Bij het zagen van metaal zijn er in principe drie belangrijke factoren die bepalen hoe het proces verloopt: snijsnelheid, wat eigenlijk de snelheid is waarmee het oppervlak beweegt waar het gereedschap in contact komt met het werkstuk; voedingssnelheid, wat aangeeft hoeveel het gereedschap vooruitgaat tijdens elke omwenteling; en snedediepte, wat aanduidt hoe diep het gereedschap in het materiaal doordringt. Deze factoren zijn echter niet onafhankelijk. Wijzig je één parameter, dan worden de andere direct beïnvloed. Neem bijvoorbeeld de voedingssnelheid. Als iemand probeert de voedingssnelheid op te voeren zonder iets anders aan te passen, zal hij of zij waarschijnlijk de snedediepte moeten verkleinen. Anders wordt het gereedschap overbelast en ontstaat trilling of brullen, wat niemand op de werkvloer wil zien gebeuren.
Wanneer zaagsnelheden toenemen, ontstaat er meer warmte, wat gereedschap sneller doet slijten, tenzij er aanpassingen worden gedaan aan de voedingssnelheid of de snedediepte. Bijvoorbeeld, bij het werken met gehard staal betekent een verhoging van de voeding met ongeveer 20% vaak een verlaging van de snedediepte met ongeveer 15% als we willen voorkomen dat het snijgereedschap te vroeg uitvalt. Te diep in het materiaal gaan verergert trillingsproblemen, en het opvoeren van snelheden op harde legeringen zoals Inconel 718 kan zelfs barsten veroorzaken door overmatige warmteontwikkeling. Het vinden van de juiste balans tussen al deze factoren is wat machinale bewerking succesvol maakt, omdat een verkeerde combinatie leidt tot slechte resultaten, verspilde tijd en dure gereedschapsvervangingen op termijn.
Fabrikanten passen empirische modellen toe, zoals de Taylor-formule voor slijtagelevensduur ( VT n = C ) om beslissingen te ondersteunen—waarbij V de snijsnelheid is, T de levensduur van het gereedschap is, en C en n materiaal- en gereedschapsspecifieke constanten zijn. Bijvoorbeeld kan het verlagen van de snelheid met 30% de levensduur van het gereedschap verdubbelen bij het frezen van titaan. Belangrijke afwegingen zijn:
| Doelstelling | Aanpassing van parameters | Risico op afweging |
|---|---|---|
| Hogere productiviteit | ↑ Voeding / ↓ Diepte | Gereedschapsbreuk, slechte afwerking |
| Lagere kosten | ↓ Snijnsnelheid | Verhoogde bewerkingstijd |
| Fijnere oppervlakteafwerking | ↓ Voeding / ↑ Snelheid | Verminderde materiaalafvoersnelheid |
Op gegevens gebaseerde parameterselectie stelt toepassingsvereisten voorop: luchtvaartcomponenten vereisen strakke toleranties (met voorkeur voor matige voedingssnelheden), terwijl ruwe passes de snedediepte maximaliseren. Deze systematische aanpak elimineert zinloze proef- en foutmethoden, waardoor zowel operationele efficiëntie als onderdelenkwaliteit verbeteren.
De eigenschappen van materialen stellen belangrijke grenzen wanneer het gaat om het veilig en efficiënt zagen van metalen. Neem koolstofstaal zoals AISI 1045, dat doorgaans tussen de 15 en 25 op de Rockwell-hardheidschaal ligt. Met hardmetalen gereedschappen kunnen operators over het algemeen zaagsnelheden bereiken van 120 tot 250 meter per minuut. Hele andere situaties ontstaan echter bij het werken met nikkelgebaseerde superlegeringen zoals Inconel 718, die rond de 35 tot 45 op de hardheidschaal liggen. Deze materialen vereisen veel lagere snelheden, vaak onder de 30 meter per minuut, omdat ze snel vervormharden en enorme belasting op het zaaggereedschap uitoefenen. De basis voor al deze verschillen ligt in fundamentele verschillen in het gedrag van deze materialen op moleculair niveau tijdens bewerkingsprocessen.
