Knippen metaal: staal, RVS en aluminium plaatwerk

Knippen is een goedkope productietechniek om twee plaatdelen van elkaar te scheiden. Tosec heeft een plaatschaar met een lengte van 3 meter om grote plaatdelen te knippen. De maximale dikte is 16 mm. Heeft u vandaag nog knipwerk nodig? Neem contact met ons op voor meer informatie over de productiecapaciteit.

Uitgebreide informatie over metaal knippen

Knippen is een bewerkingstechniek waarbij metaal mechanisch gescheiden wordt door middel van twee grote schaarmessen. Hierbij beweegt meestal het bovenmes ten opzichte van het ondermes, dat vast opgesteld staat. Knippen is een spaanloze mechanische scheidingstechniek die berust op een deformatieproces. Deze deformatie vindt plaats in een smalle zone rondom de snijmessen. Het proces begint met een elastische vervorming, die overgaat in een plastische vervorming en eindigt in een breuk.

Knippen is een relatief goedkoop en eenvoudig proces en is in sommige gevallen nog steeds een erg aantrekkelijke plaatbewerking. Zeker bij eenvoudige contouren en kleine aantallen.

Snijspleet

Tijdens het knipproces zijn een aantal parameters van belang met het oog op de kwaliteit. In de eerste plaats is dit de snijspleet. De snijspleet is de belangrijkste factor die de vorm en de kwaliteit van de gesneden rand bepaalt. Om verschillende plaatdiktes en staalsoorten te kunnen knippen is de snijspleet instelbaar. De gebruikelijke snijspleet varieert tussen de 2 en 10 procent van de plaatdikte, afhankelijk van het werkstukmateriaal. Globaal geldt, dat een te kleine snijspleet leidt tot grotere knipkrachten en een hogere gereedschapsslijtage. In het ergste geval kan dit laatste leiden tot gereedschapsbreuk. Een te grote snijspleet leidt daarentegen tot een afname van de snijrandkwaliteit.

Kniphoek

Een tweede aspect dat van belang is bij het knippen is de kniphoek. Dit is de hoek die het bovenste mes heeft ten opzichte van het onderste mes. Deze dient ervoor de benodigde knipkracht te reduceren. Hoe groter de snijhoek, hoe lager de knipkracht. Is de kniphoek echter te groot dan bestaat de kans dat de te knippen plaat zijwaarts wordt weggeduwd. De ideale kniphoek ligt in de praktijk meestal rond de 12°. Een ander nadeel van een grotere kniphoek is ook dat er een grotere schaarslag nodig is, iets dat weer leidt tot een langere bewerkingstijd.

De combinatie van de snijspleet en kniphoek zorgen ervoor dat er tijdens het knipproces een koppel op de plaat wordt uitgeoefend. Om het kantelen welk daaruit voortvloeit tegen te gaan, is het van belang de plaat zo dicht mogelijk bij de kniplijn stevig aan te drukken. Dit gebeurt bij de meeste knipbanken door middel van één of meerdere stempels. Tijdens het ontwerpproces dient er dan ook rekening mee gehouden te worden dat het product of halffabricaat bepaalde minimale afmetingen heeft zodat de plaat zuiver geknipt kan worden.

Kwaliteit snijrand

De kwaliteit van de snijrand bij het knippen is niet zo strak als de snijrand van bijvoorbeeld lasersnijden of plasmasnijden. De rand bestaat uit verschillende zones die van elkaar verschillen. De kwaliteit van de snijrand wordt ook bepaald door de materiaalkeuze en de snijspleet.

Opbouw snijrand

Het gesneden oppervlak bestaat voor een groot deel uit een gladgesneden oppervlak en voor een deel uit een breukvlak. Op het gesneden oppervlak kunnen de volgende gebieden worden onderscheiden:

• 1. De afronding van de snijrand heeft een diepte tussen de 0.1 mm en 0.5 mm bij toenemende plaatdikte.
• 2. De afschuifzone bestrijkt ongeveer 30% van de plaatdikte en wordt minder bij brosser materiaal.
• 3. De breukzone bestrijkt ongeveer 60% van de plaatdikte en neemt toe bij brosser materiaal.
• 4. De braam gedraagt zich qua afmeting gelijk aan de afronding.

De ruwheid die bij knippen te behalen is, bedraagt in het beste geval 20 micrometer. In verhouding met andere scheidingstechnieken is dit relatief ruw, maar is voor vele toepassingen aanvaardbaar.

