Pagina 34 van: Metaal Magazine 3 – 2014

j a a r g a n g 5 2 | w w w . m e t a a l m a g a z i n e . n l | 3 – 2 0 1 4 3534 j a a r g a n g 5 2 | w w w . m e t a a l m a g a z i n e . n l | 3 – 2 0 1 4

De op nikkel gebaseerde superlegeringen zoals Inconel 718, MAR en Waspeloy zijn geliefd bij

engineers in de vliegtuig- en energie-industrie, maar vaak ‘verfoeid’ in de verspaning. Ze zijn

namelijk moeilijk te verspanen. Juist de eigenschap die de materialen voor deze markten zo geschikt

maakt, de lage thermische geleidbaarheid, maakt ze in de freesmachine minder populair. Met

keramische snijgereedschappen blijk je deze superlegeringen echter goed te kunnen verspanen.

DOOR: FRANC COENEN

Zowel in vliegtuigmotoren als in energiecentra-

les lopen de temperaturen steeds verder op.

Hogere temperaturen betekenen een efficiën-

tere verbranding, dus minder energieverbruik

en minder CO2 uitstoot. Engineers zoeken

daarom naar materialen die een lage thermi-

sche geleidbaarheid hebben, zoals de op nikkel

gebaseerde superlegeringen. De twee grote

problemen bij het verspanen van deze materia-

len zijn de geringe ‘material removal rate’

(MRR) en de korte standtijd van de gereed-

schappen, die met name aan de snijkanten

zwaar belast worden doordat de warmte niet

goed afgevoerd wordt via de spanen maar

vooral in het gereedschap gaat zitten.

Keramisch snijmateriaal
Zowel Seco Tools als Kennametal hebben een

nieuw keramisch materiaal ontwikkeld waar-

mee deze superlegeringen beter te verspanen

zijn. Beide gereedschapsfabrikanten baseren

zich op een Canadese ontwikkeling, SiAlON.

Het gaat om een silicium-aluminium-zuurstof-

stikstof-keramiek (SiAlON) een zogenaamd

non-oxide keramiek. Het is een variant van de

bestaande silicumnitride keramieken. Bijzonder

is de microstructuur van het keramiek, dat iets

weg heeft van vezels. De keramische korrels

worden in het productieproces bij een hoge

temperatuur vervormd tot lage, smalle structu-

ren die willekeurig over elkaar heen liggen.

Hierdoor blijft het ook bij temperaturen boven

de 750 °C intact. Toegepast als coating op een

snijgereedschap betekent dit dat het gereed-

schap bij temperaturen boven de 750 °C goed

blijft presteren. Het materiaal heeft een buig-

sterkte van 1150 MPa. “We voegen aan de ei-

genschappen van SiAlON keramiek een hoge

slijtageweerstand bij hogere snijsnelheden

toe”, legt Arnaud de Potter van Seco Tools uit.

Niet breken
Het nieuwe gereedschap toont een heel ander

slijtagepatroon dan normaal bij freesgereed-

schappen. Het breekt namelijk niet. “De coa-

ting neemt geleidelijk af. Ook de spanen zijn

totaal anders: het lijken eerder dennennaalden,

meer poederachtig”, zegt Werner Penkert, ma-

nager Engineered Solutions bij Kennametal.

Koeling is niet nodig, alleen de spanen wegbla-

zen met lucht volstaat. De machine moet dus

wel tegen stof bestand zijn. Een andere voor-

waarde aan de machine is dat deze hoog dyna-

misch is. Bij Seco Tools praat men over snijsnel-

heden bij Inconel van minimaal 250 m/min.

Vergelijk je dit met de gangbare waarden bij

een hardmetalen frees, dan ligt de snijsnelheid

een factor acht hoger. Werner Penkert spreekt

van een venster van snijsnelheden tussen 250

m/min en 1000 m/min. De machine moet dus

stabiel zijn en je hebt een spindel met hoge toe-

rentallen nodig. “Minimaal eigenlijk 15.000

omwentelingen per minuut; bij elektrospindels

gaan we al tot 30.000 omwentelingen.” Ken-

nametal verwacht dat er nog hogere toerental-

len bereikt kunnen worden bij het frezen met

kleinere diameters. Deze hoge toerentallen zijn

wel essentieel bij het frezen met de nieuwe ke-

ramieksoorten. Deze zorgen namelijk voor la-

gere snijkrachten. De MRR-waarde ligt dan en

factor 20 tot 30 keer hoger dan bij het frezen

van deze superlegeringen met de traditionele

hardmetalen frezen. Op korte termijn ziet men

bij Kennametal nog een belemmering voor een

groter toepassingsgebied van deze gereed-

schaptechnologie doordat de standaardspin-

dels voor hardmetalen gereedschappen onvol-

doende toeren maken. Enkel elektrospindels

geraken zover. De spindelfabrikanten zijn dan

ook aan zet.

Niet voor finishen
De SiAlON snijgereedschappen zijn overigens al-

leen geschikt voor het voorfrezen en semi-fini-

shen. Dit heeft alles te maken met het specifieke

slijtagepatroon. Doordat de coating langzaam

slijt, neemt de diameter van het gereedschap af

waardoor de geometrie dus wijzigt. Daarom

raadt Kennametal aan altijd met een kleine

overmaat te werken die je dan bij het eindfre-

zen kunt weghalen met een hardmetalen ge-

reedschap. Dit lijkt misschien minder efficiënt,

maar de standtijden van de nieuwe gereed-

schappen zijn aanzienlijk langer dan van hard-

metalen frezen, zodat uiteindelijk toch minder

gereedschapswisselingen nodig zijn. <<<

Superlegeringen verspanen

met keramiek

Turbinehuis van Inconel 718 van Aerotech Peissenberg zoals tijdens de AMB 2010 getoond op de stand van

gereedschapleverancier Walter. Deze nikkellegering is moeilijk te verspanen. Keramische gereedschappen

kunnen een uitkomst zijn (foto: Reinold Tomberg)

Snijkanten
zwaar belast

34-35_keramiekgereedschap.indd 34 18-03-14 14:40