Wanneer kan trillingsondersteund draaien soelaas bieden?

Om het draaiproces te verbeteren kan men bijvoorbeeld een geavanceerde techniek zoals trillingsondersteund draaien gaan toepassen. Door het snijgereedschap of het werkstuk vibratie mee te geven en een lagere amplitude toe te passen kunnen superieure mechanische eigenschappen verkregen worden. Maar hoe gaat het precies in zijn werk en wanneer kan het voordelen opleveren om het ook in uw draaiproces te integreren?

Bij conventioneel draaien van harde legeringen zullen hoge snijtemperaturen en snijkrachten ontstaan, wat kan resulteren in snellere slijtage van snijgereedschappen. Bovendien kan de oppervlaktekwaliteit en de maatvoering te wensen over laten door de lage thermische geleidbaarheid en de hogere taaiheid van dergelijke materialen. Om die problemen te vermijden bij brosse materialen, optische onderdelen of legeringen van inconel of titanium heeft trillingsondersteund draaien al zijn nut bewezen. Door de stijgende vraag naar meer precisieonderdelen in brosse materialen zal men dan ook meer en meer in die richting moeten kijken. 

Trillingsondersteund draaien is een geavanceerde verspaningstechniek om op een gecontroleerde manier trillingen toe te passen in verspanende bewegingen. Het doel is om de oppervlaktekwaliteit te verbeteren, de nauwkeurigheid van het te verspanen onderdeel te verhogen en de levensduur van gereedschappen te verlengen. Daarvoor gaat men gebruikmaken van een lage trillingsamplitude en een hoge trillingsfrequentie om moeilijk te snijden materialen te draaien. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen resonante (meer dan 20 kHz, amplitude 1 – 10 µm) en niet-resonante systemen (1 – 40 kHz, amplitude tot 100 µm). De eerste verdienen de voorkeur omdat ze zich makkeliker laten controleren in functie van het gewenste resultaat. De snijkwaliteit hangt bij trillingsondersteund draaien hoofdzakelijk af van de contactratio tussen het gereedschap en het werkstuk en de relatieve snelheid van het gereedschap. De contactratio wordt op zijn beurt bepaald door de snijsnelheid, de trillingsfrequentie en trillingsamplitude van het gereedschap. Het werkstuk blijft aan een constante snijsnelheid ronddraaien, terwijl het snijgereedschap oscilleert aan een ultrasone frequentie met een kleine trillingsamplitude.

De voordelen die trillingsondersteund draaien kunnen opleveren zijn legio en ook al bewezen in de praktijk. De uitdaging zit hem echter in het introduceren en beheersen van het proces, met name het thermische gedrag van het gereedschap en het werkstuk en de veranderende trillingsfrequentie en -amplitude. Het ontwerp en de berekening van wat er precies nodig is om tot een stabiel proces te komen kost arbeid en tijd. Enkele jaren geleden introduceerde het Fraunhofer IPT uit Aken daarom al een ultrasoon ondersteund systeem voor draaibewerken. Het uitgangspunt is een nieuwe methode om het ontwerp aanzienlijk in te korten en de amplitude van de bewegende onderdelen snel en automatisch te berekenen. Het prototype diende voor het hoognauwkeurig draaien van vrije vorm oppervlaktes op staal en klas met monokristallijne diamantgereedschappen. Maar het is duidelijk dat hier nog wetenschappelijk onderzoek rond zal moeten worden verricht.

Wanneer men deze elementen onder controle krijgt, dan zullen er aangepaste gereedschappen, gereedschapshouders en snijparameters volgen en zal trillingsondersteund draaien een bredere ingang krijgen op de werkvloer. Vooral de verbetering in integriteit van het te verspanen oppervlak, de grotere verspanings­hoeveelheden en de beperking van gereedschaps­slijtage en snijtijd maken het een interessante optie voor een brede waaier aan toepassingen in verspanen.    ■