.

Negatief vs. positief
De geometrieën van indexeerbare snijplaten zijn ook doorontwikkeld. Veel indexeerbare snijplaten hebben snijkanten aan zowel de boven- als onderkant. Het draaien van een dergelijke dubbelzijdige snijplaat na indexering verdubbelt het aantal beschikbare snijkanten.

Het ontwerp van dubbelzijdige snijplaten biedt echter geen ruimte achter de snijkant voor een vrijloophoek en het gereedschap kan daarom niet worden toegepast met een positieve spaanhoek.

Bij een frees met positieve spaanhoek is het grootste deel van het snijplaatlichaam van de snijkant af gekanteld, waardoor de snijkant het werkstukmateriaal afsnijdt.

Andersom is bij een frees met negatieve spaanhoek het grootste deel van het snijplaatlichaam naar het werkstuk toe gekanteld en wordt het materiaal tijdens het snijden voornamelijk weggeduwd.

Vanwege zijn ontwerp moet de snijkant van een dubbelzijdige snijplaat het werkstuk met een negatieve hoek benaderen.

Frezen met negatieve spaanhoek bieden bepaalde voordelen. Ze zijn sterk, kunnen hoge spaanbelastingen en snijkrachten aan en zijn daardoor geschikt voor ruwfrezen, onderbroken sneden en taaie abrasieve werkstukmaterialen zoals gietijzer.

De beschikbaarheid van meerdere snijkanten bespaart gereedschapskosten waardoor dubbelzijdige negatieve snijplaten een economische keuze kunnen zijn bij eenvoudige 2-D-freesbewerkingen en eenvoudig te bewerken werkstukmaterialen.

Omdat frezen met een negatieve spaanhoek het materiaal echter wegduwen in plaats van het af te snijden, genereren ze hoge snijkrachten en veel warmte.

Als het vermogen van de bewerkingsmachine te laag is of als het totale bewerkingssysteem onvoldoende stabiel is, gaat dit ten koste van de uiteindelijke nauwkeurigheid. De snijkrachten die door een frees met negatieve spaanhoek ontstaan, kunnen bij een dunwandig onderdeel tot vervorming leiden.

De tegenhanger hiervan is een frees met positieve spaanhoek. Deze is vrijsnijdend, waardoor de snijdruk tot een minimum wordt beperkt. Met dit soort frees kunnen vaak scherpe contouren worden gesneden, hetgeen niet mogelijk is met een frees met negatieve spaanhoek.

Geometrieën met positieve spaanhoek bieden veel flexibiliteit, waardoor zeer uiteenlopende bewerkingen kunnen worden uitgevoerd, zoals gleuffrezen, contourfrezen, spiraalfrezen en kopieerfrezen.

Deze gereedschappen kunnen helpen machinebewerkingen met oudere en/of minder stabiele machines te stabiliseren. En het minimaliseren van de snijkrachten is cruciaal bij de bewerking van taaie materialen zoals titanium, inconel en vele soorten roestvaststaal.

Eenzijdige snijplaten
Om te voorzien in indexeerbare snijplaten die met positieve spaanhoek kunnen snijden, bieden gereedschapsfabrikanten eenzijdige snijplaten met vrijloophoeken achter de snijkanten aan.

Hoewel deze snijplaten niet kunnen worden omgedraaid, kunnen zij wel worden gedraaid in de houder, waardoor zij meerdere bruikbare snijkanten hebben.

De lichtsnijdende eigenschappen van frezen met positieve spaanhoek verminderen de snijkrachten en de bij bewerking vrijkomende warmte, wat de standtijd verbetert.

Dit is belangrijk omdat een eenzijdige snijplaat vergeleken met dubbelzijdige snijplaten een drie keer zo hoge standtijd per snijkant moet hebben om kosteneffectief te zijn.

Tot de beschikbare eenzijdige high-performance snijplaten met positieve snijhoek die zijn ontwikkeld voor freesbewerkingen behoren de gereedschappen XO.X10, die zijn ontwikkeld voor de Turbo 10-serie frezen van Seco Tools.

De snijplaten zijn ontworpen voor minimale snijkrachten en maximale spaancontrole en beschikken bovendien over de flexibiliteit een grote verscheidenheid aan onderdeelcontouren en materialen te bewerken.

Ontwikkelde geometrieën
Naast het fundamentele onderscheid tussen positieve en negatieve snijkanten hebben gereedschapsfabrikanten zeer diverse snijkantbehandelingen ontwikkeld, gericht op het optimaliseren van de productiviteit in verschillende werkstukmaterialen.

