Ik installeer een CNC-draaibank en vraag me af of je echt de snijzone moet overspoelen met koelvloeistof? Het is rommelig, brengt extra kosten met zich mee en er zijn zorgen over het milieu. Toch maak je je zorgen over de levensduur van je gereedschap en de afwerking van je werkstukken zonder koelmiddel.

Veel CNC draaibewerkingen kunnen zonder koelmiddel worden uitgevoerd. Dit is te danken aan geavanceerde snijgereedschappen en coatings, waarvan sommige zelfs beter werken als ze heet zijn! Minder koelmiddel gebruiken bespaart ook kosten, is beter voor het milieu en moderne machines en gereedschappen zijn vaak ontworpen voor deze omstandigheden.

Ik heb zelfs geleerd dat de kosten voor snijvloeistof ongeveer 16% van de totale productiekosten kunnen bedragen, terwijl de gereedschappen zelf misschien maar 34% zijn. Dat is een groot verschil! Bovendien is het afvoeren van gebruikte koelvloeistof een gedoe en kan het slecht zijn voor het milieu en zelfs voor de gezondheid van de werknemers. Vaak voeren de spanen zelf een groot deel van de warmte af, soms tot 80%. Voor sommige materialen, zoals gietijzer dat niet veel warmte genereert, of bij het gebruik van bepaalde geavanceerde gereedschapscoatings die eigenlijk de voorkeur geven aan hogere temperaturen, is een koelvloeistof niet nodig, of kan zelfs schadelijk zijn. Dus, de drang naar droog snijden, of op zijn minst minder koelvloeistof, is heel logisch. Maar dit betekent niet dat koelvloeistof verouderd is.

Voor welke specifieke draaiomstandigheden of materialen is koelmiddel absoluut essentieel op een CNC-draaibank?

Denk je dat je de koelvloeistof gewoon voor elke klus kunt uitschakelen? Niet zo snel. Sommige materialen vechten hard terug en produceren enorm veel warmte. Dit negeren kan leiden tot geruïneerd gereedschap, slechte onderdelen en zelfs schade aan de machine.

Koelmiddel is absoluut essentieel bij het bewerken van zeer harde of taaie materialen zoals roestvrij staal of titaniumlegeringen, bij lange, continue diepe sneden, voor zeer nauwkeurige afwerking, bij kleverige non-ferrometalen zoals aluminium, of bij het draaien van slanke assen waarbij spaanbeheersing essentieel is.

Hoewel we waar mogelijk streven naar droog bewerken, is koelmiddel soms gewoon een onmisbaar onderdeel van het proces. Gebaseerd op mijn ervaring en jullie inzichten, zijn dit situaties waarin ik er niet over zou dromen om zonder te draaien:

• Bewerking van materialen met een hoge hardheid of die moeilijk te bewerken zijn:
  • Denk aan roestvast staal, titaniumlegeringen, superlegeringen op nikkelbasis of gehard staal (zoals bij harddraaien met CBN-beitelplaatjes, waar koelvloeistof¹ kan zelfs een thermische schok veroorzaken en de wisselplaat doen barsten). Deze materialen genereren extreme hitte tijdens het snijden. Koelmiddel is hier essentieel om te voorkomen dat het gereedschap verbrandt en het werkstuk vervormt. Voor werkhardende materialen zoals roestvast staal helpt koelvloeistof ook om het uithardingseffect te verminderen door de snijzone koeler te houden.
• Langdurig doorslijpen of diepe grove sneden:
  • Wanneer je lange tijd veel materiaal uitslaat, bouwt de hitte zich onophoudelijk op. Koelmiddel helpt deze warmte af te voeren, zodat het gereedschap niet oververhit raakt en voortijdig slijt. Het helpt ook bij het wegspoelen van spanen uit diepe zaagsnedes.
• Afwerking met hoge eisen aan maatnauwkeurigheid:
  • Als je krappe toleranties nastreeft, bijvoorbeeld IT6 of fijner voor lagerzittingen of afdichtingsoppervlakken, is thermische stabiliteit essentieel. Koelmiddel helpt om een constante temperatuur te behouden, waardoor thermische uitzetting die je afmetingen zou kunnen verstoren tot een minimum wordt beperkt en andere ongewenste metallurgische veranderingen in het werkstuk worden voorkomen.
• Aanhechting van gereedschapsspanen met non-ferrometalen voorkomen:
  • Materialen zoals aluminium, koper en sommige staalsoorten met een laag koolstofgehalte kunnen erg "kleverig" worden. Ze hebben de neiging om aan het snijgereedschap te blijven plakken, waardoor er een opstaande rand (BUE) ontstaat. Dit verpest de oppervlakteafwerking en kan het gereedschap breken. Koelmiddel zorgt voor smering die deze hechting aanzienlijk vermindert.
• Hulp bij spaanafvoer bij het draaien van smalle assen of dunwandige onderdelen:
  • Lange, draderige spanen van slanke assen kunnen zich rond het werkstuk of gereedschap wikkelen en schade veroorzaken. Koelmiddel, vooral bij goede druk, kan helpen deze spanen te breken en weg te spoelen.

