Wat is metaalbewerking en welke metaalbewerkingsprocessen zijn er?

Metaalbewerking is een algemene benaming die wordt gebruikt voor het bewerken van metalen. Sinds de ontdekking van metaal in ertsen heeft de mensheid verschillende periodes gehad die zich kenmerkten door een bepaald metaal of metaalbewerking. Zo kende men de bronstijd en de ijzertijd.

Tegenwoordig wordt in metaalbewerking gebruik gemaakt van uiteenlopende metalen en metaallegeringen. In de metaaltechniek wordt vooral staal toegepast. Dit is ijzer met een klein percentage koolstof. Daarnaast wordt ook aluminium gebruikt en worden legeringen gemaakt zoals roestvast staal (RVS).

De doelstelling van metaalbewerking is het maken van individuele onderdelen, halffabricaten,  assemblages of complete constructies. Metaalbewerking is een zeer brede term die onder de metaaltechniek valt. Doormiddel van het bewerken van metalen kunnen uiteenlopende werkstukken en constructies worden vervaardigd. Hierbij kan gedacht worden aan:

  • Bruggen
  • Schepen
  • Jachten
  • Machineframes
  • Balustrades
  • Puiconstructies
  • Kunstwerken

Ook sieraden en horloges worden van metalen gemaakt. Hiervoor worden meestal edelmetalen gebruikt die zeer nauwkeurig worden gewerkt. Daarnaast wordt in de machinebouw en de medische sector ook gebruik gemaakt van metalen in verschillende soorten, maatvoeringen en toleranties. De metaalbewerking is daardoor een zeer brede sector waarin grote en kleine en kleine producten worden gemaakt voor verschillende sectoren: van juwelier tot de bouwbranche.

Metaalbewerkingsprocessen
In de bronstijd, ongeveer 3000 tot 800 voor Christus, maakten mensen vooral gebruik brons. Hiervoor had men kopererts en tinerts nodig. Koper en tin werden samengesmolten en vervolgens in de gewenste vorm gegoten. Brons is echter niet smeedbaar. De ijzertijd zorgde voor een grote verandering. Deze periode begon in Europa vanaf ongeveer 800 voor Christus. IJzer is in tegenstelling tot brons wel smeedbaar en daarnaast kan het ook nog gegoten worden in vormen zoals bij gietijzer en gietstaal gebeurd.

Door de komt van ijzer nam het aantal bewerkingsprocessen in de metaalbewerking toe. Er ontstonden smederijen waarbij een smid ijzer doormiddel van vlamovens op temperatuur bracht en vervolgens met een hamer op een aanbeeld in de gewenste vorm sloeg. Hierdoor ontstond smeedijzer en smeedstaal.

Tegenwoordig worden vooral machines gebruikt voor het bewerken van metaal. Hierbij maakt men onder andere gebruik van werktuigmachines. De moderne metaalbewerkingsprocessen zijn zeer divers en worden wel in twee groepen verdeeld:

  • De verspanende metaalbewerking. Deze metaalbewerking omvat verschillende metaalbewerkingsprocessen waarbij het basismateriaal doormiddel van verspaning in de juiste vorm wordt gebracht. Er worden hierbij kleine spaantjes van het materiaal verwijdert tot de juiste vorm en afmeting is ontstaan. Voorbeelden van verspanende bewerkingstechnieken zijn: boren, slijpen, draaien, frezen, schaven en zagen.
  • De niet-verspanende metaalbewerking. Binnen deze groep zijn uiteenlopende metaalbewerkingsprocessen aanwezig. Dit kunnen plaatbewerkingstechnieken zijn zoals: walsen, zetten en snijden. Ook smeden en gieten behoren tot de niet-verspanende metaalbewerking. Lassen is een hele bekende vorm van niet-verspanende metaalbewerking en wordt veel in de metaalbewerking toegepast. Doormiddel van lassen worden een niet-uitneembare verbinding gemaakt tussen metalen (of kunststoffen). Lassen behoort tot verbindingsprocessen in de metaalbewerking. Hier valt ook solderen onder.

Wat is honen of trekslijpen en waarvoor wordt deze verspaningstechniek gebruikt?

Trekslijpen of honen is een techniek die behoort tot de verspaning. Dit houdt in dat honen een bewerkingsmethode is waarmee deeltjes van basismateriaal worden verwijdert tot een product ontstaat met de juiste afmeting. Honen is een slijpmethode waarbij gebruik wordt gemaakt van een slijpapparaat dat voor honen geschikt is. Dit slijpapparaat bevat twee of meer hoonstenen en kan in een boormachine worden geplaatst. Met het slijpapparaat wordt een dun laagje van een cilindervormige binnendiameter weggeslepen. Hierdoor wordt de binnendiameter groter. Honen gebeurd met uiterste precisie. Deze verspaningstechniek is nauwkeuriger dan het gebruiken van een gewone ruimer voor het vergroten van gaten.

