Verspaningstechnologie

Het begrip verspanen omvat veel verschillende disciplines zoals Draaien, Frezen, Schaven, Steken, Boren, Zagen, Frezen, Brootsen, Slijpen, Honen, enz. Aan al deze bewerkingen ligt dezelfde basis ten grondslag n.l. het mechanisch afnemen van materiaal. Welke bewerking ook wordt uitgevoerd je zult altijd met drie belangrijke factoren te maken krijgen namelijk de snijsnelheid Vc de voedingssnelheid fn en de snedediepte ap. Afhankelijk van de bewerking wordt enerzijds het werkstuk aangedreven ( bijv. draaien ) en anderzijds het gereedschap ( bijv. frezen )
Vroeger gebruikte men voornamelijk toolbit gereedschappen dit waren massieve stukken Hoogwaardig Snelstaal ook wel HSS genoemd deze moesten meerdere keren per dag worden geslepen waardoor veel kostbare bewerkingstijd verloren ging. Ook werd toen aanspraak gemaakt op het vakmanschap van degene die deze gereedschappen moest slijpen, er was veel kennis voor nodig om de juiste geometrie te kunnen slijpen. Op den duur werden er aan het HSS materiaal legeringen toegevoegd bijv. Cobalt waardoor de slijtvastheid enigszins toenam. Later kwamen er de gesoldeerde hardmetaalbeitels ook hier gold dat de beitels regelmatig moesten worden geslepen en nog steeds een arbeidsintensieve bezigheid bleef. Tegenwoordig wordt er gebruik gemaakt van moderne gereedschappen zoals beitelhouders en freesboddy’s met wisselplaatjes, deze wisselplaatjes worden nadat ze bot zijn vervangen. Het grote voordeel hiervan is dat er geen extra tijd nodig is om het gereedschap te slijpen. Hierdoor minder steltijd na het wisselen van het gereedschap in verband met een redelijk repeteerbare nauwkeurigheid en lagere gereedschapskosten omdat de houder nagenoeg niet aan slijtage onderhevig is.

gesoldeerd hmsteekmes hss
draaihoudersfreeshouders

Draaien

afbeelding 1Bij draaien wordt het werkstuk gespannen in een klauwplaat, spantang of tussen de centers. Het werkstuk draait hierbij rond zijn eigen as. De snelheid waarmee het werkstuk ronddraait noemen we het toerental en wordt aangeduid met de letter n maar in de praktijk wordt voornamelijk gewerkt met de snijsnelheid Vc het verschil tussen toerental en snijsnelheid is als volgt: het toerental is het aantal omwentelingen per minuut. Terwijl de snijsnelheid weergeeft in hoeveel meters per minuut de omtrek van het werkstuk zich verplaatst. Stel je hebt een ronde staaf met een diameter van 100 mm en het duurt exact 1 minuut voordat de staaf 1 omwenteling heeft gemaakt dan is de snijsnelheid in dit geval 0,314 meter per minuut. De omtrek van een werkstuk kun je berekenen met de volgende formule: Omtrek = Pi x Diameter in mm is in ons geval gelijk aan  3,14 x 100= 314 mm. De voedingssnelheid is de snelheid fn waarmee het gereedschap zich zijdelings verplaatst t.o.v. het werkstuk. zie afbeelding 1. Ook voor de voedingssnelheid worden twee begrippen gehanteerd nl. voedingssnelheid in mm per omwenteling en voeding in mm per minuut. De voedingssnelheid in mm per omwenteling is de afstand die het gereedschap zich per omwenteling in de langsrichting van het werkstuk verplaatst terwijl bij voeding in mm per minuut wordt weergegeven hoeveel mm het gereedschap zich ( ongeacht het toerental ) per minuut in langsrichting verplaatst. De voeding per omwenteling is de eenvoudigste manier om te berekenen maar modernere machines werken nagenoeg altijd met de voeding in mm per minuut. Verder is de snedediepte ap van belang de snedediepte bepaald hoeveel materiaal er per snede wordt weggenomen. Uit bovenstaande beweringen kunnen we de conclusie trekken dat verspanen van materialen een samenspel is van veel factoren het is de kunst om al deze factoren zodanig in verhoudingen te plaatsen zodat er een zo gunstig mogelijk proces ontstaat.