Hier volgt een korte samenvatting:

Voorwaarde	Waarom koelvloeistof essentieel is	Voorbeelden
Hoge hardheid/moeilijke materialen2	Extreme warmteontwikkeling, werkharding	Roestvrij staal, titanium, sommige geharde staalsoorten
Lange doorlopende/diepe sneden	Warmteaccumulatie, spaanafvoer	Grote onderdelen opruwen, diep groeven maken
Zeer nauwkeurige afwerking3	Thermische stabiliteit voor maatnauwkeurigheid	Passen van lagers, afdichtingsvlakken (bijv. IT6 tol.)
Non-ferro/Sticky metalen4	Aanhechting van spanen voorkomen (BUE)	Aluminium, koper, sommige staalsoorten met laag koolstofgehalte
Slanke assen/Dunwandige onderdelen	Spaancontrole en -verwijdering	Lange, dunne staven bewerken
Specifieke scenario's (bijv. mallen frezen)	Vermijd thermische schokken door onderbroken sneden	Discontinue sneden waar koelmiddel een heet inzetstuk raakt

Weten wanneer je koelvloeistof moet gebruiken is net zo belangrijk voor succes als weten wanneer je zonder kunt.

Hoe beïnvloeden snijsnelheden, voedingen en snijdiepte de beslissing om al dan niet koelmiddel te gebruiken bij CNC-draaien?

Je hebt je gereedschap en materiaal, maar hoe zit het met hoe agressief je snijdt? De machine harder zetten lijkt altijd te vragen om koelvloeistof. Maar de relatie is genuanceerder, vooral met modern gereedschap.

Hogere snijsnelheden, voedingen en snededieptes genereren over het algemeen meer warmte. Hoewel koelvloeistof dit kan regelen, kan bij zeer hoge snelheden vloedkoelvloeistof schokkoeling veroorzaken bij bepaalde gereedschappen. Het type gereedschap en materiaal bepalen uiteindelijk de beste aanpak.

De "snelheden en voedingen" die je kiest, samen met hoe diep je zaagt, hebben een directe invloed op de warmteontwikkeling. Hier zie je hoe ze de beslissing over koelmiddel beïnvloeden:

