Roterende gereedschappen versus wisselplaatgereedschappen

Snijgereedschappen voor metaalbewerking zijn in te delen in twee hoofdgroepen: volmateriaal en wisselplaatgereedschappen. Fabio Sala, productmanager voor volmateriaal gereedschappen, en Lukas Pavlis, productmanager voor wisselplaatgereedschappen, van Dormer Pramet bespreken de belangrijkste elementen die het verschil maken tussen de twee soorten snijgereedschappen, inclusief het materiaal, de prestaties en de veelzijdigheid.

Volmateriaal gereedschappen, ook wel bekend als massieve gereedschappen, bestaan uit één stuk en zijn opgebouwd uit de snijkant en de schacht. Ze worden met name gebruikt voor boor-, draadsnij- en freestoepassingen.  Door de ronddraaiende beweging worden ze ook wel roterende gereedschappen genoemd. Wisselplaatgereedschappen bestaan uit een gereedschap waarvan de snijkant indexeerbaar en verwisselbaar is. Deze zogenaamde wisselplaten worden geklemd op gereedschap. Deze worden over het algemeen gebruikt voor bewerkingen voor draaien, frezen en gaten maken.

Materiaal – wisselplaatgereedschappen
In het begin van de twintigste eeuw was het materiaal van snijgereedschappen soms maar iets harder dan het materiaal dat werd gesneden. Om die reden was de standtijd kort en moesten de snijsnelheden relatief laag worden gehouden. Aangezien de materialen van de snijgereedschappen zich verder ontwikkelden, werden ze geschikt voor verhoogde bewerkingsparameters en waren ze bestand tegen hogere temperaturen terwijl de hardheid werd behouden.  Hoe harder het gereedschapssubstraat is, des te slijtvaster de snijgereedschappen zijn. Dit resulteert in een langere standtijd. Het compromis hier is dat hardere gereedschapssubstraten brozer zijn en waarschijnlijk eerder scheuren of breken onder ongunstige omstandigheden.

Zachtere gereedschapssubstraten maken de gereedschappen taaier waardoor ook onder ongunstige omstandigheden bewerkingen uitgevoerd kunnen worden. Hoewel taaiere substraten minder snel scheuren of breken, werken ze bij lagere verspaningscondities en is de standtijd dus niet zo lang.

Het ideale materiaal van snijgereedschappen moet bestand zijn tegen vrijloopvlak- en snijkantslijtage en tegen deformatie, moet taai zijn om bestand te zijn tegen breuk, mag niet chemisch reageren met het werkstukmateriaal, moet bestand zijn tegen oxidatie en diffusie en tegen plotselinge thermische wijzigingen.

Wisselplaten worden gemaakt van wolfraamcarbiden wat het meest gebruikte materiaal voor wisselplaatgereedschappen is. Ander beschikbaar materiaal dat wordt gebruikt voor wisselplaten is cermet (CT), keramiek (CC), kubisch boriumnitride (CBN) of polykristallijn diamant (PCD). CT is goed bestand tegen vrijloopvlak- en kraterslijtage en is niet gevoelig voor snijkantopbouw. Daarom behoudt de snijkant zijn scherpte gedurende een langere tijd. CC heeft een breed toepassingsgebied voor het verspanen van harde materialen (45-55 HRc) en is goed bestand tegen schurende en thermische omstandigheden.  CBN is een uitstekend materiaal voor snijgereedschappen en biedt een extreem harde hoogthermische bestendigheid. CBN wordt gebruikt in materialen zoals gehard staal en gietijzer. PCD komt in twee soorten voor (natuurlijk diamant en industriediamant) en wordt vanwege de hoge slijtvastheid gebruikt voor non-ferromaterialen zoals aluminium met een hoog siliciumgehalte. Aangezien PCD extreem hard en broos is, is het geen goede keuze voor toepassingen met een hoge hardheid of grote snededieptes.

Materiaal – roterende gereedschappen
Roterende gereedschappen worden van oudsher gemaakt van snelstaal (HSS), met kobalt gelegeerd snelstaal (HSCo of HSS-E) of volhardmetaal. Koolstof, chroom, wolfraam, molybdeen, vanadium en kobalt zijn de belangrijkste legeringselementen die worden gebruikt in snijgereedschappen die zijn gemaakt van snelstaal. HSS is een legering met een goede bewerkbaarheid en goede prestaties. Het biedt taaiheid en is een gunstig geprijsde optie voor een grote verscheidenheid aan grootschalige boor- en draadsnijtoepassingen in meerdere materialen. Maar het is niet erg slijtvast en dus niet geschikt voor veeleisende, moeilijke omstandigheden.