Frezen

scannen0001Voor een freesbewerking geldt eigenlijk hetzelfde maar met dit verschil dat hier niet het werkstuk de snijsnelheid bepaald maar in dit geval het gereedschap zie afbeelding 2 hier zie je meteen dat er in vergelijk met het draaien meerdere snijplaatjes in bewerking zijn in dit geval 6 stuks. Hier spelen echter nog en paar elementen een rol namelijk de verplaatsing per snijplaat fz, dit is de verplaatsing van het gereedschap per tand en de snede breedte ae de laatste kun je voorlopig vergeten hier komen we later op terug. Wat betreft de voeding per snijplaat wordt deze in de praktijk voeding per tand genoemd.

Beitelplaten

scannen0002De snijplaatjes ofwel de draai of freesplaten ( wisselplaten ) zijn er in diverse vormen en kwaliteiten zie afbeelding 3. Ze worden gemaakt van z.g. hardmetaal deze plaatjes zijn wanneer ze bot zijn uitwisselbaar, voordeel hiervan is dat de beitel niet meer behoeft te worden geslepen en het freeslichaam of de beitelhouder niet hoeft te worden vervangen dit scheelt aanmerkelijk in de kosten. De verschillende vormen van de wisselplaatjes worden ook wel de geometrie genoemd.

 

 

 

 

Geometrie

Er bestaan enorm veel verschillende vormen of geometrien waarvan de draai en de meeste boorgereedschappen in een ISO -norm zijn vastgelegd. Maar de meeste freesplaten zijn nog niet volgens de ISO norm geregeld hoewel de platen toch meer en meer onderling qua fabrikaat uitwisselbaar zijn. Het grote voordeel van de fabrikant is dat wanneer er eenmaal een freeshouder is aangeschaft welke niet volgens ISO is gefabriceerd deze als enige de benodigde wisselplaatjes kan leveren. Daarom komt het steeds vaker voor dat wanneer je twee doosjes freeswisselplaatjes afneemt er een gratis body wordt meegeleverd. ( Klantenbinding )

Hardmetaal

Keuze toepassingsgebiedHardmetaal wordt gefabriceerd voor diverse te bewerken materialen, het hardmetaal is opgedeeld in verschillende hoofdsoorten met ieder hun eigen eigenschappen zo zijn er o.a. taaie en harde hardmetaalsoorten de hoofdsoorten zijn ingedeeld volgens tabel 1 en 2 De soorten zijn herkenbaar aan een kleurcodering die vaak ook weer te vinden is in de verschillende catalogi. Het wil niet zeggen dat alle hardmetaal dat onder en bepaalde kleur of gereedschapsgroep valt altijd dezelfde samenstelling behoeft te hebben. Er heeft zich vooral de laatste jaren een enorme ontwikkeling voorgedaan in verschillende samenstellingen van het hardmetaal door allerlei toevoegingen zijn de eigenschappen enorm uitgebreid zo kan het zijn dat een beitelplaat die eigenlijk is ontworpen om bijv. RVS te bewerken het ook heel goed doet in staal. Ook spelen uiteraard de coating en de geometrie een grote rol.

Tabel taaiheid

 

 

 

 

 

Neusradius

neusradiusDe neusradius van een wisselplaat afbeelding 4 heeft meerdere functies nl. versterking van de wisselplaat, verlengen van de standtijd ( slijtage van de wisselplaat ), maatvastheid van het werkstuk en oppervlakte gesteldheid van het te bewerken product. Het zal niet onlogisch klinken wanneer een wisselplaat waarop geen neusradius is aangebracht dus een vlijmscherpe punt heeft sterker aan slijtage en breuk onderhevig is dan een beitelplaat met neusradius waarbij in geval van een scherpe beitelpunt ook de bewerkingssporen scherper en daarmee de ruwheid zal toenemen. Dit zal leiden tot een slechte maatvastheid van het bewerkte werkstuk. De keuze van de afmeting van de neusradius is afhankelijk van de bewerking. Bij het voorbewerken neemt men een grotere neusradius i.v.m de sterkte en bij het nabewerken zal er vaak gekozen worden voor een kleinere neusradius. De meest gebuikte neusradius afmetingen zijn 0,2 – 0,4 – 0,8 en 1,2mm. LET OP! Wanneer je nádraait kies dan een snedediepte ap van minimaal de helft van de neusradius.

