Oppervlaktebehandeling is meer dan alleen ontbramen
Volledige proces is te automatiseren
We noemen ze 'ontbraammachines', maar in werkelijkheid doen borstelmachines en glijslijpinstallaties veel meer dan dat. Beide zijn perfect in staat om, behalve bramen, ook de glanzende, blauwgrijze oxidehuid te verwijderen die ontstaat aan de snijranden bij laseren. Minstens even belangrijk is dat je er radiusafrondingen van 2 mm en meer mee kan aanbrengen, om de hechting van beschermende coatings te verbeteren. Dat wordt belangrijker, vooral in de offshore en bij buitentoepassingen.
Functionele argumenten
Het machinaal ontbramen – in de bredere zin van 'oppervlaktebehandeling' – zit al een aantal jaren in de lift. Dat komt omdat meerdere trends in de industrie dit soort machines in de kaart spelen.
De komst van de fiberlaser was daar een van, een tijdje geleden. In vergelijking met de CO2-laser heeft die namelijk iets meer last van microbramen. Verder kenmerkt de snedekwaliteit zich door vrij scherpe hoeken (90 graden). Een kantafronding moet de gesneden stukken dan niet alleen handvriendelijker maken, de radius zal er tevens voor zorgen dat de coating minder makkelijk loskomt.
We nemen dit voorbeeld omdat een aantal van de functionele argumenten pro-oppervlaktebehandeling er in samenkomen. Die argumenten zetten we hieronder op een rijtje. Meteen zal de veelzijdigheid van 'ontbraammachines' duidelijk worden.
Veiligheid en proceszekerheid
Bramen verwijderen is om diverse redenen een goed idee, en met het oog op proceszekerheid verderop in de keten vaak zelfs een must. Hetzelfde geldt trouwens voor het wegslaan van plasma- en autogeenslakken. Want zowel bramen als slakken zitten in de weg bij het monteren van bijvoorbeeld plaatwerkstukken, temeer wanneer dat automatisch gebeurt en er minder flexibiliteit is om met dit soort afwijkingen om te gaan. Beide kunnen dus voor stilstanden zorgen in een geautomatiseerde productie.
Bramen zijn vaak ook scherp en dat zorgt voor een extra probleem, aangezien ze daardoor oppervlakken kunnen krassen, of erger, elektronische onderdelen van installaties kunnen beschadigen. En uiteraard is het voor het personeel veiliger werken als er geen scherpe bramen aan de diverse werkstukken zitten die de huid van de monteurs of operatoren makkelijk kunnen openrijten.
Machinaal ontbramen – in de bredere zin van 'oppervlaktebehandeling' – zit al een aantal jaren in de lift
Met het oog op nabehandelingen
Nadat ze zijn gesneden en eventueel gezet, moeten de aparte plaatdelen vaak nog aan elkaar verbonden worden, ofwel met schroeven en bouten (en dan mogen er dus geen bramen in de weg zitten), ofwel via lassen. In veel gevallen volgt daarna nog een nabehandeling in de vorm van een coating of verzinklaag.
Wat geldt voor de las, gaat ook op voor de lak- en zinklaag: een goede hechting met het substraat is cruciaal. Om te voorkomen dat bijvoorbeeld de laklaag loslaat, kan je ervoor kiezen om het oppervlak eerst wat op te ruwen. Daarnaast helpt het als je de kanten afrondt. Een radius van 2 mm is ideaal om de coating gelijkmatig te verdelen over het oppervlak en mooi over de rand heen te laten vloeien zodat corrosie ook daar geen kans krijgt.
Nog omwille van de hechting, zeker ook van lassen, verwijder je best de oxide- en walshuid. Deze twee termen worden vaak door elkaar gehaald, maar ze zijn geen synoniemen. Bovendien vereisen ze een andere behandeling. De walshuid bedekt namelijk het volledige oppervlak en is veel harder en dikker dan het dunne laagje oxide dat zich aan de snijranden vormt als reactie op het gebruik van zuurstof tijdens het lasersnijden.
Visueel aantrekkelijk
Een laatste categorie van argumenten heeft meer te maken met het esthetische dan met het functionele, hoewel dat niet altijd klopt. In de gevelbouw, bijvoorbeeld, wil men gladde, blinkende oppervlakken puur omwille van de visuele aantrekkelijkheid, terwijl daar in de voedingsindustrie voornamelijk een functionele reden achter zit: hoe gladder het oppervlak, hoe moeilijker bacteriën zich kunnen nestelen.
