Seco X4

Gereedschapsfabrikanten reviseren samen met wetenschappelijke instituten testprocedures voor gereedschappen voor het bewerken van roestvast staal. Ze willen nieuwe richtlijnen voor het verspanen van RVS. Ze houden hierbij meer rekening met de thermische eigenschappen van bepaalde materialen. Deze zijn belangrijk voor het bewerken van austenitisch roestvast staal en andere hoogwaardige legeringen. De huidige aanbevolen parameters voor machinale bewerking zijn immers grotendeels gebaseerd op taaiheids- en hardheidskenmerken van gewone staalsoorten.

 

Thermische eigenschappen RVS vragen andere snijparameters

Dezelfde eigenschappen die legeringen van roestvast staal tot een uitstekend constructiemateriaal maken, zorgen er tegelijkertijd voor dat het bewerken ervan gecompliceerd is. Een zorgvuldig afgewogen combinatie van eigenschappen en geometrieën van het snijgereedschap en de toepassing van agressieve snijparameters kunnen de productiviteit van het verspanen van roestvast staal aanzienlijk verhogen.

atomicDit kan er fout gaan.

Evolutie van legeringen

Standaardlegeringen van roestvast staal vallen in de categorie van ferritische of martensitische legeringen. Ferritische legeringen bevatten 10-12 procent chroom en kunnen niet worden gehard. Martensitische legeringen bevatten meer chroom en koolstof dan ferritisch roestvast staal en kunnen door toevoeging van mangaan en silicium worden gehard door middel van warmtebehandeling. Om de sterkte van de legeringen te verbeteren, voegen metallurgen nikkel aan de legeringen toe. Deze legeringen van ijzer, chroom en nikkel worden austenitisch roestvast staal genoemd. Vandaag de dag worden ze veelvuldig toegepast in de industrie omwille van de sterkte en bestendigheid tegen corrosie en warmte.

 

Nikkel de boosdoener
De corrosiebestendige kenmerken van ferritische en martensitische roestvast staal zijn in feite chemische eigenschappen die het verspanen van deze legeringen niet veel moeilijker maken dan het verspanen van normaal staal. De toevoeging van nikkel en andere elementen in austenitisch roestvast staal heeft echter een grotere hardheid, taaiheid, vervormingsweerstand en andere thermische eigenschappen tot gevolg, wat verspaning bemoeilijkt. Verspaners hebben lange tijd gedacht dat het gebruik van sterker gereedschap met een negatieve geometrie met verlaagde snijparameters noodzakelijk is. Deze benadering leidt echter tot een korte standtijd, lange spanen, veel bramen, onbevredigende oppervlakteruwheid en ongewenste trillingen.

 

Thermische eigenschappen
In werkelijkheid liggen de mechanische snijkrachten bij het snijden van austenitisch roestvast staal niet veel hoger dan bij het verspanen van gewoon staal. Het merendeel van het extra energieverbruik dat nodig is om austenitisch roestvast staal te verspanen, is te wijten aan de thermische eigenschappen van dit materiaal. Het snijden van metaal is een vervormingsproces en wanneer vervormingsbestendig austenitisch roestvast staal wordt verspaand, brengt dit overmatige warmte voort.

Het effect van de materiaaleigenschappen.
Het effect van de materiaaleigenschappen.

 

Warmte afvoeren
Het afvoeren van deze warmte uit de snijzone is essentieel. Helaas is austenitisch roestvast staal niet alleen bestendig tegen vervorming, maar heeft het ook een laag thermisch geleidingsvermogen. Bij het bewerken van normaal staal wordt de warmte geabsorbeerd en afgevoerd door de spanen, maar de spanen van austenitisch roestvast staal absorberen de warmte slechts in beperkte mate. En omdat het werkstuk zelf een slecht thermisch geleidingsvermogen heeft, wordt de overmatige warmte naar het snijgereedschap gevoerd, waardoor de standtijd afneemt. Gereedschapsfabrikanten ontwerpen daarom hardmetaalsubstraten die over voldoende warmtevastheid beschikken om de hoge temperaturen die ontstaan tijdens het verspanen te weerstaan. Even belangrijk is de scherpte van de snijkant van het gereedschap. Een scherper gereedschap zorgt ervoor dat het roestvast staal meer wordt gesneden dan vervormd, waardoor minder warmte wordt geproduceerd.

Beperking aantal snijpassen belangrijk

 

Bekijk hier de video van het afsteken en gleufsteken met het X4 gereedschap van Seco Tools.

Agressieve snijparameters
De meest effectieve manier om de warmte uit de snijzone af te voeren, is verpanen met de grootst mogelijke snedediepten en voedingssnelheden. Het doel is zo veel mogelijk warmte via de spaan af te voeren. Omdat de hoeveelheid warmte die per millimeter spaanmateriaal kan worden geabsorbeerd, beperkt is, wordt er meer warmte afgevoerd wanneer grotere spanen worden gemaakt met meer kubieke millimeters volume. Door grotere snedediepten toe te passen, wordt ook het aantal snijpassen beperkt dat nodig is om een onderdeel te bewerken. Dit is een belangrijk punt, want austenitisch roestvast staal vertoont de neiging tot (koud)versteviging bij machinale bewerking. Deze tactiek van agressieve verspaningen kent praktische beperkingen. De eisen van oppervlakteafwerking beperken bijvoorbeeld de maximale voeding. Ook het beschikbare vermogen van de bewerkingsmachine en de sterkte van het snijgereedschap en het werkstuk leggen hun beperkingen op.