Tegenwoordig wordt er ook veel gebruik gemaakt van z.g “Wiper” platen zie afb. links Dit zijn wisselplaten met een theoretisch dubbele neusradius waardoor bij een dubbele aanzet ( voeding ) dezelfde oppervlakte gesteldheid wordt gehaald afb.rechts Je kunt nagaan dat door deze techniek de tijd voor het nabewerken aanzienlijk wordt verkort.

 

Spaanbreker

Afhankelijk van de toepassing zijn de wisselplaatjes vaak voorzien vaneen spaanbreker die zo als de naam al doet vermoeden de spaan moet breken in kleine spanen of krullen in Afb. 7 zie je voorbeelden van verschillende vormen van spanen en krullen.Een spaanbreker is een combinatie van kuiltjes en rillen die de spaan dwingen een bepaalde richting op te gaan. De werking van de spaanbreker is sterk afhankelijk van het te verspanen materiaal. Voor sommige materialen is een spaanbreker zelfs af te raden vooral bij het verspanen van hardere kortspanige materialen, nadeel van de spaanbreker kan zijn dat de plaat een scherpere snijkant krijgt en hierdoor zwakker wordt. Het is moeilijk om alle verschillende spaanbrekers onder te brengen in een classificatie dit komt voornamelijk omdat nagenoeg iedere fabrikant zijn eigen spaanbreker geometrie heeft. Wanneer je tegen een borst draad en last hebt van breuk verlaag dan de voeding vlak voor de borst hierdoor krijg je een lange lintspaan die wat makkelijker wegvloeit.

 

scannen0003

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Positieve en negatieve geometrie

We kunnen beitelplaten en beitelhouders onderscheiden in een positieve en een negatieve geometrie. Een beitelplaat met een negatieve geometrie wordt meest ingezet bij hardere materialen zoal o.a. gietijzer doordat de beitel in een negatieve hoek t.o.v. het werkstuk staat is de krachtenverdeling dusdanig verdeeld waardoor de beitelplaat minder snel uitbreekt afb. 9. Als vuistregel kan worden uitgegaan van hoe zachter het materiaal hou positiever ( scherper ) het gereedschap en hoe harder hoe negatiever ( stomper ) het gereedschap. Veelal wordt er een combinatie gebruikt van beide eigenschappen en heeft een beitelplaat die in een negatieve houder is geplaatst een min of meer scherpere spaanbreker hierdoor worden beide eigenschappen benut dit geld met name voor de taaiere materialen.

 

 

 

 

 

Vaak zie je ook dat een beitelplaat is voorzien van een z.g. fase d.w.z dat het spaanvlak van de plaat een paar honderdste of tiende mm negatief is. Afb. links. Dit zorgt voor een betere krachtverdeling waardoor de plaat minder kwetsbaar wordt voor uitbrokkelen. Ook bij beitelplaatjes met een spaanbreker Afb.rechts wordt vaak een negatieve fasehoek toegepast om dezelfde reden namelijk het versterken van de snijkant.

 

 

Coating

 

coatingOm de hardmetaal beitelplaten naast de goede basis eigenschappen nog verder te verbeteren worden de beitelplaatjes meestal voorzien van verschillende coatingen, deze coatingen worden volgens een speciaal procédé in meerdere lagen opgebracht deze coatingen hebben ieder weer hun eigen specifieke eigenschappen zoals: Verhogen van slijtvastheid, verhogen van hittebestendigheid, verbeteren van de glij-eigenschappen. Ook worden er coatinglagen gebruikt als hechtlaag tussen de verschillende coatingen en als overbrugging voor de verschillende uitzettings coëfficiënten van de coatingen onderling. wanneer er nl. twee coatingen met elk een ander uitzettings coëfficiënt over elkaar heen worden geplaatst ontstaan er scheuren en laten de lagen los. We kunnen onder andere de vogende coatingen onderscheiden: TiN, TiALN, PVD, CVD De fabrikanten zijn doorlopend bezig om nieuwe coatingen te ontwikkelen om de standtijd en de snijeigenschappen van de wisselplaten te verbeteren. Mogelijk kom je ook diverse benamingen tegen die slechts door één fabrikant wordt gevoerd maar deze coatingen komen veelal overeen met andere algemene coatingen.

