ISF-congres benoemt trends in verspaning

Een van de trends, bleek ook weer op het Fachgespräch tussen industrie en de academische wereld, bij het Institut für Spanende Fertigung in Dortmund, is het verspanen van composieten. Op zichzelf is bijvoorbeeld carbon al lastig te verspanen, laat staan als het ingepakt zit tussen twee metalen buitenlagen, zoals bij sandwichpanelen met aan de buitenkant aluminium of titaan. Een praktijkvoorbeeld is het boren van de zogenaamde stacks uit een brandstofcel. Gereedschapfabrikant Gühring heeft hiervoor een nieuwe type frees ontwikkeld, die zich onderscheidt met de speciale geometrie om de spanen eerst op te rollen en dan te breken, zonder dat de matrix van het materiaal beschadigd raakt.

‘We hebben bovendien een nieuwe coating voor dit gereedschap ontwikkeld op basis van titaanaluminium, met een hardheid van 5.400 HV’, aldus Stefan Sattel, hoofd R&D bij gereedschappenfabrikant Gühring. Dit is de Signumcoating, die de fabrikant ook op andere frezen toepast. Testen bij de Duitse verspaner van vliegtuigonderdelen Premium Aerotec hebben goede resultaten opgeleverd, zowel qua spaanvolume dat je ermee maakt als de standtijd.

Mercedes: nieuwe materialen

Waldemar Zielasko ging in op het frezen in de motorenafdeling van Mercedes Benz. De uitdaging die hij ziet is het bewerken van nieuwe materiaalsoorten, zoals hoogsterkte stalen, magnesium en carbon. Daarnaast ziet hij de werkstukken steeds complexer en dunwandiger worden. ‘Daarvoor hebben we een stabiel totaal systeem nodig. Het is een kwestie van proces, machine en opspantechniek’, schetst Zielasko de problematiek in de motorenproductie.

Een concreet voorbeeld is het vlakfrezen van een flens op de behuizing van de turbo van een 4 cilinder benzinemotor. Door onder andere over te stappen op een hydrodehn gereedschapopname en circulair te frezen met een 15-snijder, heeft Mercedes de standtijd van de gereedschappen met een factor 6 weten te verlengen en de gereedschapskosten met 75 procent gereduceerd.

Titaan en inconel

Bij het Duitse familiebedrijf Otto Fuchs, actief in de luchtvaartindustrie, verspaant men veel titaan- en nikkellegeringen, die de warmte slecht geleiden. ‘Dus zouden we het liefst met keramiek draaien, maar dat breekt, dus moeten we hardmetaal inzetten’, aldus Stefan Bergmann van Otto Fuchs. De standtijd van hardmetalen gereedschappen in de titaanverspaning is echter beperkt. Zo sterk zelfs, dat bij Otto Fuchs niet gerekend wordt in de standtijd van een gereedschap maar in het aantal gereedschappen dat men nodig heeft om een werkstuk te bewerken.

Belangrijk, zo zegt Bergmann, is dat je ervoor zorgt dat de gereedschappen zo kort mogelijk uitsteken en je met hoge drukken koelt, om de spanen te breken. Bij Otto Fuchs gebeurt dit met 100 tot 180 bar; elke minuut wordt 32 liter koelsmeeremulsie rond gepompt. Door de emulsie aan beide kanten van het snijvlak toe te voeren, is de bewerkingstijd gehalveerd. In de praktijk betekent dit nu nog, afhankelijk van de grootte van de ring, een bewerkingstijd tussen de 3 en 10 uur per ring. Gedraaid wordt met 900 omwentelingen per minuut en een koppel van 14.500 Nm.

Simulatie: Hilti zelftappers

Simulatiesoftware blijkt voor alle gereedschapfabrikanten onmisbaar te zijn geworden. Hilti Corporation heeft er bijvoorbeeld een nieuwe zelftapper voor in de hallenbouw mee ontwikkeld, de Hilti Racing Tip. Door het praktisch gebruik van de schroef te simuleren, kregen de ontwikkelaars van Hilti inzicht in het krachtverloop, warmteontwikkeling en andere factoren die van invloed zijn op de snelheid waarmee de constructiewerker deze schroef in het staal draait.

Carsten Peters van Hilti. ‘Hoe sneller de schroef ingedraaid wordt, hoe beter, maar wel liefst met zo min mogelijk koppel want daarmee spaar je de accu van de schroefboor. En de kracht waarmee je de accuboor in de schroefkop drukt, mag niet van invloed zijn, omdat de zelftapper voor sterke en zwakkere constructiewerkers goed moet zijn.’ Het blijkt dat je met de huidige software verbluffend goed kunt simuleren, want volgens Peters zaten de gemeten waarde niet ver van de gesimuleerde af. Het resultaat doordat men de schroeven kon optimaliseren: de Hilti Racing Tip zelftappers schroef je tien seconden sneller in dan de standaard zelftappers. ‘Bij een groot project scheelt dat veel tijd.’

Simulatie: chatter voorkomen

Simulatie is een actueel thema in de verspaning. Aan de TU Dortmund, waar het ISF aan verbonden is, vindt veel onderzoek hiernaar plaats. Petra Kersting, sinds verleden jaar als junior professor verbonden aan het instituut, onderzoekt het NCChip simulatiemodel. Dit model gaat verder dan de bestaande simulatiemodellen, die het dynamisch gedrag van machine en gereedschap voorspellen. Bij NCChip wordt ook het effect van de materiaalafname meegenomen. Doordat je materiaal wegfreest, verandert namelijk het dynamisch gedrag van het werkstuk continu. Weet je dit, dan kun je er rekening mee houden in je NC-programma om maximale productiviteit te behalen zonder het risico op chatter.

De eerste resultaten van simuleren met NCChip zijn hoopvol. De software wist redelijk goed te voorspellen waar de problemen op het werkstuk zich zouden gaan aftekenen. ‘Maar het probleemgebied is nog te groot, vergeleken met wat daadwerkelijk op het gefreesde deel zichtbaar is’, aldus Petra Kersting. De software moet dus nog verder verfijnd worden.

ISF-congresoverzicht.jpg
Cryogeenbijboren.jpg
chatter-werkstukken.jpg
ISF-sneeuwijsdraaien.jpg