• Snijsnelheid⁵: Dit is hoe snel het werkstukoppervlak langs het gereedschap beweegt. Het is een belangrijke factor voor de snijtemperatuur. Over het algemeen stijgt de temperatuur als de snelheid toeneemt. Voor veel gereedschappen, zoals de CVD-gecoate gereedschappen die ik heb gebruikt voor staal (met een snelheid van 120-250 m/min), kan een bepaalde vorm van koelmiddel de prestaties optimaliseren en de levensduur verlengen. Bij zeer hoge snijsnelheden, vooral bij bepaalde hardmetalen gereedschappen, kan traditionele vloedkoelvloeistof echter "schokkoeling" veroorzaken. Deze snelle opwarming en afkoeling kan leiden tot microscheurtjes en de levensduur van het gereedschap verkorten. In zulke gevallen kan een luchtstoot, misschien met een lichte nevel, beter zijn.
• Toevoersnelheid⁶: Dit is hoe ver het gereedschap per omwenteling vooruit gaat. Een hogere voedingssnelheid verwijdert materiaal sneller, maar verhoogt ook de snijkrachten en kan meer warmte genereren, wat kan leiden tot meer slijtage van het gereedschap of een ruwer oppervlak. Koelmiddel helpt hierbij door de wrijving te verminderen en de temperatuur te verlagen, waardoor het gereedschap minder slijt en de nauwkeurigheid behouden blijft. Voor sommige materialen zoals gietijzer, dat hanteerbare poedervormige spanen en minder hitte produceert, kunnen hogere voedingen nog steeds goed zijn zonder koelmiddel.
• Zaagdiepte⁷: Dit is hoe diep het gereedschap in het materiaal grijpt. Een grotere snedediepte verwijdert meer materiaal per werkgang, wat de efficiëntie verbetert, maar het concentreert ook meer warmte en kracht op het gereedschap. Voor zware snedes is koelmiddel vaak nuttig om deze warmte af te voeren, het gereedschap te beschermen en de algemene kwaliteit te verbeteren. Omgekeerd is het mogelijk dat zeer ondiepe nabewerkingen niet genoeg hitte genereren om koelvloeistof nodig te hebben, vooral met het juiste gereedschap.

Het is een evenwichtsoefening tussen productiviteit, standtijd, materiaaleigenschappen en de specifieke mogelijkheden van uw snijgereedschap.

Presteren specifieke materialen voor CNC-draaibank snijgereedschap beter bij droog draaien?

Als u koelmiddel wilt verminderen of elimineren, is de keuze van de wisselplaat voor uw snijgereedschap van cruciaal belang. Niet alle materialen kunnen even goed tegen de hitte en stress van droog snijden. Dus, naar welke moet je kijken?

Ja, moderne materialen voor snijgereedschap, zoals specifieke soorten gecementeerd hardmetaal, en vooral geavanceerde gecoate gereedschappen (bijv. TiAlN, PVD, CVD-coatings) zijn veel beter bestand tegen de hoge temperaturen en schurende omstandigheden bij droog draaien dan oudere materialen.

De evolutie van gereedschapsmaterialen is een spelbreker geweest voor droog verspanen. Dit is wat ik heb geleerd:

• Hardmetalen gereedschap⁸: Dit zijn werkpaarden. Door hun hoge hardheid en goede slijtvastheid zijn ze zeer geschikt voor veel droogdraaitoepassingen, vooral op materialen zoals gietijzer die geen overmatige hitte genereren. Ze kunnen hogere temperaturen aan dan High Speed Steel.
• Gecoat gereedschap⁹: Dit is waar droogdraaien echt schittert. Het aanbrengen van dunne, superharde coatings zoals titaniumnitride (TiN), aluminiumtitaniumnitride (AlTiN) of andere geavanceerde PVD- en CVD-lagen verbetert de prestaties aanzienlijk. Deze coatings werken als een thermische barrière, verminderen wrijving en verhogen de slijtvastheid aanzienlijk. Sommige coatings, zoals TiAlN, worden feitelijk "geactiveerd" door hogere temperaturen en kunnen beter presteren in droge of bijna droge omstandigheden. Voor deze coatings kan vloedkoelmiddel averechts werken door de temperatuur te veel te verlagen en te voorkomen dat de coating zijn optimale werking bereikt en mogelijk zelfs een thermische schok veroorzaakt.
• Gereedschap van hogesnelheidsstaal (HSS): HSS heeft een goede taaiheid en is minder duur, maar de hittebestendigheid is lager dan bij hardmetaal. Het kan gebruikt worden voor droog draaien in sommige toepassingen met lage snelheden of op zachtere materialen, maar het gaat over het algemeen niet zo lang mee als gecoat hardmetaal in veeleisende droogtoepassingen.
• Gespecialiseerde materialen (CBN/PCD): Voor zeer specifieke taken, zoals harddraaien (het bewerken van gehard staal), Kubisch boornitride (CBN)¹⁰ snijplaten zijn uitstekend geschikt voor droog snijden omdat ze goed gedijen bij hoge temperaturen. Zoals gezegd kan koelmiddel bij deze toepassingen een thermische schok veroorzaken bij CBN.

