[vc_row full_width=”stretch_row” css=”.vc_custom_1551774800733{margin-bottom: 60px !important;}”][vc_column width=”2/3″ el_class=”detailtekst”][vc_column_text]
Snijgereedschap en smeringsregime
Verspanen is een van de vele mogelijkheden om metalen vorm te geven. Verspanen kan worden omschreven als het met behulp van snijgereedschap verwijderen van metaal van een werkstuk met het doel dat een zodanige vorm te geven dat het geschikt wordt voor zijn voorziene taak. Het snijgereedschap kan daarbij zowel een vaste vorm hebben zoals bij beitels, zagen, boren, draadsnijgereedschap enz. als ook een niet vastliggende vorm zoals bij slijpschijven, schuurpapier en hoonstenen. In het contact tussen snijgereedschap en werkstuk treedt wrijving, warmteontwikkeling en slijtage op. Om de invloed daarvan op bewerkingskwaliteit van het werkstuk en slijtage van het snijgereedschap beperkt te houden, worden bij de meeste bewerkingen koelsmeermiddelen ingezet.
Bewerkingen met gedefinieerd snijgereedschap
Bewerkingen waarbij het snijgereedschap een vaste vorm heeft zijn draaien, frezen, zagen, boren, schaven, kotteren, draadsnijden en draadtappen. Afhankelijk van het type bewerking, het te bewerken materiaal, vorm van het snijgereedschap en het verspanings volume per tijdseenheid zal er meer of minder warmte ontstaan. Bij veel bewerkingen ontstaat zoveel warmte dat bewust moet worden gekoeld om te voorkomen dat structuurveranderingen in het werkstukmateriaal optreden of dat de standtijd van het snijgereedschap door de hoge temperatuur onacceptabel kort wordt.
Langdraaien: verspanen met snijgereedschap met gedefinieerde vorm
Bij bewerkingen als draadsnijden en tappen ontstaat minder warmte. Bij deze bewerkingen is er grote behoefte aan smering om met name *adhesieve slijtage (materiaaloverdracht van werkstuk naar snijgereedschap) te voorkomen.
*Adhesieve slijtage: Slijtage dat ontstaat doordat twee oppervlakken eerst aan elkaar “vastlassen”, en vervolgens “losgetrokken” worden.
Bewerkingen met snijgereedschap van variabele vorm
Bij slijp- hoon en schuurbewerkingen verandert de vorm van het snijgereedschap voortdurend. Het snijgereedschap bestaat uit korrels van een bepaalde grootte met ongedefinieerde vorm ingebed in een dragermatrix. Bij de bewerking slijten de korrels snel en breken ze uit de dragermassa, waarna weer nieuwe “verse” scherpe korrels vrijkomen om de bewerking voort te zetten.
De bewerking kan worden beschouwd als een beheerst proces van abrasieve slijtage, waarbij door de keuze van het snijgereedschap de uiteindelijke oppervlakteruwheid van het werkstuk kan worden bepaald. Koelsmeermiddelen voor dergelijke processen hebben vooral als taak uitgebroken korrels weg te spoelen en het werkstuk voor te hoge temperatuur te behoeden.
Smeringsregimes
Meestal wordt bij de gesmeerde contacten gestreefd naar volledige loopvlakscheiding. Bij verspanende bewerking zal dat niet worden bereikt. Het is ook niet gewenst. De vormverandering ontstaat juist door het contact tussen snijgereedschap en werkstuk. De taak van het smeermiddel daarbij is adhesieve slijtage, materiaaloverdracht van werkstuk naar snijgereedschap en ongewenste structuurveranderingen in het werkstukoppervlak te voorkomen. Het smeerregime is dan ook nagenoeg altijd grenssmering. Alleen bij slijp- en hoonbewerkingen kan bij overvloedige smeermiddeltoevoer gemengde en *volle filmsmering ontstaan. Bij hoonbewerkingen wordt de viscositeit van het smeermiddel bewust ingezet om de te bereiken oppervlakteafwerking te sturen.
*grenssmering: Bij grenssmering treedt er nog veelvuldig contact op tussen de beide loopvlakken. Zowel wrijving als slijtage zullen hoog zijn omdat de scheiding van de loopvlakken slecht is. Door de ruwheid van de loopvlakken haken ze op microschaal veelvuldig in elkaar.
Wanneer de smeerfilm dikker is (er meer laagjes smeermiddel “op elkaar gestapeld” zijn) zal de afstand tussen de loopvlakken zodanig worden vergroot dat contact nog wel plaats vindt, maar niet meer zo frequent. Die situatie wordt aangeduid met gemengde smering.
*Volle film smering: Bij de meeste technische constructies is volle film smering het na te streven ideaal, omdat dan geen slijtage optreedt en relatief weinig wrijving. Daardoor zal er ook weinig warmte ontstaan en kan bijvoorbeeld een koelsystem achterwege blijven.
*De viscositeit (mate van dikvloeibaarheid) is (naast het vermogen om zich goed aan loopvlakken te hechten) de belangrijkste eigenschap van een (vloeibaar of gasvormig) smeermiddel. De viscositeit is de weerstand die het smeermiddel biedt tegen vervorming door afschuiving.