Invloed snijspleet

De snijspleet heeft een grote invloed op de kwaliteit van de snijrand. De verdeling tussen de verschillende gebieden van de snijrand geldt dan ook alleen voor een goede snijspleet. Neemt de grootte van de snijspleet toe, dan worden de randen vrijwel altijd ruwer. Dit komt mede omdat bij een toenemende snijspleet de verhoudingen van de verschillende zones veranderen. Doordat de rand meer buigt neemt de afronding toe evenals de hoogte van de braam. Wordt de snijspleet nog groter dan ontstaat de situatie waarin er geen sprake meer is van schuifspanning maar van trekspanning. Ook dit is niet bevorderlijk voor de kwaliteit van de snijrand. Is de snijspleet kleiner dan gebruikelijk dan wordt de afschuifzone groter en neemt de ruwheid af. Echter, de gereedschapsslijtage neemt een dusdanig grote vorm aan dat dit veelal onacceptabel is. Een goedgekozen snijspleet is dus van belang voor zowel het product als voor het proces.

Invloed materiaal

De materiaalkeuze is een belangrijke factor bij het knippen en in het bijzonder op de snijrand. Het is niet mogelijk een gedetailleerd overzicht te geven met wat mogelijk is en wat niet, maar er kunnen wel een aantal richtlijnen gegeven worden. Zoals verwacht mag worden is bij knippen de (schuif)rek en de ductiliteit van groot belang. Een grotere ductiliteit leidt tot een grotere braam en ook de verhouding tussen het gladde oppervlak en het breukvlak neemt toe. Is er sprake van een hoge (schuif)rek dan duurt het langer voordat de breuk optreedt en zal de gladde zone groter zijn. Tenslotte bestaat de kans dat bij brosse materialen tijdens het knippen kleine scheurtjes in de snijrand ontstaan. Deze kunnen in een later stadium leiden tot kwaliteitsproblemen van het product.

Geometriebeperkingen

Een belangrijke, maar voor de hand liggende beperking van het knippen is, dat het slechts bruikbaar is voor vlakke plaatonderdelen waarvan de geprojecteerde oppervlakte een convexe geometrie is. Dat wil zeggen dat elk punt aan de rand van het onderdeel verbonden kan worden via een denkbeeldige lijn met een willekeurig ander punt op de rand van het onderdeel, zonder dat de denkbeeldige verbindingslijn daarbij buiten de contouren van het onderdeel komt. Hoewel het tegenwoordig niet meer gangbaar is, is het met knippen mogelijk bepaalde rondingen te maken. Hierbij is dan wel speciaal gereedschap nodig en het profiel dient nog steeds aan de bovenstaande convexiteitseis te voldoen.

Uit het bovenstaande volgt dat er met een knipbank geen hoeken uitgeknipt kunnen worden. Moeten er hoeken worden uitgeknipt dan is dit in principe alleen met andere machines mogelijk. Wat hierbij de mogelijkheden zijn, dient te worden nagevraagd bij de beoogde producent. Over het algemeen is het toepassingsbereik van uithoekmachines zeer beperkt.

Ook dient de ontwerper er rekening mee te houden dat knippen slechts geschikt is voor platen met een maximale dikte van 20 mm. Bij grote kniplengtes is dit soms nog minder. Daarnaast is het van belang rekening te houden met de maximale capaciteit van knipbanken. Tosec heeft een knipbank met een werkbereik van 3.000 mm. Overschrijding hiervan zal in de meeste gevallen leiden tot de keuze van een andere bewerkingstechniek, bijv. laser, plasma of autogeen snijden.

Vervorming

Tijdens het knipproces worden er diverse krachten en koppels op de plaat uitgeoefend. Deze kunnen leiden tot ongewenste vervorming van de plaat. Het is voor de constructeur nuttig om te weten hoe deze verminderd kunnen worden en waardoor ze ontstaan. De vervorming van het (half)fabricaat wordt voor het grootste deel beïnvloed door de snijspleet en de kniphoek. Bij een product met kleine lengte- en breedtematen is in de regel de kans op vervormingen groter dan bij grote maten. De volgende vervormingen kunnen ontstaan, wanneer een strip plaatwerk geknipt wordt:

Buiging

Het buigeffect is terug te voeren op de kniphoek en de hardheid van het metaal. Bij een te hoge mate van buiging moeten de producten gericht worden. Dit brengt natuurlijk extra kosten met zich mee. Het tegengaan van buiging kan op twee manieren: als de kniphoek wordt verkleind en/of de treksterkte wordt verhoogd zal er minder buiging optreden.

