Cryogene koeling brengt doorbraak

Titanium bewerken kan straks beter en goedkoper

Uit een onderzoeksproject van Sirris blijkt dat koeling met cryogene gassen aanzienlijke voordelen biedt bij het verwerken van titanium. De oppervlaktekwaliteit verbetert sterk en brandsporen worden vermeden. Daarbij verdubbelt de levensduur van de boren en frezen, wat een gunstig effect heeft op de kosten.

Sirris reikt een helpende hand naar bedrijven die willen nagaan of en in hoeverre technologische innovaties nuttig kunnen ingezet worden in hun bedrijf. Daartoe biedt Sirris een brede kennis expertise aan, evenals de nodige hightech infrastructuur.

Voor een testproject rond het gebruik van cryogene technologie voor het bewerken van titanium, is Sirris een samenwerking aangegaan aan met Air Liquide. “Die samenwerking is op een heel spontane manier tot stand gekomen”, begint Tom Jacobs, Senior Engineer Precision Manufacturing bij Sirris.

Tom onderzoekt verschillende productietechnologieën en bestudeert daarbij de volledige organisatie van het productieproces. Daarnaast is hij betrokken bij diverse Europese en Vlaamse onderzoeksprojecten en houdt hij zich bezig met het implementeren van industrie 4.0 op bewerkingstechnieken.

“Omdat we gas nodig hadden, dachten we meteen aan Air Liquide. Toen hebben we hen simpelweg gecontacteerd via het algemene mailadres. En zo is de bal aan het rollen gegaan. Air Liquide staat in voor de gastoevoer van onze testopstellingen en leverde daartoe een specifiek kleppen- en controlesysteem. Ook helpt Air Liquide ons om de optimale gas temperaturen te bepalen.”

Sterke kostenbesparing dankzij verdubbeling levensduur boren en frezen

Bedrijven die titanium en soortgelijke materialen bewerken, maken tot nu toe gebruik van een emulsie, perslucht of een combinatie van perslucht en vernevelde oliedruppeltjes (Minimum Quantity Lubrication) om oververhitting van de boor of frees tegen te gaan.

“Dat werkt wel, maar cryogene technologie - waarbij een sterk gekoeld gas (zoals CO2 of stikstof) op het freespunt wordt gericht - maakt het mogelijk om op veel lagere temperaturen te werken. Daardoor gaan de gereedschappen - boren en frezen - veel langer mee, wat een aanzienlijke kostenbesparing met zich meebrengt. Uit onze tests met cryogene technologie blijkt dat de levensduur van de gereedschappen bij het bewerken van titanium ongeveer verdubbelt." 

"Aangezien de kost van gereedschap zo’n 20% bedraagt van de totale verwerkingskost, is dat een significante besparing.”

Betere werkomstandigheden

Daarnaast verbetert ook de oppervlaktekwaliteit van het bewerkte stuk: het is minder ruw en er zijn geen inbrandsporen meer. Zo blijft het materiaalverlies tot een minimum beperkt. In het geval van titanium is dat niet onbelangrijk, want het materiaal is erg duur.

“En dan is er ook nog een verborgen kost die dankzij de cryogene technologie kan voorkomen worden. Bij de meeste traditionele methodes ademen de arbeiders veelvuldig oliedampen in, want tot gezondheidsproblemen kan leiden. Het stikstof of de CO₂ van de cryogene technologie vormen bij correct gebruik daarentegen geen enkel risico voor de gezondheid.”

Integratie in bestaand machinepark

Het testproject loopt nog tot augustus 2018, maar het is nu al wel duidelijk dat cryogene technologie uitstekende resultaten oplevert in combinatie met titanium. “Daarbij slagen we er ook steeds beter in om de nieuwe technologie te integreren in machines die vandaag nog werken met koelvloeistoffen of met perslucht. Dat is belangrijk, omdat bedrijven de nieuwe technologie dan al op korte termijn kunnen inzetten, zonder dat daar omvangrijke investeringen voor nodig zijn.”

Optimaliseren en finetunen

“Intussen proberen we - in samenwerking met Air Liquide - om de techniek nog verder te verfijnen. Zo willen we kijken of het gas dichter tegen het snijpunt kan gebracht worden, zodat het proces efficiënter kan verlopen. Dat zou bijvoorbeeld kunnen door het gas aan te voeren via een nozzle die geïntegreerd zit in de boor of de frees zelf. Sowieso is de nozzle één van de meest cruciale onderdelen van deze technologie, omdat deze ervoor moet zorgen dat het gas aan de juiste druk bij het snijpunt arriveert en met de juiste straal. De nozzles die we voor de tests gebruiken worden aangeleverd door Altec,  het expertise centrum van Air Liquide dat hier veel kennis over heeft.”