 

Een beetje saaie theorie

Om het verspaningsproces een beetje te begrijpen ontkom je er niet aan om toch een beetje saaie theorie tot je te nemen.De afbeelding hieronder maakt duidelijk welke geometrische verhoudingen een grote rol spelen in het proces. Om materiaal te kunnen verspanen is een wigvormig gereedschap nodig met een hoek β ( Bèta ) deze hoek bepaald voor het grootste deel de verspanings eigenschappen. Verderop zal blijken in hoeverre deze hoek van invloed is op de krachten die vrijkomen bij verschillende hoeken. Het mag duidelijk zijn dat hoe steiler de hoek hoe zwaarder en hoe scherper hoe lichter de spaan wordt gevormd. Als uitgangspunt kun je er vanuit gaan dat hoe harder het te verspanen materiaal hoe kleiner de spaanhoek γ en hoe zachter het te verspanen materiaal hoe groter de spaanhoek wordt gekozen. De invloed van de gekozen hoek op het gereedschap is hoe stomper de hoek des te sterker het gereedschap en hoe scherper de hoek des te kwetsbaar het gereedschap. De spaanhoek γ wordt gevormd door de stand van het gereedschap t.o.v. de loodlijn van het werkstuk zie afb. 11 deze wordt mede bepaald door de wighoek β en de vrijloophoek α . Tijdens het verspanen komen er grote krachten vrij hierdoor ontstaat plastische vervorming van het materiaal het gereedschap drukt zich in het materiaal waardoor plastische terugvering van het materiaal ontstaat zie afb. 13.
Om even een beeld te krijgen van de snijdruk die de beitelplaat te verwerken krijgt komt deze op ongeveer 2000 N/mm² .

 

stuikvorming

 

 

 

 

 

 

 

 

Wanneer je een spaan goed bekijkt dan zul je zien dat de holle zijde van de spaan een ruwe structuur laat zien en de bolle kant daarentegen glad is. Dit komt door stuik en lamel-vorming van de spaan. De afbeelding links laat zien dat de beitel het materiaal in lamelletjes van het te bewerken materiaal afschuift. je kunt nagaan dat hoe groter de wighoek van het snij gereedschap hoe zwaarder stuik. Niet alleen de verschillende hoeken spelen een grote rol op het verspaningsproces maar ook de temperaturen die vrijkomen zijn van invloed. Het is de kunst om zo weinig mogelijk warmte in het werkstuk en het gereedschap te brengen.

Afbeelding 16
Afbeelding 16

Hoe meer warmte de spaan opneemt hoe beter, hierdoor wordt zo veel mogelijk overtollige warmte afgevoerd. Niet alleen de verschillende hoeken spelen een grote rol op het verspaningsproces maar ook de temperaturen die vrijkomen zijn van invloed.
Het is de kunst om zo weinig mogelijk warmte in het werkstuk en het gereedschap te brengen. Hoe meer warmte de spaan opneemt hoe beter, hierdoor wordt zo veel mogelijk overtollige warmte afgevoerd.

 

 

Maak de juiste keuze

Optimaal produceren is een must, vooral in deze tijd waar de buitenlandse concurrentie overhands toeneemt. Wil je als bedrijf blijven concureren met de z.g lage lonen landen dan moet je je onderscheiden door tactisch te produceren, sneller en doeltreffender. Het is jammer dat er op veel plaatsen maar wat wordt aangeklooid omdat niet het juiste gereedschap wordt gebruikt en wordt het gebruikt dan vaak niet optimaal d.w.z dat veelal niet de juiste parameters zoals snijsnelheden en voedingen worden gebruikt. Ik zal proberen uit te leggen hoe je de juiste keuze maakt tussen materiaal, gereedschap, snijsnelheid en voeding. Maar let op! iedere situatie is weer anders er zijn een aantal belangrijke factoren die een rol spelen bij het verspanen nl. de samenstelling van het materiaal, opspanning van je werkstuk, opspanning van je gereedschap en de stabiliteit van je machine. De hier volgende voorbeelden zal ik aan de hand van de SECO catalogus proberen uit te leggen. Seco-Tools, Sandvik, Guhring, Dormer, en alle andere fabrikanten van verspanende gereedschappen geven regelmatig een nieuwe catalogus uit.
Deze catalogussen zijn erg duur maar bevatten véél informatie en niet alleen van afmetingen en kwaliteiten van de gereedschappen maar óók een technische gids waar je veel informatie uit kunt halen zoals verschillende formules en tabellen. Een advies, neem eens een oude catalogus mee naar huis en bestudeer deze eens goed. Een goede catalogus is een navigatie systeem om tot een juiste gereedschapkeuze te komen. De reden waarom ik de Seco catalogus heb gekozen voor dit voorbeeld is omdat ik het zelf een handzaam boekwerkje vindt en het makkelijk zoekt maar het had net zo goed een catalogus van de Sandvik, Mitsubishi, of iets dergelijks kunnen zijn.