Wringing

Een tweede veel voorkomende vervorming is wringing of tordering (torsie). Als er eenmaal wringing is opgetreden is het heel moeilijk deze uit het product te krijgen. De nieuwste messen hebben echter een systeem dat een belangrijk deel van de wringing op kan heffen. Daarnaast zijn er nog tal van andere manieren om de wringing tegen te gaan; een dunnere plaat, een hogere hardheid, een bredere strip, een kortere strip, een kleinere kniphoek en een hogere knipsnelheid dragen bij aan vermindering van torsie.

Kromming

Kromming is met name een lastig verschijnsel als het product in een later stadium gebruikt wordt bij samengestelde lasassemblages. Overigens is het effect verwaarloosbaar bij plaatdiktes die dunner zijn dan 3 mm. Kromming kan worden verminderd door een hogere treksterkte toe te passen en/of de stripbreedte te vergroten.

Veelgestelde vragen

1. Waardoor wordt de prijs van knippen beïnvloed?
2. Aan welke normen voldoet het knippen bij Tosec?

Waardoor wordt de prijs van knippen beïnvloed?

Kniplengte

Door het schuinstaande bovenmes is de slag die nodig is om een plaat door te knippen groter voor een lang werkstuk dan voor een kort werkstuk. De invloed hiervan hangt af van de seriegrootte. Bij stuksproductie zal de invloed hiervan op de prijs zeer gering zijn, maar bij grotere series neemt deze toe.

Aantal te knippen kanten

Dit lijkt erg logisch maar het is goed om te bedenken dat een onderdeel meestal uit een standaardplaat gehaald moet worden. Bij knippen betekent dit vaak eerst stroken knippen, dan uit de stroken vierkante platen maken en vervolgens pas de eventuele afschuiningen aanbrengen. De eerste twee stappen van dit proces gaan gepaard met aanzienlijk meer handelingen dan het knippen van de afschuiningen. Dit komt omdat bij de eerste twee knipbewerkingen het halffabricaat aan de andere kant van de machine terechtkomt en voor een vervolgbewerking weer terug gehaald moet worden. Bij het aanbrengen van afschuiningen blijft het onderdeel in handen van de machinebediener en kan er dus vlotter doorgewerkt worden.

Nesten

Uiteraard speelt het nesten, of een goede mogelijkheid daartoe, een belangrijke rol. Ten eerste natuurlijk omdat nesten leidt tot minder afval en daardoor een lagere kostprijs. Hiernaast geldt echter ook het aspect van het aantal knipbewerkingen. Als de onderdelen zo te nesten zijn, dat ze alleen van elkaar gescheiden zijn door een kniplijn, dan valt iedere knipbewerking toe te kennen aan twee onderdelen. Hiermee is het aantal knipbewerkingen aanzienlijk te reduceren. Een simpel voorbeeld hiervan is het knippen van twee driehoekige platen uit één rechthoekige plaat.

Profiel

Ondanks dat knippen voornamelijk wordt gebruikt voor producten met lang en rechte zijdes, is het ook mogelijk om een meer gevarieerd profiel te maken. De mate waarin dit mogelijk is hangt voornamelijk af van de flexibiliteit van de machinebediener en de aanwezige hulpgereedschappen. Wordt hier gebruik van gemaakt dan heeft dit natuurlijk wel invloed op de kosten. Tegenwoordig zijn onderdelen die een gecompliceerdere geometrie hebben dan vierkant, recht of driehoek, goedkoper op snijmachines. Wordt een complex profiel verlangd dan wordt vrijwel altijd overgestapt op laser- plasma- of autogeen snijden.

Nabewerkingen

Geknipte platen komen soms in aanmerking voor een nabewerking. Dit kan bijvoorbeeld afbramen of walsen zijn. Het nabewerken van een product leidt natuurlijk tot verhoging van de kosten, en kan misschien achterwege gelaten worden als de specificaties worden gewijzigd. Een voorbeeld hiervan is een strook breder maken zodat deze minder vervormd en daardoor niet gewalst hoeft te worden. Wel dient er in zo’n geval rekening gehouden te worden met de hogere materiaalkosten. Een ander voorbeeld zijn eisen met betrekking tot de randkwaliteit. Indien het plaatonderdeel braamvrij moet zijn, dan moet er ook nog geslepen worden. Het is voor de ontwerper dus van belang zich af te vragen of de specificaties van het product daadwerkelijk nodig zijn voor de betreffende functie die het vervult. Indien dat wel het geval is, kan aan lasersnijden gedacht worden als alternatief.