Het belangrijkste kenmerk van droogdraaien is dat er geen rommelig koelmiddel nodig is, waardoor de kosten en de impact op het milieu afnemen. De hogere snijtemperaturen kunnen echter leiden tot snellere slijtage van het gereedschap als je niet het juiste gereedschapmateriaal kiest en de snijparameters niet zorgvuldig optimaliseert.

Zijn er effectieve alternatieven voor traditionele koelvloeistof voor CNC-draaibankbewerkingen?

Je wilt dus minder koelvloeistof verspillen en minder kosten, maar droog snijden is niet altijd haalbaar of optimaal voor jouw specifieke klus. Zit je dan opgescheept met volledige overstroming of niets? Gelukkig niet. Er zijn enkele slimme tussenoplossingen.

Ja, Minimum Quantity Lubrication (MQL), nevelsystemen en zelfs eenvoudige luchtstoten zijn effectieve alternatieven. Ze verlagen het vloeistofverbruik drastisch, terwijl ze toch cruciale voordelen bieden op het gebied van smering, koeling en spaanafvoer, afhankelijk van het systeem.

Ik heb gezien dat deze systemen steeds populairder worden, en daar is een goede reden voor:

• Minimumhoeveelheid smering (MQL): Bij deze techniek wordt een zeer precieze, kleine hoeveelheid smeerolie, vaak gemengd met perslucht, rechtstreeks op de snijzone gespoten.
  • Het verbruik van smeermiddelen wordt drastisch verlaagd (milliliters per uur, geen liters), waardoor de aankoop- en verwijderingskosten dalen.
  • Gebruikt vaak biologisch afbreekbare oliën, waardoor de impact op het milieu minimaal is en de gezondheid van de machinist verbetert.
  • De gerichte smering verbetert de slijtagekenmerken tussen het gereedschap, het werkstuk en de spanen, waardoor de snijkracht, de snijtemperatuur en de slijtage van het gereedschap afnemen. Mijn inzichten tonen aan dat dit helpt om de levensduur van het gereedschap te verlengen.
• Pneumatische injectie- / nevelsystemen¹¹: Hierbij wordt samengeperst gas (zoals lucht) gemengd met een zeer kleine hoeveelheid olie (een nevel) op het bewerkingsgebied gespoten.
  • Vermindert het spatten en de milieuvervuiling van koelvloeistof. Het is veel schoner voor de machinist en de lucht in de werkplaats.
  • Verlaagt de apparatuur- en energiekosten omdat je geen grote koelvloeistofreservoirs en pompen nodig hebt.
  • De lucht helpt bij het verwijderen van spanen en de kleine oliedruppeltjes zorgen voor wat smering.
• Luchtstoot: Een eenvoudige straal perslucht kan verrassend effectief zijn.
  • Het is uitstekend voor het verwijderen van spanen en zorgt voor enige convectieve koeling.
  • Het bevat geen olie, dus er is geen smering, maar het is perfect voor materialen die goed droog snijden (zoals gietijzer) of wanneer vloeistofvervuiling ongewenst is (zoals sommige kunststoffen, waarbij het ook thermische schokken voorkomt).
• Koelvloeistof onder hoge druk¹²: Hoewel er nog steeds vloeistof wordt gebruikt, is dit een gerichte aanpak.
  • Koelvloeistof onder zeer hoge druk (bijv. meer dan 1000 psi) direct in de snede brengen kan zeer effectief zijn voor het breken en spoelen van spanen, vooral in diepe gaten of taaie materialen. Hiervoor zijn speciale pompen en gereedschappen nodig.

Deze "bijna droge" of gerichte methoden bieden een goede balans, waarbij aanzienlijk minder koelvloeistof wordt gebruikt en toch de noodzakelijke voordelen voor veel toepassingen worden geboden.

Conclusie

Hoewel koelvloeistof essentieel blijft voor bepaalde moeilijke materialen en veeleisende bewerkingen op CNC-draaibanken, kunnen veel draaibewerkingen nu effectief worden uitgevoerd zonder koelvloeistof, of met minimale, gerichte smering, dankzij geavanceerd gereedschap en een slimmere benadering van verspanen.

---