Materiaal

Op vrijwel elke productietekening vindt je de materiaalcodering meestal weergegeven in DIN of Werkstof nummer (in de rubriek interaktieve tabellen vindt je een vergelijkingstabel) Wat je nu als eerste gaat doen is de bewerkingsgroep vaststellen. Wat is een bewerkingsgroep? De bewerkingsgroepen zijn materiaalgroepen die nagenoeg dezelfde verspanende eigenschappen bezitten. Helaas bestaat er tussen de verschillende fabrikanten een verschil van menig welk materiaal tot welke klasse behoort. Het is daarom jammer dat dit niet is vastgelegd in een DIN norm, dat had de materie wel wat eenvoudiger gemaakt maar helaas. We gaan nu éérst vaststellen welk materiaal we gaan bewerken en gaan aan de hand van de materiaaltabel de bewerkingsgroep vaststellen en doen dit als volgt:

We zoeken eerst de materiaal tabel (meestal achter in de catalogus) De materiaaltabel heeft een DIN kleurencodering wat het zoeken vergemakkelijkt nl.
Blauw: Staal
Geel: RVS
Rood: Gietijzer
Groen: Non-ferro
Bruin: Nikkelhoudende materialen en Titaniumlegeringen

Hieronder de hoofdverdeling van de verschillende materialen in materiaalgroepen

 

materiaalgroepen

Hieronder een uitsplitsing van de bovenstaande tabel die het mogelijk maakt om wat gespecificeerder te kunnen zoeken. Stel we gaan C45 verspanen, het doet er even niet toe of we gaan draaien, frezen of boren. We gaan eerst eens kijken in welke materiaalgroep C45 voorkomt, als we gaan zoeken dan vinden we op blad 1 in de 4e kolom C45 gelijk zien we dat deze is ingedeeld in materiaalgroep 3

 

tabel1

 

Stel dat we met een wisselplaatfrees in dit materiaal een sleuf willen frezen van 20mm breed we zoeken éérst een geschikte frees in ons geval zou dit een tweesnijder kunnen zijn volgens de tabel R217.69-2020.3-06-4A

In de tabel hieronder vindt je de afmetingen van de frees met de bijbehorende wisselplaat codering in de laatste kolom.

freeskeus

 

maatvoering freesVoor snijplaatkeuze en snijvoorwaarden zie blad 5. We zien dat dit een frees is met een diameter van 20mm en wat interessant is dat deze frees ondanks zijn kleine diameter 4 wisselplaatjes heeft. Hierdoor heeft de frees een rustige loop omdat er constant meerdere snijkanten in snede zijn. Helemaal rechts van de tabel zien we de codering van de bijbehorende wisselplaten, de wisselplaten vinden we in een andere tabel, in het algemeen wordt onder aan de freestabellen een verwijzing gegeven waar je de bijbehorende wisselplaten en snijvoorwaarden kunt vinden.

 

 

 

 

 

 

De afbeelding hieronder refereert naar de getallen in bovenstaande tabel.

 

hm_kwaliteitenLinks zie je verschillende hardmetaalkwaliteiten en hun toepassing, je kunt de verschillende ISO kwaliteiten herkennen door de letters K,P en M resp. Gietijzer, Staal en Roestvast staal. Uitgaand van ons voorbeeld materiaal C45 zou onze keuze uitkomen op kwaliteit F40M

Vervolgens gaan we de wissel- plaatgeometrie bepalen voor onze gekozen frees We gaan nu de juiste wisselplaat kiezen in de tabel hieronder.