Wat het esthetische aspect betreft, moeten we nog de lijnfinish onderscheiden van een richtingsloze afwerking. Die eerste vind je bijvoorbeeld terug bij afzuigkappen. Je kunt goed zien dat het oppervlak in dezelfde richting geslepen is. In de machinebouw vind je vaker een richtingsloze afwerking.
Hechting, handveiligheid, kantafronding, opruwen, polijsten, ontbramen … er zijn veel redenen te bedenken in uiteenlopende sectoren waarom een oppervlak een extra behandeling nodig heeft
Manuele opties
Hechting, handveiligheid, kantafronding, opruwen, polijsten, ontbramen … er zijn veel redenen te bedenken in uiteenlopende sectoren waarom een oppervlak een extra behandeling nodig heeft. Dat kan overigens al op een heel laagdrempelige manier.
Haakse slijper
Ontbramen en polijsten lukt perfect met een haakse slijper. Vroeger was dat trouwens veruit de populairste methode en ook vandaag wordt ze in tal van werkplaatsen nog altijd toegepast. Maar tegenwoordig vind je nog moeilijk operatoren die bereid zijn om dit tijdrovende en zeer arbeidsintensieve karwei uit te voeren. Het is ergonomisch bijzonder belastend en bovendien zeer vervuilend voor de omgeving.
Ontbraamtafels
Als handbediend alternatief heb je tegenwoordig ontbraamtafels. Daarbij vertrekt de operator van een ergonomisch veel stabielere situatie. De tafel staat op een comfortabele hoogte en is voorzien van een systeem om het fijnstof af te zuigen en weg te filteren.
Een vacuümfixatie in combinatie met een rubberen mat houdt de non-ferrostukken op hun plaats. Stalen onderdelen worden met een elektromagneet vastgezet. Verder bestaat de uitrusting uit een balansarm die over het werkstuk beweegt en waarvan je de slijpdruk zelf kan instellen. Aan de arm is een gemotoriseerde borstel bevestigd. Dankzij een multifunctionele adapter heb je de keuze uit alle courante maten van borstels en schuurlamellen, die je makkelijk en snel aan de kop kan wisselen.
Beperkingen
Het spreekt voor zich dat de twee genoemde methodes niet voor alle omstandigheden even geschikt zijn. In beide gevallen gaat het om een louter manuele bewerking waar je dus de hele tijd een operator aan moet zetten.
Bovendien kan je maar moeilijk opschalen: de haakse slijper noch de manuele tafel leent zich voor grote(re) volumes. De haakse slijper heeft dan nog het bijkomende nadeel dat de eindkwaliteit sterk schommelt.
Om aan die verzuchtingen tegemoet te komen, bestaan er machinale oplossingen. Daarvan zullen we in wat volgt twee types bespreken: de borstelsystemen en de machines die van het glijslijpen gebruikmaken. Stralen, bijvoorbeeld, dat bij heel sterke oxidelagen en walshuiden soelaas biedt, laten we buiten beschouwing.
Glijslijpen
Als beproefde techniek wordt het glijslijpen al jarenlang in zowat elke tak van de industrie ingezet, gaande van de automobiel en luchtvaart over de medische sector tot en met verspaanbedrijven en machinebouwers. Met glijslijpen behoren Ra-waardes tot < 0,01 µm tot de mogelijkheden en een afronding tot 0,5 mm, al zal 0,2 mm vanuit een technisch standpunt vaak al volstaan.
Werkingsprincipe
Het werkingsproces is relatief eenvoudig: een met slijpmedia gevuld compartiment wordt in beweging gezet, samen met de te behandelen werkstukken die erin liggen. De relatieve beweging van de slijpmedia ten opzichte van de onderdelen zorgt ervoor dat er materiaal wordt weggenomen.
Op basis van de manier waarop de beweging in gang wordt gezet, kan je twee grote subtypes onderscheiden: de vibratoren en de centrifugaalmachines. De keuze tussen de twee heeft te maken met de vorm van de onderdelen, hun grootte en het gewenste resultaat.
Vibratoren
Bij dit soort ontbraamtrommels maakt men gebruik van een onbalansmotor. Daarbij bepaalt de amplitude hoe heftig de slijpmedia en de werkstukken ten opzichte van elkaar bewegen. Samen met het type van slijpmedia dat wordt gebruikt en de duur van de behandeling is de amplitude de belangrijkste parameter. Afhankelijk van het gewenste eindresultaat kan de beweging eventueel nog fijner worden afgesteld door het gebruik van een frequentieregeling.
