Hoe draagt ruimen bij aan een betere nauwkeurigheid van gaten en een betere oppervlakteafwerking?

Wat is ruimen?

Ruimen is een afwerkingsproces voor gaten waarbij een ruimer een zeer dunne laag metaal van de wand van het gat verwijdert om de maatnauwkeurigheid te verbeteren en de oppervlakteruwheid te verminderen. Het wordt vaak gebruikt voor het afwerken van gaten met een gemiddelde diameter in materialen die niet al te hard zijn, en kan ook dienen als voorbereiding op het honen of leppen. Machinaal ruimen biedt een hoge productiviteit en een lage arbeidsbehoefte, waardoor het geschikt is voor massaproductie.

Met ruimen kan een nauwkeurigheid van IT9 tot IT7 en een typische oppervlakteruwheid van Ra 1,6 tot 0,8 µm worden bereikt. Deze prestaties zijn te danken aan de speciale geometrie van de ruimer, de geringe bewerkingsopslag en de lage snijsnelheid.

Zo zijn bijvoorbeeld zes op gelijke afstanden geplaatste gaten met een diameter van Ø20H7 en een vereiste oppervlakteruwheid van Ra 1,6 geschikte kandidaten voor het ruimen.

Een IT8-gat kan doorgaans in één ruimgang worden afgewerkt. Een IT7-gat moet tweemaal worden geruimd: eerst met een ruimer die 0,05 tot 0,2 mm kleiner is dan de gatmaat, en vervolgens met een afwerkruimer die aan de gatstolerantie voldoet. Een IT6-gat moet driemaal worden geruimd.

Ruimen biedt slechts beperkte mogelijkheden om positionele fouten te corrigeren; daarom moet de vereiste positie al tijdens de voorafgaande bewerkingen worden vastgelegd. Een gat waarvoor strenge eisen gelden wat betreft coaxialiteit of positionele toleranties, kan eerst worden voorgeboord, vervolgens geboord, ruw geboord en daarna geruimd. Vóór het ruimen moet de oppervlakteruwheid van het gat lager zijn dan Ra 3,2 µm.

Koelvloeistof draagt bij aan een beter oppervlak en helpt bij het afvoeren van spanen. Bij het ruimen ontstaat er niet veel warmte, dus een standaard koelvloeistof is doorgaans voldoende.

De opbouw en keuze van ruimers

Opbouw van een ruimer

In bewerkingscentra worden doorgaans standaard machine-ruimers gebruikt. Veelvoorkomende uitvoeringen zijn ruimers met rechte schacht, conische schacht en mantelruimers. De gebruikelijke diameterbereiken zijn Ø6 tot Ø20 mm voor gereedschappen met rechte schacht, Ø10 tot Ø32 mm voor gereedschappen met conische schacht en Ø25 tot Ø80 mm voor mantelruimers. Ruimers zijn doorgaans verkrijgbaar in de nauwkeurigheidsklassen H7, H8 en H9.

Het voorste deel van de kop is de inloopafschuining of inloop, die ervoor zorgt dat het gereedschap gemakkelijker in een niet-afgeschuind gat kan worden ingebracht. Sommige ruimers zijn voorzien van een taps toelopend snijgedeelte dat het grootste deel van het snijwerk verricht. De kleine halve hoek daarvan, doorgaans 1° tot 15°, zorgt voor een betere centrering en leidt tot dunne spanen.

Het maatgedeelte corrigeert de diameter van het gat, werkt de wand af en geleidt het gereedschap. Het cilindrische gedeelte zorgt ervoor dat de diameter van de ruimer behouden blijft en dient als meetvlak. Een lichte achterste conus op het achterste gedeelte vermindert de wrijving tegen de wand van het gat.

De diameter van de ruimer bepalen

De nauwkeurigheid van een gat hangt in de eerste plaats af van de maatnauwkeurigheid van de ruimer. Een nieuwe standaard cilindrische ruimer heeft vaak een slijpspeling en kan een onvoldoende oppervlakteafwerking hebben. Voordat er gaten worden gemaakt die nauwkeuriger zijn dan IT8, moet de diameter ervan daarom tot de vereiste maat worden geslepen.

Een uitgeboord gat kan uitzetten of krimpen, en er bestaat geen universele spelingwaarde voor dit gedrag. Een praktische methode voor het bepalen van de afmetingen is:

• De basisdiameter van de ruimer = de basisdiameter van het gat.
• Bovenste afwijking = tweederde van de tolerantie van de gatdiameter.
• Kleinere afwijking = een derde van de tolerantie van de gatdiameter.