snijvoorwaarden

We hadden de hoofdcodering reeds gevonden in tabel 3 nl.: XO..0602 waarbij de beide puntjes de tolerantie van de wisselplaat en het wisselplaattype vertegenwoordigen. We weten dat de wisselplaat afmeting 06 (Snijkantlengte) en 02 (Dikte) moet hebben om in de freesbody te passen. We hadden al eerder bepaald dat ons materiaal is ingedeeld in materiaalgroep 3 We zien in de tabel hiernaast dat de beste keus wisselplaat XOMX 060204R-M05 met hardmetaalkwaliteit F40M zal zijn. We zien hier gelijk wat meer informatie over de maximale snedediepte Ap, in ons geval 3,5mm met een voeding fz tussen 0,04 tot 0,09 mm per tand. Deze waarden zijn universele startwaarden voor de hardmetaalkwaliteit F40M. Gaan we ons wat meer verdiepen in het optimaal frezen dan gaan we naar de middelste en onderste tabel hier gaan we de parameters zodanig instellen zodat we een optimale gemiddelde spaandikte krijgen. Kijken we nu in de middelste tabel dan zien we in de bovenste rij de door ons gekozen kwaliteit F40M, kijken we in de meest linkse kolom met materiaalgroepen in materiaalgroep 3 (deze hadden we al gevonden in de materiaalgroepentabel) dan vinden we in de 4e kolom de snijsnelheden resp. 290, 235 en 205 in meters per minuut. Recht boven deze kolom vinden we de bijbehorende voeding in mm per omwenteling per tand fz nl. 0,02 – 0,07 en 0,12 In de praktijk gaan we bij voorkeur uit van de gemiddelde waarde in ons geval een snijsnelheid van 235 meter per minuut met een voedingswaarde van 0,07 mm per omwenteling per tand. Gezien onze frees Z=4 tanden heeft moeten we de voedingswaarde van 0,07 vermenigvuldigen met het aantal tanden van de frees.
0,07 x 4 = 0,28 mm/omw. Gaan we nu de snijsnelheid van Vc m/min omrekenen naar het toerental in omw/min en de voedingswaarde van mm/omw naar mm/min dan komen we op de volgende waarden:
n = Vc * 1000 (waarbij Dc = freesdiameter)
3,14 * Dc
n = 235 * 1000 = 235.000 = 3742 omw/min.
3,14 * 20 62,8
Voeding f = n * Zn * fz (waarbij Zn = aantal tanden fz voeding
per tand)
3742 * 4 * 0,07 = 1047 mm/min.
Deze waarden lijken extreem hoog maar wanneer je goed kijkt dan zie je dat de maximale spaandikte maar 0,07 mm bedraagt. Zo zie je hoe belangrijk het is om de voedingswaarden en snijsnelheden op de juiste waarden in te stellen om zo economisch mogelijk te werken. De juiste gemiddelde spaandikte is van belang om een zo optimaal mogelijke standtijd van je gereedschap te bereiken. Met het voorbeeld hierboven zijn we er vanuit gegaan dat we een sleuf in het volle materiaal gaan frezen maar wat nu als we aan de omtrek gaan frezen?

Omtrekfrezen

Gemiddelde spaandoorsnede
Wat is het begrip gemiddelde spaandoorsnede? De gemiddelde

spaandoorsnede wordt bepaald door het gemiddelde van de oppervlakte van de spaan doorsnede. (Afb.17)

gemiddelde spaandoorsnede

phaseDe gemiddelde spaandikte is van belang voor een optimale bewerking van het materiaal je kunt je voorstellen dat wanneer een spaan te dik is deze moeilijk breekt of zelfs het gereedschap beschadigd door de extreem hoge druk. Ook een te dunne spaan kan leiden tot problemen wanneer een spaan namelijk dunner is dan de fase van het gereedschap dan worden de verspanende krachten oneigenlijk verdeeld met gevolg dat het gereedschap snel slijt en de spaan slecht of helemaal niet breekt. (Afb. 18)

 

 

spaandikteVoor een optimaal verspaningsproces is het van belang dat je de gemiddelde spaandikte in acht neemt. Waarom is deze spaandikte zo van belang? Bij het omtrekfrezen is de gemiddelde spaandikte hm relatief klein hierdoor kan de voeding naar rato worden verhoogd. Op afbeelding 19 wordt duidelijk waardoor de spaandikte wordt bepaald. Zoals je ziet is bij een snede breedte ae van 10 mm de gemiddelde spaandikte 0,045 mm bij een verplaatsing a. Bij een gelijke verplaatsing a maar nu met een snede breedte ae van 20 mm zien we dat de gemiddelde spaandikte géén 0,045 mm is maar 0,063 mm. Wat betekend dit in de praktijk? Al eerder hebben we gesteld dat wanneer we concurrent willen blijven produceren we de optimale verspanings gegevens moeten inzetten. Ik zal aan de hand van enkele rekenvoorbeelden aantonen dat de gemiddelde spaandikte wel degelijk een grote rol speelt in het proces.