Scherpe, gepolijste onbeklede snijkanten bijvoorbeeld werken prima in zachtere materialen zoals goed bewerkbare aluminiumlegeringen.

Voor moeilijker bewerkbare materialen zoals staalsoorten, gietijzer of roestvrijstaalsoorten is snijkantshoning of afschuining van de snijkant nodig om deze te beschermen tegen afschilferen.

Snijplaten die zijn ontworpen om bijvoorbeeld gietijzer te bewerken, hebben vaak een versterkte snijkant met zowel een negatieve afschuining als een honing van de snijkant van circa 30-35 micron.

Aan de andere kant is voor inconel en titanium een lichter snijdende geometrie zonder afschuining en een snijkantshoning van circa 20-25 micron vereist.

Kwaliteiten en bekledingen
De prestaties van snijgereedschappen worden grotendeels bepaald door een combinatie van substraatkenmerken en slijtvaste bekledingen. Bij snijplaatsubstraten zijn taaiheid en hardheid meestal in evenwicht.

Een taaie kwaliteit biedt breukvastheid, die nodig is bij het uitvoeren van onderbroken sneden, bepaalde lastige werkstukmaterialen en minder stabiele opstellingen in bewerkingsmachines.

Aan de andere kant bieden hardere kwaliteiten de nodige slijtvastheid om abrasieve werkstukmaterialen te kunnen bewerken.

Bekledingen zijn bedoeld om de prestaties van het gereedschap te optimaliseren door extra weerstand tegen slijtage en warmte te bieden. Basisbekledingen omvatten materialen voor algemene toepassingen zoals TiN (titaniumnitride), wat kostenefficiënt en goed is voor ferrometaaltoepassingen zonder veel warmteontwikkeling.

Een meer geavanceerd bekledingsmateriaal is AlTiN (aluminium-titaniumnitride). Dit is duurder dan een basisbekleding maar heeft een goede weerstand tegen hoge temperaturen, waardoor het uitstekend geschikt is voor uitdagende toepassingen zoals het frezen van titanium, legeringen op basis van nikkel, en diverse soorten gietijzer.

In sommige gevallen maakt de hoge warmtebestendigheid droge bewerking mogelijk. Iedere gereedschapsfabrikant ontwikkelt zijn eigen variaties op basisbekledingsconcepten: in de Duratomic bekleding van Seco bijvoorbeeld wordt de atomaire structuur van de aluminiumoxide buitenlaag zodanig beheerst dat een optimale oppervlaktestructuur ontstaat, waardoor standtijd en oppervlakteafwerking toenemen, en hogere snijparameters gehanteerd kunnen worden.

Hoekfrezen en spiraalvertande frezen
Frezen zijn over het algemeen geconfigureerd voor specifieke bewerkingssituaties. Hoekfrezen, met een enkele rij snijplaten radiaal rondom de omtrek van de frees, zijn geschikt wanneer de axiale snedediepte kleiner is dan de lengte van de snijkant van een enkele snijplaat.

Voor grotere snedediepten kunnen spiraalvertande frezen, met versprongen aangebrachte rijen snijplaten, worden gebruikt voor gleuffrezen, pocketfrezen en kopieerfrezen alsmede voor rond- en helicoidaal frezen.

De steek van de vertanding van een frees, d.w.z. de afstand tussen de snijplaten, is van invloed op de prestaties. Wijdvertande frezen (grote afstand) zijn geschikt wanneer het vermogen en de stabiliteit van de machine beperkt zijn of wanneer de frees op een lang verlengstuk wordt gemonteerd of wordt gebruikt voor een diepe axiale snede.

Aan de andere kant bieden dichtvertande frezen maximale metaalverspaningsdebieten bij toepassing in stabiele opstellingen in krachtige machines. Bij gebrek aan vermogen en stabiliteit van de machine kan een agressieve toepassing van een dichtvertande frees leiden tot trillingen.

Het assortiment Turbo 10-frezen van Seco omvat zowel diverse hoekfrezen als spiraalvertande frezen. Met de juiste snijplaatgeometrie kunnen de hoekfrezen hoeken van 90 graden bewerken. De frezen worden aangeboden met twee vertandingen, dicht en wijdvertand.

De onlangs geïntroduceerde Turbo 10 spiraalvertande frezen zijn verkrijgbaar in diameters van 32 tot 80 mm, voor snedediepten van 0,8xD tot 2,0xD. Zowel de hoekfrezen als de spiraalvertande frezen zijn verkrijgbaar met diverse opnames.

De flexibiliteit van het Turbo 10-systeem wordt onderstreept door de keuzemogelijkheid uit 13 hardmetaalkwaliteiten, drie kwaliteiten met PCD-tip en vijf geometrieën die geschikt zijn voor een keur aan materialen inclusief staal, roestvaststaal, gietijzer, geharde materialen, superlegeringen en non-ferrometalen.