Hoonruimer
Voor het honen wordt gebruikt gemaakt van een slijpapparaat. Dit slijpapparaat bevat een ruimer die ook wel hoonruimer wordt genoemd. Een hoonruimer bevat een aantal slijpstenen die ook wel hoonstenen worden genoemd. Dit aantal hoonstenen is verschillend van twee tot zes. Het materiaal van de hoonstenen is aangepast aan het materiaal dat bewerkt moet worden. Er zijn hoonstenen die gemaakt zijn van diamant. Ook zijn er hoonstenen van keramisch gebonden materiaal en kubisch boornitride. De hoonstenen zijn in de lengterichting geplaatst in een houder.

Vrijheidsgraden van hoongereedschap
Hoongereedschap heeft een aantal vrijheidsgraden ten opzichte van het materiaal dat bewerkt moet worden. De vrijheidsgraden zorgen er voor dat het hoongereedschap het gat zonder problemen kan volgen tijdens het honen. De vrijheidsgraden kunnen op twee manieren tot stand worden gebracht. De eerste manier is werken met producten die opgespannen zijn. Hierbij wordt gebruik gemaakt van hoongereedschap dat een cardanaandrijving (aandrijfas met een kruiskoppeling) bevat. De andere manier om vrijheidsgraden te realiseren is het flexibel ophangen van het product.

Hoe gaat honen in zijn werk?
Honen is een verspaningstechniek. Het wordt gebruikt om ronde gaten ruimer te maken. De hoonstenen worden daarvoor in het gat geplaatst. Tijdens het honen worden de hoonstenen tegen de wand van het gat gedrukt. Dit gebeurd doormiddel van een mechanisch of hydraulisch (op oliedruk) systeem. Als men klaar is met honen haalt men de druk van het systeem er af. Vervolgens haalt men het hoongereedschap weet uit het gat en kan men meten of het gat nu de juiste diameter bevat.

Waar wordt honen toegepast?
Honen zorgt voor een hoge nauwkeurigheid op het gebied van maten. De toleranties van de diameter zijn zeer nauwkeurig tot IT-klasse 6 en lager. Ook de vormnauwkeurigheid van honen is uitstekend. De rondheid en rechtheid van de gaten die worden geruimd doormiddel van honen is zeer nauwkeurig. De oppervlaktekwaliteit is hoog. Honen is door deze kenmerken zeer geschikt voor de eindbewerking van gaten die zeer nauwkeurig moeten worden gemaakt op het gebied van kwaliteit en maatvoering. Honen wordt in de praktijk veel gebruikt voor cilinders van verbrandingsmotoren. Doormiddel van honen worden cilinders van motoren op een zeer nauwkeurige wijze op de juiste binnendiameter gebracht.

Wat is Teach-in draaien en wat is het verschil met CNC draaien?

Het Teach-in draaien is een ontwikkeling van de laatste jaren in de verspaning. Teach-in draaien verschilt van CNC-draaien. Een belangrijk verschil is de eenvoudiger wijze waarop de machine geprogrammeerd wordt. Dit wordt gedaan aan de hand van een computersysteem dat aan de draaibank verbonden is. In dit computersysteem kan de draaier aan de hand van een interactief invulproces de juiste gegevens invoeren waarmee de machine de bewerking uitvoert op het basismateriaal.

De computer maakt  Teach-in eenvoudig
De computer rekent aan de hand van deze gegevens de snede opdeling uit. Daarbij bepaalt de computer van de draaibank tevens het optimale toerental en de bijbehorende spoed voor het product. Via een beeldscherm worden aan de draaier bewerkingsinstructies getoond. Dit zorgt er voor dat de draaier de machine eenvoudiger kan bedienen.

Computergestuurd en manuele bieding mogelijk
De computer van de draaibank kan echter ook worden uitgeschakeld. Door dit te doen functioneert de draaibank als een niet-computergestuurde draaibank en zal de draaier zelf handmatig de machine moeten instellen. De werking van de Teach-in draaibank is door het uitschakelen van de computer in wezen een conventionele draaibank met een beeldscherm dat voor de digitale uitlezing kan worden gebruikt. Een Teach-in draaibank kan zowel manueel bedient worden als computer gestuurd. Een CNC draaibank is echter volledig computergestuurd. Dit houdt in dat bij een CNC draaibank de coördinatie tussen het gereedschap en het werkstuk volledig door de computer wordt geregeld.

