Wat is de rol van bewerkingsvloeistof bij verspanende technieken in de metaal?

Verspaning is een algemene term die verschillende verspanende technieken omvat in de metaalsector. Als men het woord verspanen gebruikt dan doelt men op alle bewerkingstechnieken waarbij delen van het werkstuk in de vorm van spaantjes van het werkstuk afgenomen worden om het de gewenste vorm te geven. Vaak denkt men bij verspanen aan draaien en frezen maar deze varianten zijn slechts een paar voorbeelden van verspaning. Er zijn nog veel meer verschillende soorten verspaning zoals boren, tappen, slijpen en zagen. Bij verspanen maakt men gebruik van een aantal verschillende smeermiddelen.

Smeermiddel voor het onderhoud van de machine
Over het algemeen worden verschillende vloeistoffen en vetten in de metaal gebruikt als smeermiddel. Het smeermiddel moet er voor zorgen dat de wrijving tussen verschillende delen wordt beperkt. Daardoor wordt er minder warmte gecreëerd en ontstaat er minder slijtage. Op die manier blijft het werkstuk en de constructie zo lang mogelijk bestaan en blijft deze haar sterkte behouden. Ook tijdens het verspanen maakt men gebruik van deze smeermiddelen.

De smeermiddelen worden toegepast om de machine die wordt gebruikt voor het verspanen zo lang mogelijk te behouden. De verschillende draaiende delen van de machine worden goed ingevet om te voorkomen dat deze delen te warm worden en gaan slijten. Daarbij is de juiste viscositeit van belang. Bij het bepalen van de gewenste viscositeit  dient men ook rekening te houden met de snelheid en temperatuur duur tijdens de verspaning wordt ontwikkeld. Het bepalen van het juiste smeermiddel is heel lastig. Daarom worden in de praktijk smeerschema’s gehanteerd met daarop de juiste smeermiddelen die voor de machines moeten worden gebruikt.

Smeermiddel voor het verspanen
Als men gaat verspanen maakt men gebruik van een scherp en hard gereedschap. Dit kan bijvoorbeeld een boor, beitel of zaagblad zijn. Deze harde gereedschapsdelen bewegen zich in de praktijk met een bepaalde snelheid door het uitgangsmetaal of werkstuk. Hierbij treed ook wrijving op en is de kans op slijtage van het gereedschap groot. Het doel is dat het materiaal wordt vervormd en niet het gereedschap. Daarom moet de warmte worden beperkt en afgevoerd. Ook dient men de wrijving tijdens de bewerking te verminderen. Bij het smeren van de snijgereedschappen wordt tijdens de bewerking voortdurend smeervloeistof op het werkstuk en snijgereedschap gespoten. De rol van dit smeermiddel is het koelen van gereedschap en het verminderen van de wrijving tijdens het verspaningsproces.

Voor verspanende technieken maakt men gebruik van zogenoemde snijoliën of booroliën. Snijolie of boorolie zorgt er voor dat de boor of beitel zich met minder wrijving door het uitgangsmateriaal vreet. Er zijn verschillende materialen en er zijn ook verschillende gereedschappen daarom zijn er ook verschillende soorten snijolie en boorolie. De keuze voor de juiste snijolie is bovendien ook afhankelijk van de soort machine die men gebruikt om de bewerking uit te voeren en de snelheden die worden gerealiseerd tijdens het verspanen. Ook voor snijolie en boorolie zijn duidelijke voorschriften zodat de juiste olie wordt gehanteerd tijdens het bewerkingsproces.

Wat is tribologie en wat doet dit vakgebied binnen de werktuigbouwkunde?

Tribologie wordt ook wel wrijvingskunde genoemd. Het is een specifieke tak binnen de werktuigbouwkunde. In het woord tribologie zit het Griekse woord ‘tribe’ dat wrijving betekend. Tribologie is het vakgebied waarin onderzoek wordt gedaan naar wrijvingsverschijnselen en slijtageverschijnselen die kunnen ontstaan op contactvlakken van materialen. Deze slijtage kan onder andere ontstaan door wrijving daarom wordt tribologie ook wel wrijvingskunde genoemd. Er wordt gekeken naar het effect van wrijving onder verschillende omstandigheden. Zo wordt er gekeken naar het effect van wrijving onder droge omstandigheden en natte omstandigheden. Daarnaast wordt gekeken naar het effect van wrijving bij verschillende temperaturen. Hieronder is in een aantal alinea’s weergegeven waar het vakgebied tribologie mee verbonden is.

