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 een lager en waar worden lagers voor gebruikt?

Lagers zijn onderdelen  die worden gebruikt voor het verlagen van de wrijving tussen verschillende bewegende delen van een constructie. Lagers worden over het algemeen gebruikt voor het versoepelen van een lineaire beweging of roterende beweging. Er zijn verschillende soorten lagers ontwikkelt. Voor de duidelijkheid zijn lagers onderverdeeld in een aantal categorieën. Deze onderverdeling is gebaseerd op de bewegingsrichting en de vorm van de lagers.

Beweging van lagers
Lagers kunnen verschillende bewegingen maken.  Zo kunnen lagers bijvoorbeeld een radiale beweging maken. Dit is een beweging loodrecht op de lengterichting van de as. Verder kunnen lagers ook een axiale beweging maken, deze beweging is op de as. Machineonderdelen die bewegen hebben altijd te maken met een bepaalde wrijving. Lagers met weinig weerstand zorgen voor een lage wrijving. Een lage wrijving heeft belangrijke voordelen. Zo kunnen lagers die weinig wrijving veroorzaken er voor zorgen dat machineonderdelen snel ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. De wrijving van een lager is van een aantal factoren afhankelijk.

Eigenschappen van de lagers
Lagers hebben verschillende eigenschappen. Allereerst is de vorm van de lagers belangrijk. De meeste lagers bestaan uit ronde kogels of rollers.  Ook de hardheid en andere eigenschappen van het materiaal zijn van belang. Lagers kunnen worden gemaakt van kunststoffen maar ook van metalen. De wrijving van de lagers en tussen de lagers kan daarnaast verder worden vermindert door de juiste smeermiddelen toe te passen. Hierbij is de viscositeit belangrijk. Dit viscositeit is de vloeibaarheid van een vloeistof. Deze kan veranderen naarmate lagers warm worden door de beweging die ze maken. De viscositeit moet voldoende zijn om de lagers goed te smeren wanneer deze bewegen. Daarnaast kan een te hoge viscositeit er voor zorgen dat lagers moeilijker kunnen bewegen omdat het smeervet of de smeerolie te stug is. Lagers hebben meestal bepaalde smeerschema’s. Hierin is beschreven welke smeermiddelen gebruikt moeten worden. Door de juiste smering en de juiste lager te gebruiken worden bewegingen tussen machinedelen soepel en is het resultaat optimaal.

Wat is het belang van smeermiddelen in de werktuigbouwkunde?

In de werktuigbouwkunde worden verschillende machines, apparaten en andere werktuigen ontworpen en gefabriceerd. Naast het ontwerp en de fabricage van deze werktuigen is het ook van belang dat er rekening wordt gehouden met het onderhoud daarvan. Werktuigen moeten een zo lang mogelijke levensduur hebben. Storingen, breuk en slijtage moeten zoveel mogelijk voorkomen worden. Echter, niet alle problemen die in werktuigen kunnen ontstaan kunnen worden voorkomen door de gebruikers van de werktuigen. Een belangrijk deel van het onderhoud dat wél door de gebruikers van werktuigen kan worden gedaan is het beperken van slijtage van het werktuig en bijbehorende onderdelen. Hiervoor kunnen onder andere smeermiddelen worden gebruikt.