 

Koelmiddelstrategieën
De problematische thermische eigenschappen van legeringen van austenitisch roestvast staal wijzen erop dat het gebruik van koelmiddel vrijwel altijd cruciaal is voor een geslaagde bewerking van deze legeringen. Het koelmiddel moet van hoge kwaliteit zijn, met een oliegehalte van ten minste acht of negen procent in een olie-/wateremulsie, in vergelijking met het oliegehalte van drie of vier procent dat doorgaans bij veel andere machinale bewerkingen wordt toegepast. Ook de manier waarop het koelmiddel wordt aangevoerd is van belang. Hoe hoger de druk waarmee het koelmiddel op de snijzone wordt gespoten, hoe beter het zijn taak zal vervullen. Speciale toevoersystemen zoals Seco Jetstream Tooling® die een hogedrukstroom van koelmiddel direct naar de snijzone aanvoeren, zijn zelfs nog effectiever.

 

Coating versus slijtageproces
Een harde coating op het oppervlak van het gereedschapssubstraat versterkt de warmtevastheid op het oppervlak van het gereedschap en verbetert de standtijd in omgevingen met hoge temperaturen. Een bekleding moet doorgaans echter dik zijn om de warmte van het gereedschapssubstraat te isoleren, en een dikke bekleding hecht niet goed aan een zeer scherpe geometrie. Fabrikanten van snijgereedschap werken aan het ontwerp van bekledingen die dun zijn, maar een goede barrière tegen warmte vormen.
Austenitisch roestvast staal wordt gekenmerkt door een hoge smeedbaarheid en de neiging om aan het snijgereedschap te hechten. Het gebruik van een bekleding kan tevens opbouwsnijkant remmen. Deze slijtage treedt op wanneer het gesneden materiaal aan de snijkant blijft plakken en zich hier ophoopt. Het aangehechte werkstukmateriaal kan dan delen van de snijkant wegtrekken, wat leidt tot een slechte oppervlakteafwerking en defecten van het gereedschap. De bekleding kan voor gladheid zorgen waardoor opbouwsnijkant wordt beperkt; ook hogere snijsnelheden dragen bij aan het minimaliseren van opbouwsnijkant.

Sommige legeringen van austenitisch roestvast staal bevatten abrasieve harde insluitingen. Het vergroten van de bestendigheid van het snijgereedschap tegen schurende werking door middel van een harde bekleding verlengt dan de standtijd.
Kerfslijtage ontstaat door de neigingen van een legering tot (koud)versteviging bij machinale bewerking. Kerfslijtage is een zeer plaatselijke, extreme wrijvingsslijtage die kan worden beperkt door het gebruik van de juiste bekledingen en andere maatregelen, zoals het variëren van de snedediepte om de slijtgebieden over de gehele snijkant te verspreiden.

Nieuwe referentiemateriaal voor hoogwaardige legeringen

Nieuwe richtlijnen

Bij het onderzoek naar hardmetaalkwaliteit zoeken gereedschapfabrikanten naar een evenwicht tussen hardheid en taaiheid. Ook wat de snijkant betreft moet worden gezocht naar evenwicht. Een scherpe snijkantgeometrie heeft de voorkeur, maar is mechanisch minder sterk dan een afgeronde snijkant. Daarom is de ontwikkeling van snijkantgeometrieën gericht op het maken van gereedschap met een optimaal evenwicht tussen scherpte en sterkte. Ook nemen gereedschapsfabrikanten hun richtlijnen voor het gebruik van het gereedschap opnieuw onder de loep. De huidige aanbevolen parameters voor machinale bewerking zijn grotendeels gebaseerd op taaiheids- en hardheidskenmerken van gewone staalsoorten, zonder rekening te houden met de thermische factoren die zo belangrijk zijn voor de bewerking van austenitisch roestvast staal en andere hoogwaardige legeringen. Onlangs zijn gereedschapsfabrikanten in samenwerking met wetenschappelijke instellingen begonnen met het reviseren van testprocedures voor gereedschap, waarbij rekening wordt gehouden met de thermische eigenschappen van bepaalde materialen. Door de nieuwe richtlijnen moeten nieuwe referentiematerialen worden aangemaakt. Doorgaans werden de normen voor verspaanbaarheid bepaald op basis van één referentiemateriaal, een gelegeerde staalsoort, en mechanische belastingen tijdens verspaning. Nu is er een apart referentiemateriaal voor austenitisch roestvast staal, waarvoor basiswaarden voor snelheid, voeding en snedediepte zijn vastgelegd. In relatie tot dit referentiemateriaal worden balanceer- of kalibratiefactoren toegepast om veranderingen van de basiswaarden te bepalen, waarmee optimale productiviteit in materialen met andere bewerkingskenmerken wordt bereikt.

 

De basis voor dit artikel is geschreven door Patrick de Vos, Corporate Technical Education Manager Seco Tools

 

Lees in dit artikel meer over de nieuwe MF4 en MF5 geometrieën, speciaal ontwikkeld voor het verspanen van materialen zoals Inconel.

1 gedachte over “Nieuwe richtlijnen voor verspanen RVS in de maak

Reacties zijn gesloten.

Pin It on Pinterest