Verspanen van metaal

Waarom verspanen?

Verspanen wordt veel toegepast wanneer het niet mogelijk is om het product op een andere wijze te vervaardigen.

Dat kan vanwege een technische reden of vanwege economische redenen zijn. Verspanen wordt veelal toegepast in kleine aantallen of bij complexe vormen. Het verspanen van een product kost relatief veel tijd. Zeker bij complexe producten waarbij veel materiaal moet worden verwijderd. Het kan daarom verstandig zijn een alternatieve productiemethode te overwegen mits die technisch haalbaar is.

Het afvalpercentage kan erg hoog zijn. Bij vliegtuigbouw, waarbij gewicht de grootste kostenfactor is bij gebruik, wordt soms wel tot 95% van het materiaal verwijderd. Toch zijn deze onderdelen niet goedkoper te realiseren. Een groot voordeel van CNC verspaning is dat dit deels onbemand verwerkt kan worden.

Verspanende bewerkingen

Er zijn verschillende verspanende bewerkingen, ieder met een eigen toepassing, functie en toleranties.

Zo zijn er verspanende bewerkingen om cilinders en assen nauwkeurig na te bewerken, verspanende bewerkingen om gaten te boren en van schroefdraad te voorzien en bewerkingen om werkstukken van een compleet andere vorm te voorzien, zoals bijv. 5-assig frezen. De toepassingen zijn zeer divers en het is sterk afhankelijk van het gewenste product welke verspanende bewerking gekozen wordt.

Frezen

Frezen is een bewerking waarbij een cilindrischvormige frees, bestaande uit een of meerdere snijtanden, radiaal aangedreven wordt om zo een snijdende beweging te maken.

Deze draaiende frees wordt door lineaire bewegingen naar het product geleid. Indien de frees in contact komt met het product zal deze met behulp van de snijkanten het product gaan verspanen. Met behulp van een freesmachine zijn complexe en grote werkstukken te frezen. De freesmachine is tegenwoordig bijna altijd uitgerust met computersoftware waardoor het mogelijk is om te CNC-frezen. Daarnaast bestaan er ook 5-assige freesmachines waarop een product aan vijf kanten bewerkt kan worden zonder dat deze opnieuw opgespannen hoeft te worden.

Boren, tappen, ruimen, kotteren

Boren, ruimen, tappen en kotteren zijn verspanende bewerkingen die betrekking hebben op gaten. Alle bewerkingen zijn zowel handmatig als machinaal uit te voeren.

Boren

Boren is een verspanende bewerking waarbij een snijgereedschap, bestaande uit twee snijkantenen, radiaal wordt aangedreven en lineair in één richting (de Z-richting) wordt verplaatst. Hiermee realiseer je ronde gaten. Het snijgereedschap is vaak een boor, maar er kunnen ook bepaalde frezen ingezet worden. Bij het boren worden de spanen omhoog weggedrukt. Een variant op het boren is het langgatboren in metaal – ook wel diepgatboren genoemd – waarbij gaten tot 35 x diameter geboord kunnen worden.

Tappen

Tappen is een verspanende bewerking waarbij schroefdraad wordt aangebracht in een gat. Een tap is een snijgereedschap met een vaste maat in de gewenste maat schroefdraad. Een tap is kruisvormig en bevind zich in een denkbeeldige cilinder. Aan de uiteinde van de kruis, aan de omtrek, bevinden zich snijgroeven in de vorm van draad. De diepte van de snijgroeven lopen toe naarmate de tap dieper komt, hierdoor hoeft deze niet in een rotatie volledig schroefdraad te snijden. Indien een materiaal te stevig is om te tappen, kan men tappen in meerdere stappen. Dit houdt in dat meerdere tappen wordt gebruikt waarbij de groefdiepte na elke tap toeneemt. Er zijn vele soorten schroefdraad en tappen zijn er specifiek voor diverse soorten materialen. Zo zijn er enorme hoeveelheden verschillende tappen. Tosec heeft een zeer ruime hoeveelheid verschillende tappen op voorraad. In het geval de juiste tap niet voorradig is, kan ook nog gekozen worden voor het snijden van schroefdraad met de freesmachine.

Binnen Tosec wordt het boren en tappen nog altijd veel handmatig aangebracht met kolomboormachines met tapfunctie. Platen voor bijvoorbeeld warmtewisselaars zijn vaak voorzien van grote hoeveelheden gaten. Zouden deze thermisch gesneden worden, bijvoorbeeld door lasersnijden, dan is de kans groot dat de plaat krom trekt door de warmteinbreng. Bij dergelijke producten is boren vaak een goede oplossing en worden de gaten d.m.v. een CNC freesbank aangebracht.