Kobalt gelegeerd snelstaal biedt een goede combinatie van taaiheid en hardheid voor een goede bewerkbaarheid en slijtvastheid. Dit maakt het materiaal geschikt voor boren, tappen, frezen en ruimers. De brede en flexibele inzetbaarheid van HSS gereedschappen maakt deze nog steeds populair en niet weg te denken in alle segmenten van de verspaning. Volhardmetaal is momenteel het meest gebruikte slijtvaste materiaal voor snijgereedschappen ter wereld en is geschikt voor zowel roterende gereedschappen als wisselplaatgereedschappen.

Prestaties en veelzijdigheid – wisselplaatgereedschappen
Vanuit kostenperspectief vergen wisselplaten en wisselplaatgereedschappen een aanzienlijke investering, maar ze gaan in potentie langer mee. Tevens hebben zij het grote voordeel dat wanneer de snijkant bot wordt deze gedraaid (geïndexeerd) kan worden zonder het hele gereedschap te moeten vervangen. Dat levert een tijds- en dus kostenbesparing op.

Het voordeel van wisselplaatgereedschappen is daarmee ook dat ze de mogelijkheid bieden deze te gebruiken voor verschillende materialen. De wisselplaat kan specifiek worden gekozen voor een bepaald materiaal waardoor optimale verspaningscondities aangehouden kunnen worden. Wanneer er dan een heel ander materiaal bewerkt moet worden kan een andere wisselplaat gemonteerd worden die daarvoor geschikt is. Overigens kennen de meeste wisselplaten en hardmetaalsoorten een breed inzetgebied.

Wisselplaatgereedschappen bieden een breder inzetgebied dan roterende gereedschappen met constante resultaten, zelfs onder ongunstige omstandigheden, en kunnen meerdere bewerkingen uitvoeren. Deze operationele veelzijdigheid uit zich bijvoorbeeld bij freeswisselplaten in de mogelijkheid van insteekfrezen, circulaire interpolatie, contourfrezen en uitkameren. Wisselplaatgereedschappen bieden ook een veel grotere diametercapaciteit dan roterende gereedschappen.

Prestaties en veelzijdigheid – roterende gereedschappen
Een voordeel bij roterende gereedschappen is dat door de mogelijkheid van herslijpen de aanschafkosten die vaak hoger liggen dan die van een wisselplaat toch renderen. Bij wisselplaten is herslijpen niet mogelijk. De geometrie, het substraat en de coating van roterende gereedschappen bepalen de prestaties. Toepassingsspecifieke gereedschappen kunnen een grotere nauwkeurigheid bieden dan universele gereedschappen. Door de geometrische vorm van roterende gereedschappen is het ook mogelijk veel  kleinere diameters te bereiken.

De viervlaks splitpoint, toegepast op spiraalboren, was bijvoorbeeld oorspronkelijk ontwikkeld voor diepe oliekanalen in krukassen voor auto’s. Tegenwoordig wordt het gebruikt op een groot aantal boortypes voor een grote verscheidenheid aan harde en zachte materialen. Het kan worden toegepast op allerlei boorpunthoeken, de meest gebruikelijke is 135°.  Dit is kenmerkend voor de ontwikkeling van roterende gereedschappen waarbij hoofdkenmerken, die zijn ontwikkeld voor specialistische en unieke toepassingen, na verloop van tijd zijn uitgebreid voor gebruik in een groot aantal toepassingen en materialen.

Een belangrijk voordeel van de splitpoint is eenvoudigere en nauwkeurigere zelfcentrering. En het  voorkomt dat het gereedschap gaat ‘verlopen’. De ziel uitdunning of splitpoint vermindert de boordruk aanzienlijk en verlengt in feite de positieve snijkant richting het midden van de boor.

In een groot aantal materialen fungeert de punt ook als een spaanbreker om kleine spanen te produceren die efficiënter kunnen worden afgevoerd via de spaangroeven. Dit is een duidelijk voordeel bij de meeste toepassingen maar vooral bij uit de hand boren of in een kolomboor waarbij geen boorbussen worden gebruikt.

Samenvatting
Roterende gereedschappen en wisselplaatgereedschappen hebben elk hun eigen duidelijke voordelen die zijn gebaseerd op materiaal-, bewerkings- en gebruikersvereisten. Aan elk gereedschap worden voortdurend nieuwe ontwikkelingen doorgevoerd en verbeteringen aangebracht, inclusief nieuwe geometrieën, coatings, substraten en productieprocessen zoals snijkant nabehandelingen, oppervlaktenbewerkingen en andere behandelingen.

Het uitgebreide assortiment vormt een compleet aanbod voor de gebruikers. Het is vaak mogelijk om een keuze te maken voor het een of het ander omdat een bepaalde toepassing mogelijk is met zowel een wisselplaat als een roterend gereedschap. Dormer Pramet heeft een verschillende hulpmiddelen, waaronder gedrukte publicaties, een E-shop en de Product Selector, en biedt persoonlijk advies om het juiste snijgereedschap te kiezen.