Hogere nauwkeurigheid
De rondlooponnauwkeurigheid van volhardmetalen gereedschappen is over het algemeen minder dan bij indexeerbare gereedschappen en er kan meestal een betere oppervlakteafwerking mee worden bereikt.

Om die reden is het in veel gevallen goed om te ruwen en semi-afwerken met een frees met indexeerbare snijplaten en de uiteindelijke oppervlakteafwerking uit te voeren met een volhardmetalen finishfrees.

Aan de andere kant hebben sommige freeslichamen, waaronder de Turbo 10-frezen, precisiegefreesde snijplaatzittingen om afwijkingen in de passingen tussen de snijplaatoppervlakken te minimaliseren en daardoor de bewerkingsnauwkeurigheid alsmede de standtijd van het gereedschap te verbeteren.

De juiste toepassing
Om volledig te kunnen profiteren van de toegenomen mogelijkheden van geavanceerde gereedschappen, dienen deze op de juiste manier te worden toegepast.

Een typisch voorbeeld van onjuiste toepassing is het gebruik van een onjuiste kwaliteit, bijv. een hard en slijtvast substraat voor een snede waarbij een taaie, slagvaste frees geschikter zou zijn.

De meest voorkomende fout bij de toepassing van geavanceerde freesgereedschappen is echter het gebruik van snijparameters waarbij de prestatiemogelijkheden van het gereedschap niet ten volle worden benut.

Veel gebruikers hanteren voor het geavanceerde gereedschap dezelfde parameters als voor de gereedschappen van lagere kwaliteit die zij voorheen gebruikten. Vaak is daarbij de voeding, snijsnelheid of beide te laag. De sleutel tot productiviteit is agressiever bewerken.

Voor sommige gereedschappen moet de snelheid worden verhoogd, terwijl voor andere geometrieën een hogere voeding vereist is. De gebruiker dient bij de introductie van nieuwe producten altijd de gereedschapsfabrikant te raadplegen.

Voortdurende vooruitgang
Vele bedrijfstakken, met name de lucht- en ruimtevaart, energie-en defensiesector, ontwikkelen nieuwe producten met complexe en zeer nauwkeurige componenten en maken gebruik van nieuwe werkstukmaterialen die moeilijker te bewerken zijn.

Steeds meer onderdelen hebben contouren waarvoor een bewerkingstechnologie met vijf assen vereist is en sommige componenten die voorheen werden samengesteld uit verschillende onderdelen, worden nu als één geheel gefabriceerd.

Door deze trends zal de ontwikkeling van nieuwe freesgereedschapstechnologieën worden versneld. Er zal steeds meer vraag ontstaan naar lichtsnijdende, high-performance gereedschappen die speciale legeringen kunnen bewerken met lage snijkrachten en hoge nauwkeurigheid. De evolutie van freesgereedschappen zal onverminderd doorgaan.


Door:
Tapio Alatalo, Global Product Manager Square Shoulder/ Helical Milling, Seco Tools

Voor meer informatie:
Seco Tools Benelux
Arnaud De Potter
Chaussée de Nivelles 28-30 - B-1410 Braine-l'Alleud
+32 (0)2 389 09 85 - arnaud.de.potter@secotools.com

ACHTERGROND
Seco Tools, waarvan het hoofdkantoor gevestigd is in Fagersta, Zweden, geniet wereldwijd een uitstekende reputatie op het gebied van de ontwikkeling van innovatieve verspaningsoplossingen en nauwe samenwerking met klanten om inzicht te krijgen in hun behoeften en daarin effectief te voorzien.

We hebben meer dan 5000 werknemers in dienst in 50 landen en motiveren onze teamleden door training- en ontwikkelingsprogramma's, erkenning en door een open communicatieomgeving.

Onze werknemers staan voor drie kernwaarden - een passie voor klanten, eensgezindheid en persoonlijke betrokkenheid - die bepalend zijn voor onze benadering van het bedrijfsleven en voor de wijze waarop we interactief omgaan met elkaar, met onze klanten, toeleveranciers en andere partners. Wilt u hier meer over weten, bezoek dan onze website www.secotools.com.

Dit gesponsorde tekstBERICHT is een realisatie van:
MEPAX


Bericht van de redactie: dit is een ingezonden mededeling, die mogelijk niet vrij is van commerciële invloeden. De verantwoordelijkheid voor de verstrekte technische en andere gegevens berust volledig bij de vermelde leverancier of fabrikant.