Het gevaar van slijtage bij machineonderdelen
Metalen onderdelen zijn nooit helemaal glad. Hoe nauwkeurig metalen onderdelen ook worden afgewerkt er zijn altijd kleine krasjes en hoogteverschillen op de metalen onderdelen aanwezig. Deze verschillen kunnen lang niet altijd met het ‘blote oog’ worden waargenomen. Wanneer men een metaaloppervlak echter sterk zou vergroten ziet men kleine heuveltjes en dalen. Wanneer twee metalen producten elkaar voortdurend zouden raken treed er wrijving op. Deze wrijving wordt ook wel metallisch contact genoemd. Dit metallisch contact is een droge wrijving tussen metalen. Wanneer onderdelen zoals tandwielen onder hoge snelheden roteren kunnen door het metallisch contact hoge temperaturen worden bereikt. Deze temperaturen kunnen zo hoog zijn dat kleine stukjes van de machineonderdelen beginnen te smelten en vervolgens weer beginnen te stollen. De gestolde deeltjes kunnen vervolgens weer losbreken als de onderdelen weer in beweging worden gebracht. De onderdelen beginnen hierdoor te slijten en van vorm te veranderen. Dit slijten wordt ook wel vreten genoemd. Wanneer het slijtageproces niet wordt tegengegaan zullen machineonderdelen dusdanig van vorm veranderen dat de machine niet meer goed loopt. Uiteindelijk kan het slijtageproces er zelfs toe leiden dat de machine in zijn geheel vastloopt. Hierbij kan ook nog extra schade optreden naast de schade die al was ontstaan door de slijtage. Deze situatie moet ten allen tijde worden voorkomen.

Waarom zijn smeermiddelen belangrijk?
Naast een goede afwerking van de metaaloppervlaktes van machineonderdelen is het ook van belang dat het oppervlakte van de metalen onderdelen goed glad wordt gemaakt. Zoals eerder is vermeld kunnen metaaloppervlaktes van machineonderdelen nooit geheel glad worden geproduceerd. De toleranties kunnen nog zo nauwkeurig zijn, er zullen altijd oneffenheden aanwezig zijn op de onderdelen. Deze oneffenheden moeten worden opgevuld. Daarnaast moeten de machineonderdelen die met elkaar in contact kunnen komen van elkaar worden gescheiden door een dunne laag vloeistof of vet toe te voegen. Wanneer dit gebeurd treed er wrijving op in de vloeistof. Dit wordt ook wel vloeistofwrijving genoemd. Bij vloeistofwrijving er sprake van onderlinge wrijving van vloeistofdeeltjes. Deze onderlinge wrijvingsweerstand is hierbij veel lager dan de wrijvingsweerstand die ontstaat wanneer twee metalen onderdelen droog tegen elkaar worden aangewreven. Vloeistoffen en vetten kunnen worden gebruikt om de slijtage van machineonderdelen tegen te gaan. In feite worden de machineonderdelen gesmeerd. Er zijn echter verschillende smeermiddelen. Hierover gaat de volgende alinea.

Welke smeermiddel moet ik kiezen?
Doormiddel van smeermiddelen wordt de wrijving beperkt van onderdelen van werktuigen. Door het beperken van deze wrijving wordt ook de slijtage vermindert en kunnen machines langer worden gebruikt. Er zijn verschillende smeermiddelen die kunnen worden gebruikt. Bij de keuze van het juiste smeermiddel is het onder andere van belang dat er gekeken wordt naar de ruimte tussen de bewegende delen die met elkaar in contact komen. Ook de rotatiesnelheid van machineonderdelen moet goed worden bekeken. Wanneer machineonderdelen snel roteren kan een hoge temperatuur ontstaan. De hoge temperatuur kan de vloeibaarheid van smeermiddelen veranderen. Een goed smeermiddel moet de onderdelen die met elkaar in contact komen onder elke denkbare omstandigheid die logischerwijs in de machine kan ontstaan van voldoende smering voorzien. Voor veel machines en motoren is voorgeschreven welk smeermiddel moet worden gebruikt. Hierbij wordt onder andere gekeken naar de viscositeit van een smeermiddel. Dit is de vloeibaarheid van een smeermiddel. Deze vloeibaarheid is gekoppeld aan een bepaalde temperatuur.

Welke verschillende smeermiddelen zijn er?
Wanneer men de eigenschappen van smeermiddelen goed in beeld heeft kan men het juiste smeermiddel kiezen. Smeermiddelen zijn er in verschillende soorten. Hieronder wordt een kort overzicht weergegeven van verschillende soorten smeermiddelen.

  • Minerale oliën: deze oliën zijn vloeibaar en worden veel toegepast
  • Plantaardige oliën: dit zijn vloeibare oliën die gewonnen worden uit extracten van planten.
  • Dierlijke oliën: dit zijn oliën die worden gewonnen uit dierlijke vetten.
  • Vaste smeermiddelen: dit kunnen poeders zijn van zeer fijn koolstof zoals grafiet.
  • Smeervetten: deze bestaan uit vaste stoffen of stroperige stoffen.