Voorbeeld 1

Diameter van de Fees Dc = 50 mm
Aantal snijkanten van de frees Z = 6
Snijsnelheid Vc = 220
Snede breedte ae = 10
Snede diepte ap = 20
hm = 0,045

Voorbeeld 2
Diameter van de Fees Dc = 50 mm
Aantal snijkanten van de frees Z = 6
Snijsnelheid Vc = 220
Snede breedte ae = 20
Snede diepte ap = 20
hm = 0,063
Formule voor het berekenen van de gemiddelde spaandikte: hm = Fz . √ Ae / Dc
hm = 0,10 x √ 10 = 0,10 x 0,20 = 0,045
50
hm = 0,10 x √ 20 = 0,10 x 0,40 = 0,063
50
In bovenstaande voorbelden zie je dat het enige verschil tussen voorbeeld 1 en 2 de snedebreedte Ae is.
Bij voorbeeld 1 is deze slechts 10 mm maar bij voorbeeld 2 is deze het tweevoudige nl. 20 mm.
Wat betekend dit? Je ziet in de afbeelding hiernaast deze situaties weergegeven je ziet dat bij beide voorbeelden de verplaatsing a ( Tafelvoeding ) gelijk is maar wat opvalt is dat de gemiddelde spaandikte onderling verschilt resp. 0,045 en 0,063.Stel dat de toelaatbare gemiddelde spaandikte voor je gereedschap 0,063 mm mag zijn. In dat geval is de keuze in voorbeeld 1 correct maar voor de situatie in voorbeeld 2 doe je jezelf tekort omdat de gemiddelde spaandikte onder de toelaatbare norm ligt.In de praktijk komt het er op neer dat je productiviteit eigenlijk te laag ligt. In voorbeeld 3 en 4 gaan we uit van een gemiddelde spaandikte van 0.063 mm voor beide snede breedtes.
Nu zie je gelijk dat de voedingswaarde voor een snedebreedte nagenoeg met 25% toeneemt. Anders gezegd betekend dit dat naarmate de snedebreedte kleiner wordt bij gelijkblijvende gemiddelde spaandikte de voeding hoger wordt.
Voorbeeld 3
Diameter van de Fees Dc = 50 mm
Aantal snijkanten van de frees Z = 6
Snijsnelheid Vc = 220
Snede breedte ae = 10
Snede diepte ap = 20
Hm = 0,063

Voorbeeld 4
Diameter van de Fees Dc = 50 mm
Aantal snijkanten van de frees Z = 6
Snijsnelheid Vc = 220
Snede breedte ae = 20
Snede diepte ap = 20
Hm = 0,063
Formule voor het berekenen van de voeding per tand: Fz = Hm . √ Dc / ae
Fz = 0,063 x √ 50  = 0,063 x 2,24 = 0,14 mm per tand, = 0,14 x Z 6 = 0.84 mm/omw omgerekend 1176 mm/min
10
Fz = 0,063 x √ 50  = 0,063 x 1,58 = 0,10 mm per tand, = 0,10 x Z 6 = 0,6 mm/omw omgerekend 840 mm/min
20
Je ziet dat met dezelfde voeding per omwenteling de snedebreedte Ae van invloed is op de gemiddelde spaandikte.
In dit geval is het verschil 1176 – 840 = 336 mm/min. Samengevat: Om dezelfde gemiddelde spaandikte te bereiken bij een snedebreedte van 10 en 20 mm is een verschil in tafelvoeding van 336 mm/min benodigd.
Aanvalshoek

