SCHROEFDRAADTAPPEN OF SCHROEFDRAADFREZEN?

HOE TOT HET JUISTE TAPGEREEDSCHAP KOMEN?

Ofschoon het draadfrezen en -snijden sinds de opkomst van de CNC-machinetechnologie gigantisch zijn opgekomen om boorgaten met schroefdraad te kunnen produceren, is er ook anno 2023 nog steeds een rol weggelegd voor zijn klassieke uitdager: het draadtappen. Om echter ook een foutloos tapproces te kunnen garanderen, zal het er echter vooral op aankomen het juiste gereedschap te selecteren voor die specifieke toepassing. Hoe je ertoe komt, lichten we hier graag toe.

 

DRAADSNIJDEN

Frezen, tappen & rollen

Draadsnijtoepassingen vallen in te delen in twee types: binnendraad (intern) & buitendraad (extern). Waar schroefdraadfrezen voor beide types van toepassing kan zijn, is tappen dit enkel voor geboorde gaten (aangezien schroefdraadrollen in se geen vorm van verspaning is, maar eerder een spaanloze omvormbewerking, laten we dit in dit artikel buiten beschouwing).

Voor- en nadelen van schroefdraadfrezen

Het voordeel van schroefdraadfrezen is dat je slechts één frees behoeft voor alle schroefdraden, ongeacht welke diameter, zolang de spoed (de afstand tussen twee windingen) maar identiek is. Het nadeel is dan weer dat schroefdraadfrezen enkel kan mits het gebruik van een CNC-freesmachine met de daarbij horende software.

Voor- en nadelen van draadtappen

Draadtappen is een gevoelig proces, en dit om verscheidene redenen. Eén nadeel is alvast dat een tap het center van een geboord gat niet opzoekt. Het komt er dus op aan de tap in lijn met de as van het gat aan te bieden. Zo niet, dan dreigt de tap te schuin in de boring te gaan, wat een mogelijke breuk tot gevolg kan hebben.

Ook is het geen uitzondering dat er bij een moeizaam proces - denk aan het optreden van grote variaties in het aandrijfkoppel - tanden van een tap uitbreken of, erger nog, de tap in zijn geheel, met alle gevolgen van dien.

Bovendien zullen die fluctuaties in het aandrijfkoppel mogelijk ook resulteren in imperfecties of zelfs grove fouten in het schroefdraadoppervlak. Last but not least is er de potentieel problematische spaanafvoer (vooral dan bij blinde gaten).

Daar staat tegenover dat deze gereedschappen in één doorgang een gat kunnen tappen, zonder terug te moeten draaien (zolang het gat niet langer is dan 2,5 keer de diameter).

EIGENSCHAPPEN EIGEN AAN HET WERKSTUK

De juiste tap selecteren is het gevolg van een samenspel van factoren, zoals het type van werkstukmateriaal of de eigenschappen van het kerngat of de schroefdraad.

Werkstukmateriaal

De hardheid van het werkstukmateriaal bepaalt de spaanvorming. Hardere materialen (zoals gietijzer, nikkel-chroomlegeringen, titaan, Inconel, Nimonic ...) resulteren meestal in kortere spanen, terwijl zachtere materialen zoals zacht staal en aluminium eerder langere spanen tot gevolg hebben. Voor het tappen van die langspanige materialen is een bepaalde stabiliteit van de spaan nodig. Tappen met een lange aansnijding kunnen daarom niet gebruikt worden voor het bewerken bij blinde gaten. Gebeurt dit toch, dan bestaat de kans dat de te dunne spaan niet gebroken wordt, maar enkel buigt en vervolgens ingeklemd raakt tussen het werkstuk en het vrijloopvlak van de aansnijding. Dit kan leiden tot het uitbreken van de aansnijding en soms zelfs tot het breken van de tap.

Blind of doorlopend gat

Men onderscheidt twee soorten kerngaten, doorlopende en blinde. In het normale geval kan het gereedschap het geheel van een doorlopend gat doorsnijden, waarna de spaan naar beneden valt voor de tap wordt teruggedraaid. Bij blinde gaten is dit uiteraard niet het geval en kan spaanvorming mogelijk initiëren in grotere problemen. Gereedschapsfabrikanten proberen daarom met aangepaste gereedschapsgeometrieën voor de dag te komen, die moeten voorkomen dat er spanen in het kerngat blijven zitten die tot een breuk kunnen leiden. Als er dan toch een breuk optreedt, voorzien diezelfde fabrikanten steeds vaker in een 'ingecalculeerde zwakte' van het gereedschap, waardoor de tapboor steeds boven het oppervlak van het werkstuk zal afbreken. Dit zou het verwijderen van de stukgelopen tap aanzienlijk vereenvoudigen.

Draadsoort

Ook de draadsoort (M, MF, UNC, UNF ...) speelt logischerwijs een rol, dit volgens de gangbare ISO-norm. Deze staat algemeen bekend als metrisch, maar omvat eigenlijk een aantal verschillende normen (bv. DIN352, DIN371, ISO, JIS ...). De spoed wordt bij metrische schroefdraad aangeduid in mm, bij Engelse draad in inch (TPI of threads per inch).