Afmetingen

Bij onderdelen met grote afmetingen neemt het correct positioneren van de plaat meestal meer tijd in beslag dan het werkelijke knipproces. Er moet dan gedacht worden aan producten van bijvoorbeeld 3.000 x 6.000 mm. Hierdoor wordt de schaar minder efficiënt gebruikt en dit zal invloed hebben op de prijs. De relatieve bewerkingsduur neemt bij laser- en brandsnijden af bij toenemende productafmetingen, waardoor dit een goed alternatief vormt voor groot plaatwerk.

Aan welke normen voldoet het knippen bij Tosec?

Het kanten voldoet aan de NEN-ISO 2768. Deze norm gaat over de toleranties voor lineaire en hoekmaten zonder afzonderlijke tolerantieaanduidingen. Dit deel van ISO 2768 is bedoeld om tekeningaanduidingen te vereenvoudigen en het legt algemene toleranties vast voor lineaire en hoekmaten zonder afzonderlijke tolerantieaanduidingen in vier tolerantieklassen. Extra scherpe tolerantie-eisen haalbaar op verzoek.

De tolerantieklassen zijn:

• F = fijn
• M = gemiddeld
• C = grof
• V = Zeer grof

Toleranties voor het knippen van plaatwerk

Tosec beschikt over de juiste middelen om snel en vakkundig plaatwerk te knippen. De maximale lengte is 3.000 mm, de maximale dikte is 16 mm. Naast de snelheid waarmee Tosec knipwerk aan haar klanten levert, is het knipwerk ook erg nauwkeurig. Het knippen valt bij Tosec onder de DIN 2768 norm.

Bij de bewerking knippen is naast de nauwkeurigheid van de machine ook de vaardigheid van de machinebewerker van invloed op de tolerantie. Veel van de haalbare toleranties hangen dan ook af van deze persoon. Staat er een echte vakman achter de machine, dan is de tolerantie nauwelijks afhankelijk van de productlengte en plaatdikte, zoals bij de meeste andere plaatbewerkingen wel het geval is. Als de machine correct bediend wordt dan wordt de eventuele afwijking dus alleen veroorzaakt door de speling in de machine. Dit is meestal maar in een heel klein gebied het geval waardoor de absolute afwijking zeer constant is. Deze afwijking ligt meestal tussen de 0.5 en 2 mm. Onder normale omstandigheden is een tolerantie van 1 mm heel gangbaar en een tolerantie van 0.5 maximaal haalbaar. Is dit laatste vereist, dan dient dit wel overlegt te worden met de leverancier.

Een specifiek op knippen toegelegde norm is er niet, maar de DIN 2768 geeft een goede globale indicatie weer van toleranties die ontwerpers kunnen gebruiken als men niet voor elke maat een tolerantie wil specificeren. Deze norm is echter gerelateerd aan de lengte van het product en zoals eerder vermeld is deze bij knippen vrijwel niet van invloed op de tolerantie. Hierdoor ontstaat de situatie dat bij kleine producten de tolerantieklasse niet verder komt dan grof tot zeer grof (klasse c en v ) en bij grote producten de tolerantie valt in de fijne klasse (klasse f). Dit is ook in de onderstaande tabel te zien. De zone waarin de tolerantie van het knippen valt is hierin aangegeven.

Tolerantieklasse		Toelaatbare afwijking voor de reeks nominale maten
Aanduiding	Omschrijving	0.5 - 3 mm	3 - 6 mm	6 - 30 mm	30 - 120 mm	120 - 400 mm	400 - 1000 mm	1000 - 2000 mm	2000 - 4000 mm
F	Fijn	± 0.05	± 0.05	± 0.1	± 0.15	± 0.2	± 0.3	± 0.5	-
M	Gemiddeld	± 0.1	± 0.1	± 0.2	± 0.3	± 0.5	± 0.8	± 1.2	± 2
C	Grof	± 0.2	± 0.3	± 0.5	± 0.8	± 1.2	± 2	± 3	± 4
V	Zeer grof	-	± 0.5	± 1	± 1.5	± 2.5	± 4	± 6	± 8

De materiaalkeuze is een belangrijke factor bij het knippen. RVS, Aluminium en staal hebben verschillende eigenschappen. Voor het knippen van plaatwerk zijn de volgende materiaaltypen geschikt.

Materiaalsoort:	Materiaaltype:
Staal	S235	S275	S255
Aluminium	alle legeringen
RVS	304	316	321	420
Mangaanstaal	42MnV7
Geharde koolstofstalen	niet geschikt
Handelsstaalsoorten	niet geschikt