De aanvalshoek is de hoek van het gereedschap t.o.v het materiaal, deze hoek speelt een belangrijke rol in het proces. Zoals je op afbeelding hieronder kunt zien kun je de spaandikte sterk beïnvloeden en daarmee mogelijk het verspaningsproces aanmerkelijk verkorten. Op  deze  afbeeldingen zie je vijf verschillende situaties, allereerst een aanvalshoek van 90 graden waarbij de spaandikte 0,8mm gelijk is aan de voeding per tand Fz=0,8mm, daaronder zien we een aanvalshoek van 45 graden waarbij het opvalt dat de spaandikte niet overeenkomt met de voeding per tand Fz, de voeding Fz is in dit geval 0,8 mm/tand terwijl de spaandikte 0,77 mm is. Dit houd in dat je de voeding aanmerkelijk kunt verhogen om aan dezelfde spaandikte te komen. Het verschil is het grootst bij de op één na laatste afbeelding hier is de verhouding Fz=0,8mm met een spaandikte van 0,14mm een verschil van 0,66mm hieruit blijkt dat je om eenzelfde spaandikte te verkrijgen de voeding met een factor 0,66 kunt verhogen. Wees vooral niet bang om de voedingswaarde volgens dit gegeven aan te passen je zult zien dat hierdoor je verspanend volume aanmerkelijk wordt verhoogd en de standtijd van het gereedschap aanmerkelijk wordt verhoogd. Bovenstaande bewering valt te berekenen met de volgende formule: F= h h= Fz * sin aanvalshoek
sin aanvalshoek

Bij het derde voorbeeld bij gebruik van ronde wisselplaten varieert de spaanvorming en aanvalshoek met de snedediepte van 100 tot 0 % te berekenen met de volgende
formule: F= h * √d waarbij d = de diameter van de wisselplaat en Ap de snedediepte.
√Ap
Een bijkomend voordeel van een gereedschap met een aanvalshoek kleiner dan 90 graden is dat wanneer je met de frees uit het materiaal loopt het materiaal niet zo gauw zal uitbrokkelen o.a gietijzer.

Hieronder voorbeelden van verschillende frezen met verschillende aanvalshoeken waarbij voor alle frezen geldt dat a = 0,8 mm voeding per tand.

aanvalshoek1Links een hoekfrees met een aanvalshoek van 90 graden hier is de spaandikte gelijk aan de voedingswaarde dus de spaandikte is 0,8 mm

 

 

 

 

 

 

 

 

aanvalshoek2Een frees met een aanvalshoek van 75 graden waarbij de spaandikte 0,77mm bij een voeding Fz = 0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aanvalshoek3Een frees met een aanvalshoek van 45 graden met een spaandikte van 0,57 mm bij een voeding van Fz=0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aanvalshoek4Een frees met een aanvalshoek van 10 graden met een spaandikte van 0,14 mm bij een voeding van Fz=0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aanvalshoek5Als laatste een frees met een ronde wisselplaat waarbij je ziet dat de spaandikte varieert in een verhouding t.o.v. de aanloop van de frees.

 

 

 

 

 

 

 

dscn1792Om kerfwerking te voorkomen zijn er verschillende methoden om de standtijd van de plaat te verlengen.
Nagenoeg elk materiaal heeft een z.g korst deze ontstaat na het gieten, smeden, walsen of andere voorbewerkingen. Deze korst is meestal vrij hard van structuur waardoor de wisselplaat in deze zone extra wordt belast, door de snijkant van de plaat afwisselend met het materiaal in aanraking te laten komen zijn er verschillende methoden:

 

 

 

 

 

 

snedeopdeling kerfwerkingOp de afbeelding links wordt weergegeven hoe je de wisselplaat kunt behoeden voor kerfwerking door te draaien met een variabele snedediepte dit is vooral aan te bevelen bij materialen die z.g. zelfhardend zijn.

 

 

 

 

 

 

 

korst wegdraaienOp de afbeelding links zie je hoe de walshuid of korst wordt verwijderd alvorens de opvolgende snedes te draaien. Eérst wordt de korst aan de voorzijde (X-as) van het werkstuk weggenomen waarna de snedes in horizontale richting volgen, deze methode voorkomt dat het gereedschap elke keer wanneer er een nieuwe snede volgt (Z-as) het gereedschap zich éérst door de korst moet verplaatsen. Het is te overwegen om de 1e snede met een andere beitel te verwijderen je zou hier bijvoorbeeld een taaiere HM-kwaliteit voor kunnen gebruiken.

 

Contact

Van Haersoltelaan 25
8325 ET Vollenhove
mail@verspanersforum.nl
06-12 549 159

Accreditatie

logo-registerleraar

Menu