Trends in metaalboren: van coating tot vloeiboren

Verspaningsgereedschappen voor de bewerking van metaal zijn nog altijd onderhevig aan ontwikkelingen zodat er sneller, nauwkeuriger of betrouwbaarder is te verspanen. Het liefst volautomatisch. Dit artikel gaat dieper in op de ontwikkelingen bij specifiek boren. Deze zijn onder meer te vinden in de toegepaste coatings maar hebben ook betrekking op de kennis en speciale manieren van boren. 

Boren in metaal is een bewerkingsproces dat in veel bedrijven wordt toegepast. Waar de een volautomatisch 24/7 boort, gebruikt de ander een eenvoudige kolomboormachine voor af en toe een gaatje boren. Vooral de eerste categorie is kien op nieuwste ontwikkelingen omdat immers iedere hogere snelheid of iedere stilstand die te voorkomen is, uiteindelijk leidt tot een hogere beschikbaarheid van de machine en dito productie.

Coatings

Hardmetalen boren hebben vaak al voldoende goede eigenschappen om een relatief goed boorresultaat te verkrijgen. De standaard HSS boren zijn bijvoorbeeld goed geschikt voor het boren in koper, aluminium en staal maar zijn minder geschikt voor harde metalen zoals roestvaststaal. In de HSS-Co uitvoering is een bepaalde hoeveelheid kobalt toegevoegd aan de standaard HSS-legering. Hiermee wordt de slijtvastheid van de boor verhoogd wat betekent dat de levensduur toeneemt en de boren ook langer scherp blijven. Voorzien van een coating nemen de voordelen echter toe. Afhankelijk van het te bewerken materiaal is er een beste keuze te maken voor een specifieke coating. Een eenvoudige zwarte oxide coating is een coating die bedoeld is om corrosie tegen te gaan en zorgt ervoor dat de boor ook bij hogere temperaturen wat koeler blijven. Meer geavanceerde coatings zijn bijvoorbeeld het goudgele titanium nitride (TiN) of het donkergrijze titanium aluminium nitride (TiAlN). De eerste soort kenmerkt zich onder meer door een hoge hardheid, een goede hechting en een hoge weerstand tegen hoge temperaturen en chemicaliën. Bovendien heeft deze coating een lage oxidatietemperatuur en is geschikt voor gebruik in biochemische- en levensmiddelenindustrie. Titanium Aluminium Nitride (TiAlN) is een coating met onder meer een hoge oxidatiestabiliteit en hoge hardheid bij verhoogde temperatuur. Bijzonder is dat zich op een TiAlN coating een dunne laag Aluminiumoxide (Al2O3) vormt die zichzelf voortdurend herstelt. Hiermee beschermt hij de coating – en dus de boor – tegen slijtage en eventuele oxidatie. Daarnaast is deze coating door de lage wrijving geschikt voor hoge snijsnelheden en voedingen. 

Optimale spaanafvoer

Jan de Gooijer is commercieel directeur van OSG Nederland en weet: “Maar dan hebben we het vooral over de meest gangbare coatings.

Het bedrijf OSG is in 1938 opgericht in Japan en heeft zich sindsdien steeds verder ontwikkeld als fabrikant van boor-, tap- en freesgereedschappen. Al die jaren richt het onderzoek zich al op het optimaliseren van deze gereedschappen met betrekking tot eigenschappen als standtijd, maximale voeding en snijsnelheid, koeling, spaanafvoer, enzovoort. Hierin zijn inmiddels vele successen geboekt waarvan ik er twee wil noemen die passen binnen ‘trends in boren’. De eerste is kort te benoemen en betreft een eigen WXL-coating. Deze coating is ontwikkeld in ons eigen laboratorium met het oog op vooral standtijd en een lage wrijvingscoëfficiënt. Een belangrijke eigenschap: een dubbele standtijd betekent immers de helft zoveel boren aanschaffen.”

Spaanvorming

De tweede trend die De Gooijer noemt betreft de spaanvorming. Juist bij boren – en zeker het boren van diepe gaten – is het van groot belang dat spanen zo snel en efficiënt mogelijk worden afgevoerd. Spanen die achterblijven zorgen voor een groot aantal mogelijke problemen waaronder het vastlopen van de boor, het oplopen van de temperatuur, het beschadigen van de boring of boor breuk, enzovoorts. Om die reden richt het onderzoek binnen OSG zich voor een groot deel op het vormen van de spanen in kleine compacte stukjes. Dit gebeurt onder meer door een speciale snijkantcorrectie waardoor altijd korte krullen ontstaan en de snelheden kunnen worden opgevoerd.

Vloeiboren

Tot slot leidt een zoektocht door de gangen van Internet naar Metaalkundig adviesbureau Innomet waar onder meer kennis wordt gedeeld over het principe van vloeiboren. Deze manier van boren is niet erg bekend en vooral bedoeld om met hoge snelheid gaten te maken in metaal zonder verlies van materiaal. De techniek is in principe geschikt voor de meeste constructiemetalen en is uitgelegd in onderstaande figuur.

Voor vloeiboren wordt een puntig gereedschap van hittebestendig hardmetaal gebruikt. Door dit gereedschap hard te laten draaien op het metaal ontstaat er dermate veel wrijvingswarmte dat het metaal week maakt en plastisch vervormt. Dit maakt het eenvoudig het puntige gereedschap door het materiaal heen te drukken. Deze vorm van boren maakt geen spanen en er gaat dus ook geen materiaal verloren. Sterker nog: het zachte metaal vormt zich als een bus om het gereedschap heen en is eventueel zelfs geschikt om er schroefdraad in te snijden. Uiteraard zijn de randen ook weg te snijden waarbij dan wel moet worden bekeken of het oppervlak moet worden nabehandeld om corrosie te voorkomen. Een nadeel van deze manier van boren is dat het metaal ter plekke deels verbrandt door de aanwezige zuurstof. Bij roestvaststaal leidt dit tot het verlies van een (groot) deel van de corrosiebestendigheid. Ook ontstaan er oxidehuiden met verschillende eigenschappen die kunnen leiden tot microscheurtjes bij temperatuurschommelingen. 

Zomaar een greep uit een veelheid aan ontwikkelingen die de sector verder helpen bij het efficiënt, nauwkeurig en veilig produceren.