Het contact tussen snijgereedschap en werkstuk
Bij het contact tussen snijgereedschap en werkstuk ontstaan hoge temperaturen. Het is daarbij niet de punt van het snijgereedschap waar de hoogste temperatuur optreedt. De hoogste temperatuur wordt bereikt in de spaan en op de plaats waar het meeste contact is tussen spaan en snijgereedschap. Met andere woorden: de warmte ontstaat niet op het snijvlak, maar op een andere plaats en veel van die warmte wordt via de spaan op het snijgereedschap overgedragen.
Het ontstaan van de warmte is dan ook niet het gevolg van de snijdende bewerking zelf maar het gevolg van de plastische materiaalvervorming die aan het fysieke scheiden van spaan en werkstuk vooraf gaat. In de volgende afbeelding is te zien hoe een soort “golf” van materiaal onderhevig is aan een hoge mate van afschuiving en als het ware voorijlt
op de beitelpunt.
Door de afschuivende krachten treedt niet alleen vervorming op, maar ontstaat ook een grote hoeveelheid warmte. Die warmte wordt opgenomen in de spaan en daardoor ontstaan de hoge temperaturen – eerst in de spaan en later ook in het snijgereedschap op de plaats waar het meest innige contact tussen spaan en snijgereedschap plaats vindt. Het werkstuk zelf blijft betrekkelijk koel. Deze vervorming treedt op bij alle bewerkingen waar met hoge snijsnelheden wordt gewerkt. De als gevolg van de vervormingsarbeid ontstane warmte is de reden om te koelen – of nauwkeuriger – het streven om de temperatuur van het snijgereedschap te beperken.
Smering van het snijgereedschap
De temperaturen bij het snijgereedschap zijn zo hoog dat van smeermiddelen weinig meer verwacht kan worden . Bovendien is de ruimte tussen snijgereedschap en werkstuk en tussen spaan en snijgereedschap zo gering, dat het onwaarschijnlijk is daar met behulp van een geringe overdruk smeermiddel tussen te krijgen. Tegelijkertijd treedt er wel een hoge mate van wrijving op omdat het werkstuk en de spaan tijdelijk zonder het normaal op metalen aanwezige oxidehuidje zijn.
De wrijvingszones zijn soms onbereikbaar voor een vloeibaar smeermiddel en de temperatuur is te hoog om een vloeibaar smeermiddel nog effectief te laten zijn. Toch leert de ervaring dat inzet van een koelsmeermiddel wel degelijk helpt. Het werkingsmechanisme is echter anders dan bij een normaal smeermiddel – er is geen loopvlakscheiding door een vloeistoffilm.
Wrijvingsvermindering
Door de hoge temperatuur van spaan en snijgereedschap zal een deel van het water uit het koelsmeermiddel verdampen. Een deel van de emulgeerbare olie of het opgeloste concentraat zal uiteenvallen in een gasvormig deel en een vast deel dat zich afzet op de bereikbare delen van de wrijvingszones. Het gasvormige deel is in staat in de kleinste spelingen (10^3 mm) binnen te dringen. Daar kunnen de gasvormige bestanddelen zich verbinden met het “maagdelijke” metaal en zo een beschermende laag vormen. Die beschermende laag wordt snel weer afgeschoven, maar door continue aanvoer van gasvormige bestanddelen ook steeds weer opgebouwd. De belangrijkste bijdrage aan deze beschermende laag wordt door “EP”-additieven geleverd.
Het lokaal volledig uiteenvallen van het koelsmeermiddel is essentieel voor de werking. Pas door het uiteenvallen en het vrijkomen van de gasvormige bestanddelen kan de tijdelijke verbinding tussen metaaloppervlak en gascomponent ontstaan die een beschermende laag oplevert en de wrijving vermindert. Vooral chloor is erg effectief, maar wordt vanwege milieuoverwegingen niet veel meer toegepast. Zwavel- en fosforverbindingen kunnen eveneens een beschermende laag vormen. Het gebruik van actieve zwavel als “EP”-additief kan bij koper en koperlegeringen tot aantasting leiden.
Omdat de temperatuur bij het werken met dergelijke metalen lager ligt, volstaan normale vetzuren en eventueel fosforverbindingen om de wrijving te verminderen.
Microdosering
Het gebruik van koelsmeermiddelen is duur en arbeidsintensief. Duur vooral vanwege de met de afvoer gepaard gaande kosten. Arbeidsintensief vanwege de aandacht die moet worden besteed aan het op peil houden van de juiste concentratie en het in goede conditie houden van het koelsmeermiddel. Als alternatief bieden zich volledig droge verspaning en microdosering aan. Bij droog verspanen wordt in het geheel geen koelsmeermiddel gebruikt. Dat is alleen mogelijk bij bewerking van relatief zacht materiaal in combinatie met een betrekkelijk lage snijsnelheid.
Bij microdosering wordt geprobeerd door verneveling van het koelsmeermiddel (pure olie) en zeer gerichte dosering de gewenste wrijvingsvermindering te bereiken. Het koelsmeermiddel verdampt daarbij volledig en wordt slechts eenmalig gebruikt. Dat kan een aanzienlijke besparing opleveren doordat minder koelsmeermiddel nodig is en de dure afvoer vervalt. Microdosering is vooral effectief als het verspaningsvolume betrekkelijk gering is. Het uitgangsmateriaal dient dus al de uiteindelijk te bereiken vorm zo goed mogelijk te benaderen.
[/vc_column_text][/vc_column][vc_column width=”1/3″][templatera id=”142″][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][templatera id=”61″][/vc_column][/vc_row]