| Materiaaleigenschap | AISI 1045 Staal | Inconel 718 |
|---|---|---|
| Warmtegeleidbaarheid | Hoog (51 W/m·K) | Laag (11,4 W/m·K) |
| Neiging tot koudverharden | Matig | Ernstig |
| Optimaal snelheidsbereik | 150±30 m/min | 20±5 m/min |
Het overschrijden van de aanbevolen snelheidsbereiken versnelt slijtage aan de flank—tot wel 300% in hardlegeringen—volgens ASM International. Het conservatief kiezen van de snijkrachtsnelheid blijft essentieel om warmteontwikkeling te beheersen en de gereedschapsintegriteit te behouden.
De geometrie van het werkstuk beperkt de haalbare snededieptes (DOC). Voor een roestvrijstalen plaat van 0,5 mm kan een snedediepte ≤ 0,1 mm vereist zijn om buiging te voorkomen, terwijl een aluminiumplaat van 50 mm tot 5 mm DOC kan verdragen. Drie mechanische factoren bepalen voornamelijk de stabiliteit:
Bijvoorbeeld, het behalen van IT7-tolerantie op een 10 mm titanium onderdeel vereist doorgaans een DOC < 1,5 mm. Veldstudies geven aan dat onjuiste DOC-selectie verantwoordelijk is voor 72% van de vroegtijdige frezenfalen bij het bewerken van dunwandige onderdelen (Journal of Materials Processing Technology, 2023).
De klassieke Taylor-formule voor slijtvastheid (VTn = C) blijft van belang, ook al is de toepassing ervan behoorlijk veranderd door de beschikbaarheid van betere gereedschappen. Nieuwe coatings zoals titaanaluminiumnitride (TiAlN) stellen machinisten in staat om veel hogere snijsnelheden te gebruiken bij het bewerken van gehard staal, ongeveer tussen de 45 en 65 meter per minuut, zonder dat de gereedschappen al te snel slijten. Wanneer fabrikanten deze moderne coatings combineren met traditionele modellen, kunnen zij de gereedschapskosten met ongeveer 30% verlagen bij grootschalige productie. Wat dit echt mogelijk maakt, is de thermische stabiliteit van deze coatings, die helpt plakproblemen te voorkomen bij het bewerken van materialen voor de lucht- en ruimtevaart. Dus ondanks alle vooruitgang blijven Taylors basisprincipes de praktijk van verspaning in diverse industrieën begeleiden.
Effectief thermisch beheer is afhankelijk van gerichte koelmiddeltoevoer:
De optimale keuze van koelmiddel houdt rekening met viscositeit en thermische geleidbaarheid — niet alleen om temperatuurschokken te onderdrukken, maar ook om oppervlakteverharding te voorkomen en een oppervlaktekwaliteit van Ra ≤ 0,8 µm te behouden.
De basisparameters bij het metaalsnijden zijn snijsnelheid, aanzet snelheid en snedediepte. Elk van deze factoren beïnvloedt de andere, dus veranderingen in één parameter kunnen gevolgen hebben voor de anderen.
Het afstemmen van deze factoren is cruciaal, omdat onjuiste aanpassingen kunnen leiden tot problemen zoals slijtage van het gereedschap, trillingen of een slechte oppervlakteafwerking, wat de algehele kwaliteit en efficiëntie van het bewerkingsproces kan beïnvloeden.
Verschillende materialen, zoals AISI 1045 staal vergeleken met Inconel 718, gedragen zich verschillend onder bewerkingsomstandigheden. Hun samenstelling, hardheid en thermische eigenschappen bepalen de geschikte snelheid, voeding en diepteverstellingen voor veilig en efficiënt snijden.
De levensduur van gereedschap kan worden verlengd door het optimaliseren van snijparameters en het gebruik van geavanceerde gecoate inzetstukken. Het toepassen van moderne versies van empirische modellen, zoals de Taylor's Tool Life Equation, kan leiden tot betere bewerkingspraktijken.
EN