Verschillen tussen Teach-in en CNC verspanen
De eenvoudige programmering van de Teach-in draaibank zorgt er voor dat draaiers veel sneller kunnen werken. Een CNC-draaibank vereist meer vaardigheden van de draaier. Een draaier die met een CNC-draaibank werkt moet ervaren zijn in het programmeren van het besturingsprogramma dat op de computer van de CNC-draaibank is geïnstalleerd. Er zijn in de praktijk verschillende besturingsprogramma’s voor CNC-draaibanken. Met een CNC-draaibank kunnen wel veel meer verschillende programma’s worden geschreven. Bij een Teach-in draaibank liggen de programma’s grotendeels vast en moet de draaier alleen de juiste gegevens invullen en aanklikken.

Waarvoor is Teach-in draaien geschikt?
Een Teach-in draaibank is geschikt voor het produceren van enkelstuks of kleine series van bepaalde producten. Daarnaast heeft deze draaibank nog steeds een grote repeteernauwkeurigheid. Naast Teach-in draaien zijn er ook machines waarmee een verspaner kan Teach-in frezen. Omdat de programmering van deze machines sneller gaat, worden kosten bespaard. Dit zorgt er voor dat producten goedkoper aan klanten kunnen worden aangeboden. Daarnaast vereisen deze machines niet de grote mate van ervaring die bij CNC-draaibanken en CNC-freesbanken wel vereist is. Personeel hoeft daardoor minder hoog of minder specifiek opgeleid op te worden.

Wat is eroderen en waar eroderen toegepast?

Eroderen is het afslijten van materialen en objecten. Het woord eroderen houdt verband met erosie. Eroderen kan ook doormiddel van speciale technische systemen worden versneld en gericht worden uitgevoerd. Hierdoor kunnen mensen eroderen gebruiken om producten de gewenste vorm te geven. Het Russische echtpaar Lazarenko ontdekte het gebruik van eroderen in 1943 en deed er een omvangrijk onderzoek naar. Eroderen werd een elektro-thermische verspaningstechniek en kan tegenwoordig op verschillende manieren worden uitgevoerd. Een ander woord dat veel voor eroderen wordt gebruikt is vonkverspanen. Bij vonkverspanen worden deeltjes van een werkstuk verwijdert doormiddel van elektriciteit. Bekende vormen van eroderen zijn draadvonken en zinkvonken.

Eroderen als metaalbewerkingsproces
Eroderen is een proces waarbij geleidende materialen worden ‘verspaand’. Hierbij wordt gebruik gemaakt van twee elektroden die op een kleine afstand van elkaar zijn geplaatst. Van de elektroden is één elektrode de vormgevende elektrode en de andere elektrode is het werkstuk. In een gecontroleerd proces wordt doormiddel van een potentiaalverschil een kortsluiting gecreëerd waarbij de vonken tussen de elektrodes er voor zorgen dat deeltjes van het basismateriaal worden verwijdert. De metaaldeeltjes smelten en lossen op door de vonken.

Diëlektricum
De metaaldeeltjes die los komen van het werkstuk moeten worden verwijdert. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een niet geleidende vloeistof. Dit is een speciale niet geleidende olie en wordt een  diëlektricum genoemd. Het wordt gebruikt voor de koeling van omringende materialen en het verwijderen van de afgevonkte metaaldeeltjes. Het diëlektricum wordt voortdurend gefilterd zodat er geen geleidende metaaldeeltjes de werking van het diëlektricum kunnen verstoren.

Doormiddel van eroderen kunnen geleidende metalen zeer nauwkeurig in de juiste vorm worden gebracht. Daarom is eroderen geschikt voor producten die moeten worden vervaardigd onder zeer geringe toleranties. Bij draadvonken wordt gebruik gemaakt van een gladde messing draad. En bij zinkvonken wordt gebruik gemaakt van een koper/grafiet electrode. Eroderen wordt veel toegepast bij de vervaardiging van machineonderdelen voor de medische sector en laboratoriumapparatuur. Eroderen heeft belangrijke voordelen ten opzichte van verspaning doormiddel van een beitel. Er wordt tijdens het eroderen namelijk geen druk uitgeoefend op het werkstuk. Hierdoor wordt het werkstuk niet ongewenst vervormd. Daarnaast kunnen doormiddel van eroderen zeer gladde oppervlaktes worden aangebracht op een werkstuk. Ook is het erodeerproces geschikt om uiteenlopende gaten, sleuven en rondingen in een werkstuk aan te brengen. Hierdoor is het toepassingsgebied van eroderen zeer breed.