Ruwheid van materiaal
Binnen tribologie worden daarnaast verschillende materialen onderzocht. Er wordt gekeken naar de materialen die veel wrijving veroorzaken wanneer ze met elkaar in contact komen en naar materialen die bij contact weinig wrijven. Een glad oppervlak zorgt voor minder wrijving dan een ruw oppervlak. De ruwheid van materialen wordt binnen de tribologie weergegeven in micrometers en verschillende waarden zoals ‘Ra, Rx, Rh’.

Levensduur van machineonderdelen
Wrijving en slijtage moeten in de werktuigbouwkunde zoveel mogelijk worden beperkt. Dit bevordert namelijk de levensduur van de machineonderdelen. Onderdelen van machines die onderhevig kunnen zijn aan slijtage en wrijving zijn bijvoorbeeld lagers, remmen en loopvlakken van machineonderdelen. Het is belangrijk dat deze machineonderdelen zo lang mogelijk meegaan. Wanneer deze onderdelen vaak vervangen moeten worden staan machines stil en zijn de onderhoudskosten hoog. Daarom is één van de belangrijkste doelstellingen van tribologie het beperken van slijtage en wrijving.

Levensduur van lagers
Binnen de tribologie kan bijvoorbeeld specifiek onderzoek worden gedaan naar de levensduur van lagers. Deze levensduuranalyse kan worden gedaan voordat machines daadwerkelijk een bepaald type lager gaan gebruiken. De keuze van de juiste lager is van groot belang voor de ontwikkeling van machines. Wanneer in machines verkeerde lagers worden toegepast kan dit er voor zorgen dat de machines in de praktijk niet effectief kunnen worden gebruikt. Daarnaast zullen de onderhoudskosten omhoog gaan omdat de lagers regelmatig vervangen moeten worden. Na de toepassing van lagers in een machine kan ook worden onderzocht waarom bepaalde lagers veel wrijving veroorzaken of juist niet. Dit is over het algemeen minder verstandig omdat de lagers dan reeds zijn toegepast. Naast lagers worden ook andere machineonderdelen die in contact komen met elkaar onderzocht op de effecten van de wrijving.

Tribologie en metallurgie
De materialen zoals metalen en metaallegeringen waaruit machineonderdelen bestaan moeten naast slijtvastheid ook aan andere eisen voldoen. De mechanische eigenschappen van materialen zijn erg belangrijk. Een metallurg stelt bijvoorbeeld bepaalde eisen aan de sterkte en corrosievastheid van metalen die toegepast worden in een constructie. Ook de manier waarop een metaal verwerkt en vervormd kan worden en de prijs van metaal is van invloed. Soms moeten metalen worden toegepast die minder slijtvast zijn maar toch over andere goede mechanische eigenschappen beschikken.

Tribologie en de toepassing van smering
Een oplossing waarmee de wrijving zoveel mogelijk tegen kan worden gegaan is het gebruik van smeermiddelen. Smeermiddelen zorgen voor smering tussen machineonderdelen. Binnen tribologie wordt aandacht besteed aan de juiste smeermiddelen die de wrijving tussen de machineonderdelen kunnen beperken. Er zijn zeer veel verschillende smeermiddelen die specifieke eigenschappen hebben. Smeermiddelen worden meestal in drie hoofdgroepen ingedeeld: vaste smeermiddelen, vloeibare smeermiddelen en plastische smeermiddelen zoals smeervetten. Daarnaast is het mogelijk om smeermiddelen in te delen in grondstoffen. Zo worden sommige smeermiddelen vervaardigd uit dierlijke en plantaardige vetten. Dit worden ook wel bio-smeermiddelen genoemd omdat ze biologisch goed afbreekbaar zijn. Veel olie die toegepast wordt is echter minerale olie. Deze olie is biologisch moeilijk afbreekbaar maar wordt wel veel gebruikt vanwege de gunstige smeereigenschappen. Met name de viscositeit is van groot belang bij de beoordeling van smeermiddelen. De viscositeit is een term waarmee de stroperigheid of traag vloeibaarheid van een stof wordt aangeduid. Door de smeermiddelen met de juiste viscositeit toe te passen kan de slijtage aan machineonderdelen worden beperkt. De wrijving treed dan op in het smeermiddel zelf en minder tussen de machineonderdelen.