Voor een gat met een diameter van Ø20H7 en een tolerantie van +0,021/-0 mm, is de basisdiameter van de ruimer Ø20 mm, de bovenste afwijking 2/3 × 0,021 = 0,014 mm en de onderste afwijking 1/3 × 0,021 = 0,007 mm. De gekozen diameter van de ruimer is daarom Ø20 mm met afwijkingen van +0,014/+0,007 mm.

Het aantal tanden kiezen

Een ruimer is een gereedschap met meerdere snijkanten, en het aantal tanden hangt af van de diameter en de nauwkeurigheid van het gat. Standaardruimers hebben 4 tot 12 tanden. Te veel tanden bemoeilijken de productie en het slijpen, verminderen de tandsterkte bij een vaste diameter, beperken de spaanderruimte en kunnen leiden tot spaanderophoping, krassen op de wand of afbrokkeling van de snijkant. Te weinig tanden verminderen de stabiliteit, verhogen de belasting per tand en vergroten de kans op geometrische fouten.

Ruimers kunnen rechte of spiraalvormige tanden hebben. Een spiraalvormige ruimer met linksdraaiende groeven is geschikt voor doorlopende gaten, omdat de spiraal de spanen naar beneden en in de open ruimte buiten het gat duwt. Deze is niet geschikt voor blinde gaten.

Het selecteren van ruimparameters

Ruimtoeslag

De ruimtoeslag is de materiaaldiepte die voor het ruimen wordt gereserveerd. Deze is doorgaans kleiner dan de toeslag voor verzinken of boren. Een te grote toeslag verhoogt de snijdruk, kan de ruimer beschadigen en leidt tot een slechte oppervlakteafwerking. Wanneer de toeslag groot is, moeten afzonderlijke voor- en nabewerkingsgangen worden uitgevoerd.

Een onvoldoende overmaat kan leiden tot voortijdige slijtage van het gereedschap, een normale verspaningsbewerking verhinderen en bovendien de afwerkingskwaliteit verslechteren. Een gebruikelijke overmaat bedraagt 0,1 tot 0,25 mm en mag bij grotere gaten niet meer dan 0,3 mm bedragen. Een algemene aanbeveling is om 1% tot 3% van de ruimer-diameter als diametrale speling te reserveren.

Voedingssnelheid

De voedingssnelheid bij ruimen bedraagt doorgaans twee tot drie keer de voedingssnelheid bij boren. Door de hogere voedingssnelheid gaat de ruimer snijden in plaats van schuren, hoewel de oppervlakteruwheid Ra toeneemt naarmate de voedingssnelheid stijgt.

Als de voedingssnelheid te laag is, neemt de radiale wrijving toe. De ruimer slijt dan snel, kan gaan trillen en kan een ruw gatoppervlak achterlaten.

Toerental van de spil

Alle snijparameters beïnvloeden de oppervlakteruwheid na het ruimen, maar de snijsnelheid heeft de grootste invloed. Om een ruwheid van ongeveer Ra 0,63 te bereiken met een ruimer van snelstaal in staal met een gemiddeld koolstofgehalte, mag de snijsnelheid niet hoger zijn dan 5 m/min, zodat de kans op de vorming van een opgebouwde snijkant klein is. Spanen van gietijzer breken in deeltjes en vormen niet snel een opgebouwde snijkant, waardoor de snelheid kan worden verhoogd tot 8 tot 10 m/min.

Een veelgebruikt uitgangspunt is een toerental van de ruimspil dat gelijk is aan tweederde van het boortoerental in hetzelfde materiaal. Als bij het boren bijvoorbeeld 500 t/min wordt gebruikt, is een redelijk toerental voor het ruimen 500 × 0,660 = 330 t/min.

Gebruik van een vast programma voor het ruimen

De volgorde bij het ruimen lijkt op die bij andere bewerkingen voor het maken van gaten. Bij een blindgat wordt het boren gevolgd door het ruimen, maar spaanders die in het gat achterblijven, kunnen de ruimer verstoren. Daarom moet vóór het ruimen een M00-programmastop worden ingevoerd, zodat de operator alle spaanders kan verwijderen.

Ook bij ruimprogramma’s wordt gebruikgemaakt van vaste cycli. FANUC-besturingen kennen geen specifieke ruimcyclus, maar G85 is geschikt omdat hierbij met dezelfde voedingssnelheid zowel in als uit het gat wordt gevoerd.