DE JUISTE TAPKEUZE

Diameter

Draadtappen leent zich uitermate tot het maken van kleinere diameters schroefdraad en als er nauwkeurig draad moet worden aangebracht. De tappen zijn immers allemaal kaliberzuiver. Wel is het zo dat er - in tegenstelling tot draadfrezen - bij tappen voor iedere M-‑maat een tap op voorraad moet worden gehouden.

Basismateriaal van de tap

Voor tapgereedschap wordt er veelal gebruikgemaakt van de High Speed Steel-types HSS‑E (=HSCo), PM HSS-E (iets taaier) of HM-Solid Carbide als basismateriaal. Enkel voor het tappen van aluminium kan het gebruik van een blanke tap volstaan, in de andere gevallen is het raadzaam op zoek te gaan naar een geschikte coating in relatie tot het werkstukmateriaal. Dat kan dan bv. gaan om TiN, TiCN, TiAIN of TiALN, elk met zijn specifieke voordelen, bijvoorbeeld een hogere hardheid, een betere temperatuurbestendigheid of het beter kunnen bewerken van abrasieve materialen.

De spaangroef

De spaangroef (de spiraalvormige groef die moet zorgen voor de spaanafvoer) wordt bepaald door enerzijds het type gat (doorlopend of blind) en anderzijds het werkstukmateriaal. Zo valt een rechte spaangroef enkel te gebruiken voor het tappen van blinde en doorlopende draad bij kortspanig werkstukmateriaal, lange spanen zouden er immers voor zorgen dat de tap vastloopt. Gaat het om blinde gaten in langspanige materialen, dan wordt er meestal een tap met een rechts gespiraliseerde spaangroef toegepast. De gradatie van de spiraalhoek zelf wordt bepaald in relatie tot de eigenschappen van het werkstukmateriaal. Hoe taaier (langspaniger) het te bewerken materiaal en hoe dieper de schroefdraad, hoe groter de benodigde spiraalhoek. Zo is bij aluminium een spiraalhoek van 45° gangbaar, terwijl die bij het tappen van staal veelal om en bij 38° bedraagt.

EIGENSCHAPPEN VAN HET PROCES

Opspanning

Op niet-gesynchroniseerde freesmachines en draaibanken wordt het aangeraden om een taphouder te gebruiken met een slipkoppeling en axiale & radiale compensatie. De voedingssnelheid wordt bij dit type machines immers idealiter 5 à 10% lager geprogrammeerd dan de draadspoed, waarbij de axiale & radiale compensatie van de taphouder ervoor zal zorgen dat het verschil tussen de voeding van de machine en de spoed van de tap zal worden gecompenseerd. Om te voorkomen dat de tap axiaal wordt belast, is het belangrijk de trekveer in de axiale compensatie op een minimale druk in te stellen. Zodra de tap begint te snijden, moet ook de drukveer worden opgespannen door de veer tot een halve stapsamen te drukken.

De voorboordiameter

Het is erg belangrijk de tabellen te consulteren om tot de juiste voorboordiameter te komen. Een te kleine voorboordiameter leidt immers vaak tot het vastlopen en zelfs breken van de tap, terwijl de hoogte van de schroefdraad bij een te groot gat onvoldoende zal blijken. Bij het voorboren kan men terugvallen op de volgende regel, waarbij je aan de hand van de twee belangrijkste maten bij schroefdraad tot de voorboordiameter kunt komen:
diameter tap - spoed = voorboordiameter
(bv. M10 - 1,50 = 8,50 mm)
Om te kunnen voorzien in een goede spaanafvoer, is het ook logisch dat de draaddiepte minder diep zal zijn dan de boordiepte.

Smering/koeling

Het gebeurt soms dat het smeermiddelgehalte in het gebruikte koelmiddel te laag is om te tappen.

Als het dan niet mogelijk blijkt om het smeermiddelgehalte te verhogen, zijn er eventueel enkele alternatieven:

• Een afzonderlijke smeerunit kan op de machinebesturing worden aangesloten om de vereiste geconcentreerde emulsie in het kerngat of op de tap te leveren.
• Tappen in afzonderlijke bewerkingen maakt het gebruik van het ideale smeermiddel mogelijk.

Snijsnelheid

Aangezien de snelheid een grote invloed kent op zowel de spaanafvoer als de levensduur van de tap, is het essentieel om, naast het juiste gereedschap, ook de correcte snijsnelheid te hanteren. Gereedschapsfabrikanten en leveranciers geven de aanbevolen beginwaarden haast altijd mee bij de specificaties in de catalogus of op de verpakking. Het is ook raadzaam rekening te houden met het werkstukmateriaal, de machine en de klemmethode. Een onjuiste tapsnelheid kan leiden tot:

• Geforceerd tappen;
• Breuk snijkant door overbelasting;
• Gescheurde (en afgekeurde) draden;
• Lagere levensduur van de tap.