Ruimen

Ruimen is een nabewerking voor gaten. Een ruimer is een cilindrischvormig snijgereedschap met snijkanten aan de omtrek. Deze snijkanten zijn geslapen en gehard. Hierdoor zijn deze erg nauwkeurig en geven ze een goede oppervlakteruwheid aan de omtrek van het oppervlak. Ruimen is een veelgebruikte methode om passingen of gaten met een hoge tolerantie te realiseren.

Grotere gaten die een hoge nauwkeurigheid vergen, bijvoorbeeld omdat er assen doorheen komen of t.b.v. een passing, kunnen worden gekotterd. Met kotteren zijn zeer hoge toleranties haalbaar, tot wel ± 0,01 mm op diameter en hoe nauwkeurigheid op onrondheid. Om deze nauwkeurigheid wat duidelijker te maken: 0,01 is 1/10e deel van de dikte van een standaard A4 papier!

Slijpen, honen, leppen

Slijpen, honen en leppen zijn verspanende bewerkingen die betrekking hebben op de oppervlakte van een werkstuk. Bij deze bewerkingen zijn zeer hoge toleranties en zeer vlakke en gladde oppervlakken te verkrijgen.

Slijpen

Slijpen is een nauwkeurige verspanende bewerking. Hierbij wordt een slijpsteen gebruikt die uit fijne korrels bestaat. Elke korrel is op zichzelf een snijgereedschap. Deze korrels breken na verloop van tijd af waarna een korrel hieronder het snijwerk zal overnemen. Omdat een slijpsteen uit ontelbaar korrels bestaat zal het een tijd duren voordat een slijpsteen aan vervanging toe is.

Honen

Honen is een bewerking waarbij drie slijpstenen aan de binnenzijde van een gat naar buiten worden gedrukt. Deze slijpstenen staan met elkaar in verbinding en worden radiaal aangedreven en lineair op en neer bewogen. Hierdoor ontstaan er bepaalde groeven op het cilinder oppervlak. Honen wordt vooral gebruikt om cilinders van motoren glad te strijken.

Leppen

Leppen is een nabewerking. Tussen twee ronddraaiende lepschijven worden bolvormige producten geplaatst. Door pasta toe te voegen en de druk tussen de schijven op te voeren worden de producten geslepen. Bij leppen is de vormnauwkeurigheid en de ruwheid erg belangrijk.

Draaien

Draaien is het vormgeven van ronde werkstukken. Dit gebeurt op een draaibank. Een draaibank is een constructie die drie toepassingen realiseert: het inklemmen en aandrijven van een rond werkstuk, lineaire beweging in twee richtingen van een snijgereedschap ten center hoogte van dit werkstuk en een lineair bewegende center ter behoeven van concentrische bewerkingen.

Het werkstuk wordt concentrisch ingespannen en radiaal aangedreven. Het werkstuk zorgt hiervoor zelf voor de snijkracht die benodigd is voor de verspanende bewerking.

De lineaire bewegingen die door de draaibank in twee richtingen mogelijk wordt gemaakt wordt benut door snijgereedschap. Dit snijgereedschap kan bestaat uit een grote scala van vormen en afmetingen. De beweging in twee richtingen worden door de gebruiker gerealiseerd, dit kan nauwkeurig gebeuren door een schaal verdeling op het aandrijfwiel of door elektrisch meetapparatuur. Hierdoor is het mogelijk om erg nauwkeurig het snijgereedschap te verplaatsen. Daarnaast beschikken draaibanken vaak over een automatische aanzet die het snijgereedschap automatisch verplaatst. Beitels zijn beschikbaar voor het verspanen aan de buitenzijde of aan de binnenzijde.

De lineair bewegende center wordt gebruikt om in het center van een as een gat aan te brengen. Dit kan men doen door te boren en te ruimen. Daarnaast kan een center gebruikt worden om een lang werkstuk te ondersteunen om zo de tolerantie van het snijwerk te verhogen.

Door de variatie in snijgereedschappen te combineren met de nauwkeurigheid van de bewegingen is een grote diversiteit van vormen te realiseren op de draaibank. Enkele voorbeelden van gedraaide producten zijn: aandrijfassen, conus, schroefdraad op assen, lagerbussen, enzovoort.

Tips voor het verspanen

Verspanen is een ingewikkeld proces. Veel verschillende functies en eigenschappen komen bij elkaar en moeten zo goed mogelijk op elkaar zijn afgestemd. Belangrijke zaken zijn:

• De geometrie van het gereedschap
• Het materiaal van het gereedschap
• Aanzet, snedediepte, snijsnelheid en toerental
• Warmte-inbreng en materiaalkeuze

Meer weten over verspaning? Lees dit artikel: aandachtspunten in de verspaning en ontdek ook dit artikel over de belangrijkste formules in de verspaning. Om o.a. het toerental en de aanzet te bepalen.