Bovenstaande categorieën zijn zeer breed. Hieronder vallen nog allemaal verschillende indelingen bijvoorbeeld op het gebied van viscositeit. Minerale oliën kunnen onderling sterk verschillen op het gebied van viscositeit. Ook de andere categorieën bevatten smeermiddelen die voor verschillende doeleinden kunnen worden toegepast.

Viscositeit van smeermiddelen wat wordt er mee bedoelt?

Viscositeit is een term die wordt gebruikt om de dikte van een vloeistof aan te duiden. Het wordt ook wel vertaald met de kleverigheid en stroperigheid van vloeistoffen. Hoe hoger de viscositeit hoe meer de vloeistof zich verzet tegen krachten die de vloeistof zouden laten vloeien. Viscositeit geeft in feite de weerstand van een vloeistof aan tegen het stromen. De term viscositeit is afgeleid van het Latijnse woord voor de maretak. Vroeger van de maretak vogellijm gemaakt. De Latijnse naam voor de mare tak is viscum album. Het eerste deel van het woord ‘viscum’ is verwerkt in het woord viscositeit. Veel lijmsoorten hebben een hoge viscositeit. Dit houdt in dat veel lijmsoorten traag vloeiend zijn en een hoge interne weerstand hebben tegen vloeien. Vloeistoffen die een hoge viscositeit bevatten worden viskeus genoemd. Water is een voorbeeld van een vloeistof met een lage viscositeit. Water vloeit over het algemeen zonder veel weerstand weg. Dit is echter wel afhankelijk van de temperatuur van de omgeving. Vloeistoffen kunnen trager of juist sneller vloeien wanneer de temperatuur verandert.

Viscositeit in de techniek
De juiste viscositeit van smeerolie is erg belangrijk bij het bepalen van de geschiktheid van olie om bepaalde machineonderdelen of motoronderdelen te smeren. Olie wordt als smeermiddel gebruikt voor bewegende delen van een machine. Olie vormt hierbij een film tussen de bewegende onderdelen en zorgt er voor dat de onderlinge rechtstreekse wrijving  wordt vermindert. Deze onderlinge wrijving kan ontstaan door metaal-op-metaal contact, dit wordt ook wel metallisch contact genoemd. Door rechtstreeks contact tussen machineonderdelen treed er slijtage op. Dit slijtageproces moet zo langzaam mogelijk verlopen omdat anders machineonderdelen regelmatig vervangen moeten worden en de machine niet goed meer draait. Olie met de juiste viscositeit moet er voor zorgen dat dit slijtageproces wordt vertraagd en de machineonderdelen langer mee gaan.

De juiste viscositeit is belangrijk 
Voor de meeste machines en motoren is in de gebruikshandleiding voorgeschreven welke olie toegepast moet worden. Daarbij is aangegeven over welke viscositeit de olie moet beschikken. Olie zorgt er naast smering ook voor koeling van de machineonderdelen. De koeling van bijvoorbeeld lagers kan niet worden bereikt door de toepassing van een vaste stof of smeervet. Wanneer machineonderdelen draaien kunnen ze heel warm worden. De smeerolie wordt dan echter ook warm en kan er voor zorgen dat de olie vloeibaarder wordt  of juist niet. Het toerental van lagers en andere machineonderdelen is van belang bij het kiezen van de juiste smeerolie. De keuze voor de juiste viscositeit is van groot belang voor de ‘levensduur’ van de machineonderdelen en de motor. Een te hoge viscositeit zorgt er voor dat de vloeistof te traag vloeit en daardoor niet alle machineonderdelen of de gehele motor smeert. Hierdoor kan alsnog slijtage ontstaan. Bij een te lage viscositeit is de oliefilm te dun tussen de bewegende delen en treed er alsnog slijtage op in bijvoorbeeld de vorm van metallisch contact.