Centrifugaalmachines
Zoals de naam laat vermoeden, doen centrifugaalmachines een beroep op de centrifugale kracht. Een roterende schijf zal het mengsel van werkstukken en slijpmedia versnellen. Als gevolg van de middelpuntvliedende kracht zal het mengsel omhoog, tegen de compartimentwand aan worden gedrukt en vervolgens weer zakken. Waarna de cyclus opnieuw kan beginnen. Hier zijn de snelheid van de roterende schijf en opnieuw de duur en het type slijpmedia de parameters die bepalend zijn voor het eindresultaat.
Borstelmachines
Een tweede optie om werkstukken een functionele dan wel esthetische oppervlakteafwerking mee te geven, zijn borstelmachines. Daarmee kan je zowel lage als hoge Ra-waarden bereiken (bv. 0,25 - 2,5 µm), en net als bij het glijslijpen haal je makkelijk radii van 2 mm en groter.
Werkingsprincipe
De genoemde waarden zijn het resultaat van opeenvolgende stappen binnen één machine. Alleen het wegslaan van de slakken door middel van metalen pinnen die in tegenrichting draaien, vindt vaak nog plaats als standalone vòòr de machine, omdat die dikwijls te groot zijn om afgezogen te worden en ze op deze manier voor storingen zouden kunnen zorgen.
Voor het overige gaat het om een combinatie van schuurbanden en diverse types borstels die als tussenstations toewerken naar de vooraf ingestelde afwerking. Op basis van de geprogrammeerde bewerking, het materiaal en de dikte zal de machine zelf de waarden instellen die nodig zijn om het gewenste resultaat te halen. Zo zal onder andere de druk waarmee de borstels op de contouren moeten worden aangebracht, automatisch worden gekalibreerd.
Diverse parameters
Op zich is het werkingsprincipe best eenvoudig, maar de afstemming van de diverse parameters op het gewenste eindresultaat luistert nauw, wat de complexiteit verhoogt. Dat begint al met de juiste keuze van schuurmateriaal, mineraal en korrelgrootte.
De opties voor de borstels lopen nog wat meer uiteen. Zo heb je rondborstels en komborstels, je hebt borstels met metaaldraad, maar er bestaan er ook met abrasieve lamellen. Die lamellen kunnen dan weer rechtstaan of schuin achter elkaar ...
Behalve de materialen en de diverse keuzes die daarin te maken zijn, moet je ook kijken naar de parameter ‘snelheid’. Dat wil zeggen de snelheid van de transportband, de schuurband, de borstels en eventueel van de carrousel. Let op dat de temperatuur niet te hoog oploopt als je de snelheid verhoogt, want dan loop je het risico dat het onderdeel buigt. Dat is een kwestie van je aggregaat goed af te stemmen op je transportband.
Tot slot kan je ook spelen met de druk die op de metalen onderdelen wordt uitgeoefend.
Twee complementaire technieken
Om af te sluiten willen we beide technieken nog kort afzetten tegen elkaar. Mikken glijslijpen en borstelmachines op dezelfde toepassingen en doelgroep? Met andere woorden: zijn het concurrenten van elkaar of moeten we beide eerder als complementaire technieken zien? Vooral dat laatste, zo blijkt.
Ten eerste worden borstelmachines bijna uitsluitend toegepast op middelgrote tot grote, vlakke delen. Plaatmateriaal dus. Vibratoren en centrifugaalmachines lenen zich daarentegen veeleer voor kleinere producten, die helemaal niet vlak hoeven te zijn.
We spreken in dit geval ook over veel grotere volumes, een tweede belangrijk verschil. In één charge kunnen er bij het glijslijpen soms tot wel 500.000 kleinere werkstukken gelijktijdig en alzijdig of rondom bewerkt worden bij een doorlooptijd, afhankelijk van de onderdelen, het machinetype en het beoogde resultaat, van ergens tussen de 10 minuten en anderhalf uur. Borstelmachines halen nooit zulke aantallen, maar de doorlooptijd is wel korter en schommelt tussen enkele seconden en een paar minuten.
Vergeet wel niet dat borstelmachines slechts één zijde kunnen behandelen. Vandaar dat in de praktijk dikwijls twee machines in lijn worden gezet. Maar er zijn natuurlijk ook configuraties met robots uit te werken. Op vlak van automatisatie zijn de mogelijkheden legio, tot en met een koppeling met het ERP-pakket om de robots en machines op afstand manloos aan te sturen. Voor glijslijpinstallaties is dat trouwens eveneens het geval, want de automatisatietrend heeft zich ook in deze tak van de maakindustrie al sterk doorgezet.
Met de medewerking van Q-Fin, Rösler, Timesavers en Topfinish
