ZINKVONKMACHINE MET SPOELSTRATEGIE HEEFT VOORDEEL

Onderzoek heeft uitgewezen dat door het vonkfrezen efficiënt laag elektrisch geleidende keramische materialen bewerkt kunnen worden. Dat is te wijten aan de inherente goede spoelingscondities. Zo werd er bijvoorbeeld een spuitmond aangemaakt door een combinatie van vonkfrezen (afruwen) en zinkvonken (finisseren). Deze gecombineerde strategie geeft een verlaging van de productietijd met 50% (330 minuten i.p.v. 611 minuten bekomen met een klassieke zinkvonkstrategie). Het is duidelijk dat een goede spoeling bij het bewerken van keramische materialen van uiterst groot belang is. Zo zal een zinkvonkmachine met betere spoelstrategieën (supersnelle terugtrekbewegingen) een duidelijk voordeel bieden bij het bewerken van keramische materialen, vooral voor die met een relatief lage elektrische geleidbaarheid. Gelijkaardige vonkfreesstrategieën vinden hun toepassingen bij het bewerken van kleinere componenten d.m.v. het microvonkfrezen. Figuur 1 toont de bewerking van een micro-impeller (materiaal: Si3N4-TiN, Ø: 20 mm).

ANDERE TOEPASSINGEN

Naast de reeds beschreven toepassingen (spuitmond, micro-impeller) toont figuur 2 een andere voorbeeld van keramische componenten, aangemaakt door vonkerosie (uitgewerkt binnen het onderzoeksproject MONCERAT). Een voorbeeld is een keramisch inzetstuk voor een stansmatrijs (zie figuur 2). Het gebruikte materiaal is gebaseerd op commercieel ZrO2-TiN van Japanse origine, maar werd verder geoptimaliseerd door onderzoekers van het departement Materiaalkunde van de KULeuven. Optimalisatie werd doorgevoerd om zowel de vonkeigenschappen als de mechanische eigenschappen te verbeteren.

Door dit keramische inzetstuk kan de levensduur met minstens een factor 5 verhoogd worden (t.o.v. het gebruik van WC-Co-hardmetaal). Voor een Zwitsers bedrijf werden heel wat inzetstukken voor extrusiegereedschappen ('drawing dies', eigenlijk een vorm van trekgereedschap waarbij de buisdiameter wordt veranderd) aangemaakt in verschillende keramische materialen (ZrO2-WC, TiB2-Ni, B4C-TiB2, HfC-TiC-TiN en TiCN-Ni), en dat eveneens als vervanging van hardmetaal. Door het gebruik van keramisch materiaal wordt het aankleven van materiaal tijdens het buistrekken vermeden (in dit geval rvs en CuSn8) en wordt de levensduur van het inzetstuk drastisch verhoogd. Een volgende toepassing situeert zich in de prototypebouw, namelijk het draadvonken van tandwielen voor kleine planetaire tandwielkasten. In principe worden dergelijke tandwielen (van puur ZrO2) in massafabricage via spuitgieten, gevolgd door sinteren, aangemaakt. Voor prototypebouw is dit proces niet economisch en is het vonken een potentiële techniek. De gevonkte tandwielen van elektrisch geleidend ZrO2-TiN hadden een 50% hogere levensduur dan de klassiek aangemaakte ZrO2- onderdelen. Belangrijk is te vermelden dat bij de vervanging van componenten van WC-Co-hardmetaal- of gehard staal door een keramisch materiaal, men meestal ook aandacht moet spenderen aan een optimalisatie van de geometrie. De praktijk leert dat een behoud van dezelfde geometrie meestal leidt tot een breuk van de keramische component. Dat is te wijten aan het feit dat niettegenstaande de uitstekende slijtagewerende eigenschappen van het keramische materiaal, dit minder weerstand biedt tegen trekbelastingen. Daarom dient men in de meeste gevallen de geometrie van de component aan te passen en te optimaliseren om de trekbelasting tijdens het gebruik van de keramische component zo veel mogelijk te minimaliseren.