Blue Arc technologie verlegt grenzen in productiviteit bij voorfrezen

Titanium ruwen op een bewerkingscentrum voor middelzware verspaning en toch een drie keer zo hoge material removal rate (MRR) bereiken dan state of the art is voor dit materiaal. Dat belooft Mitsui Seiki, dat samen met GE de Blue Arc technologie productierijp maakt. 2015 moet het jaar worden waarin deze super snelle zinkvonktechnologie productierijp wordt. Niet eens zozeer de snelheid waarmee materiaal wordt weggenomen is het aantrekkelijke; veel meer geldt dat Blue Arc de investeringskosten in machines met een derde verlaagt.

Dat de Blue Arc technologie bij GE is ontwikkeld, is niet vreemd als je bedenkt dat bij de productie van vliegtuigcomponenten gigantische hoeveelheden (moeilijke) materialen verspaand moeten worden. Fly to buy ratio’s van meer dan 40 : 1 zijn geen uitzondering. De technologie is een ontwikkeling van GE Research; samen met de Japanse machinebouwer Mitsui Seiki wordt momenteel de technologie voor het eerst in een productiemachine gebouwd, die in het voorjaar van 2015 in gebruik wordt genomen. Het Duitse Cimtool bouwt de besturingssoftware. Het proces lijkt enigszins op zinkvonken, maar gebruikt een lager voltage. In tegenstelling tot EDM is het nieuwe proces geen zogenaamd single shot proces. Scott Walker, president Mitsui Seiki USA, legt uit dat er een gelijktijdige ontlading én lichtboog optreden. “We branden het materiaal weg in de magnastroom die ontstaat. Hiermee passeren we de grenzen van elektro-thermisch eroderen, zoals in het zinkvonkproces. Hierdoor kunnen we veel meer materiaal wegnemen in dezelfde tijdseenheid.” Het bijzondere is dat Blue Arc zowel voor ruwfrezen als slijpen kan worden ingezet. Bij het frezen wordt een holle elektrode gebruikt, waarbij door de elektrode heen wordt gespoeld. Bij slijpen is de elektrode cirkelvormig en is er tussen de elektrode en het werkstuk een constante spleet om het verspaand materiaal weg te spoelen.

Machine niet extra belast

Een tweede aspect dat Blue Arc zo bijzonder maakt, is dat de machine niet zwaar wordt belast. Zelfs als je een bewerkingscentrum neemt dat gebouwd is voor licht verspanen, haal je drie keer zoveel materiaal weg zonder dat de machine te zwaar wordt belast. Deze factor 3 blijft min of meer constant, ook als je zwaardere machines neemt. Scott Walker, die de nieuwe technologie tijdens de TRAM-conferentie in Chicago presenteerde, gaf als voorbeeld een heavy duty machine van Mitsui Seiki, voorzien van een HSK 125A of HSK 160A gereedschapopname, een 75 kW spindel met 4000 omwentelingen per minuut. Zonder Blue Arc komt deze machine tot een capaciteit van 15 inch3 per minuut bij titanium, met de nieuwe technologie haalt men 45 inch3 in dezelfde tijd. “Het voordeel is dat we geen hoog koppel noch hoge toerentallen nodig hebben.” Een derde aspect dat Blue Arc aantrekkelijk maakt, is dat de technologie in één compacte kop zit verwerkt die door een robot in de spindel van de machine kan worden geplaatst. “Als je deze kop uitneemt, kun je de machine weer inzetten als gewone freesmachine”, aldus Walker.

Alleen voorfrezen

Dat is eigenlijk ook wel nodig, want de technologie leent zich alleen voor het voorfrezen of -slijpen. Niet voor een eindbewerking. Een andere beperking is dat het gereedschap wel zwaar wordt belast. Aan de snede is bij het verspanen van titanium een temperatuur gemeten van 1649 graden C, met als gevolg dat het hardmetaal van het gereedschap eerder zacht wordt dan het titanium zelf dat verspaand moet worden. Een punt waarop de onderzoekers nog stappen moeten zetten om de technologie geschikt te maken voor productieomgevingen, is de heat affected zone. Hierdoor is de technologie nu niet geschikt voor de eindbewerking: de heat affected zone moet nu nog worden weggefreesd in de eindbewerking. Scott Walker zegt dat deze zone momenteel eigenlijk te groot is. “Maar als we de energie die we inbrengen beter monitoren en terugbrengen, wordt de heat affected zone goed beheersbaar.” Dat betekent dan wel dat de productiviteit omlaag gaat. Het verschil met de state of the art MRR van gewone bewerkingscentra wordt dan kleiner. Scott Walker ziet hier geen probleem in. Blue Arc blijft dan in zijn ogen een competitieve technologie. Dat heeft alles te maken met het eerste argument dat hij aanhaalde: de technologie stelt geen extreme eisen aan de machine qua belastbaarheid. Eerder omgekeerd. “Je kunt als basis een machine kopen uit een prijsklasse lager dan nu. Dat scheelt gemiddeld 30 procent in de aanschafkosten.” Als je nu voor een trunnion type bewerkingscentrum kiest met een tafeldoorsnede van 2 meter, liggen de investeringskosten al gauw op 2,5 miljoen euro en hoger. Met de Blue Arc technologie kun je dan volstaan met een machine die 800.000 euro goedkoper is, waar dan wel de kosten van de technologie van GE en Mitsui Seiki nog bij komt. Ook de gereedschapkosten kunnen flink omlaag, voorziet Walker. De eerste indicaties geven een percentage van 70% aan.

 Dit artikel is gepubliceerd in het Jaarboek Verspanen 2015