metaalmagazine 7 200814 www.metaalmagazine.nl

metaalbewerkenP a u l i n e M e i j w a a r d

Het overstappen op een

ander materiaal vereist

het opnieuw optimalise-

ren van het verspa-

ningsproces

(foto’s: Hamel)

Zonder lood

De Europese Unie komt regelmatig met nieuwe milieuwetgevingom zware metalen in producten en materialen terug te brengen.Een voorbeeld daarvan is de RoHS-stoffenrichtlijn. Daarin wilmen onder andere de hoeveelheid lood reduceren of laten ver-vangen door andere stoffen. In dit artikel meer informatie overhet gebruik van lood in de verspanende industrie en de regelsdie daarmee te maken hebben.

verspaning ook goed mogelijk Veel legeringen bevatten een bepaaldehoeveelheid lood om de verspaanbaar-heid te vergroten. Als uw bedrijf daar-mee werkt, zou het kunnen zijn dat uin verband met de Europese wetgevingnaar alternatieven moet zoeken. Ditgeldt met name als u levert aan de au-tomobielindustrie en producentenvan (consumenten) elektronica enelektrische apparaten. De zogenoemdeend-of-life-vehicles richtlijn2000/53/EC, verbiedt vanaf 1 juli 2008het gebruik van onder andere lood invoertuigen of onderdelen in voertui-gen. Sinds 2005 geldt er een over-gangsregeling waarbij er maximaal1% lood gebruikt mag worden. DeRoHS-stoffenrichtlijn 2002/95/EG, diezich vooral richt op de elektrischeapparaten, is sinds juli 2006 vankracht.

Calcium goede vervanger van loodLood heeft een smerende werking,maakt het materiaal zachter en isgoed deformeerbaar. Automatenstaal11 SMn30 echter bevat geen lood en islasbaar, goedkoper en strikt genomengezonder dan loodhoudend staal.11 SMn Pb30 bevat maximaal 0,35%lood. Koperlegeringen kunnen tot 4%lood bevatten. Loodhoudend automa-tenstaal is nog steeds het meest ge-bruikte staal, vooral wanneer de eisenaan het materiaal niet al te hoog zijnen er in grote hoeveelheden (en snel)verspaand moet worden. Andere toe-voegingen aan staal zijn aluminium ofzwavel. Laatstgenoemde heeft invloedop de lasbaarheid en mechanischewaarde en is aan een maximum ge-bonden. Aluminium wordt toegevoegdom desoxidatie tegen te gaan, maarkan aluminaten veroorzaken, keihar-de insluitingen waarop de beitel ge-makkelijk kapot kan gaan. Een ont-wikkeling die vanuit Scandinaviëkomt, is de toevoeging van calcium,eigenlijk gewoon kalk. Calciumoxideszijn zachter dan aluminium, gemak-kelijk afbreekbaar, hebben geen in-vloed op de mechanische waarde, desterkte van het materiaal blijft onge-wijzigd en het voldoet aan de Euro-

mek007_14_loodverspaning.qxp 27-08-2008 10:19 Pagina 14

metaalmagazine 7 2008www.metaalmagazine.nl 15

pese norm. Automatenstaal met calci-um is nog niet verkrijgbaar. Dat is welhet geval met koolstofstaal St 52 enSt 37. Deze staalsoorten zijn met detoevoeging van calcium ongeveer 20%duurder, maar met de verwerking er-van kan de efficiency met 20% tot 25%oplopen. Dit komt door een snellereverspaning, een langere standtijd vanhet gereedschap, en een goede en con-stante spaanbeheersing. Het prijsni-veau van loodhoudend automaten-staal en St 52 met calcium is ongeveergelijk. Niet-loodhoudend automaten-staal blijft goedkoper, maar heeft min-der goede verspanende eigenschap-pen. Roestvast staal, niet te krijgenmet lood, is eveneens verkrijgbaar metcalcium. Ook met deze samenstellingzal een betere spaanbeheersing moge-lijk zijn.

Aluminiumlegering zonder loodEen aantal Europese metaalleveran-ciers heeft het loodgehalte van stan-

M e t a l e n z o n d e r l o o d s t a n d a a r d l e v e r b a a r

Hamel Metaal, al 70 jaar toeleverancier van deNederlandse metaalindustrie van ferro en non-ferrometalen, levert onder andere legeringen waarin hetlood vervangen is door andere stoffen of het lood sterkgereduceerd is. Dat laatste is het geval met automaten-kwaliteit EN AW-6026 Aluminium. Het lood in staalwordt onder andere vervangen door calcium. Dezematerialen zijn door Hamel uitgebreid getest om debeweringen van de fabrikant te kunnen staven. Hamelonderschrijft dat de materialen uit staal met calcium, dieoverigens van de buitenkant niet als zodanig herken-baar zijn, inderdaad een betere verspaanbaarheid enspaanbeheersing laten zien (zie tabel links).

Andere tooling kan het verschil in verspaning ophef-

fen en verder verbeteren

L o o d i n c i j f e r s

Lood is een scheikundig element met symbool Pb(Plumbum) en atoomnummer 82. Het is een donkergrijshoofdgroepmetaal.

Wereld loodproductie

Amerika 35%Azië 35%Europa 28%Afrika 2%(bron: London Metal Excange, www.lme.com)

Industriële consumptie

Batterijen 71%Pigmenten en andere verfmengsels 12%Gewalste en extrusie componenten 7%Kogels en ammunitie 6%Kabelmantels 3%Aluminiumlegeringen 1%

De prijs van lood is sinds 2002 spectaculair gestegenvan rond de 500 dollar per ton naar bijna 4000 dollarper ton eind april 2008.

daard aluminium automatenkwalitei-ten, zoals EN AW-2011, EN AW-2030,EN AW-6012 en EN AW-6262 geredu-ceerd en voldoet daarmee aan de eisenzoals gesteld in de overgangsfase.Minder lood kan echter een mindergunstige spaanvorm tot gevolg heb-ben. Daarnaast zijn er tegenwoordigook (bijna) loodvrije automatenkwa-liteiten te verkrijgen die ter vervan-ging van de reguliere legeringen ge-bruikt kunnen worden, zoals deEN AW-6026. Het kortspanige lood is

Verbeterde verspaanbaarheid Norm EN 573 1-3, EN 515, EN 755 1-9Chemische samenstelling kwaliteit 1) Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Bi Pb SnEN AW- 0,6 - ≤0,7 0,2 - 0,2 - 0,6 - ≤0,3 ≤0,3 ≤0,2 0,5 - ≤0,4 ≤0,056026 1,4 0,5 1,0 1,2 1,5

Mechanische eigenschappen kwaliteit nagetrokken 1) Re (N/mm2) Rm (N/mm2) Rek A50 (%) hardheid (HB)EN AW-6026 T6 > 260 > 310 > 8 95 EN AW-6026 T8 > 315 > 345 > 4 100

1) Andere kwaliteiten zijn op aanvraag beschikbaar

Verspaningsvoorwaarden bewerking snijkantgeometrie voeding snedediepte koeling snijsnelheid

en hardmetaal- (mm/omw) (mm) (m/min)kwaliteit

langsdraaien A2-KX 0,25 - 0,3 3 ja 450- 800vlakfrezen E08-H25 0,25 3 ja 800-1200boren met C1-T400D/P1 - 0,18 – ja 400- 600snijplaatboren T250D

Bovenstaande informatie is voor economisch verspanen in medium omstandigheden. Voor meer gedetail-

leerde informatie raadpleeg www.secotools.com.

Belangrijkste eigenschappenE-modules corrosieweer- corrosieweer- elektrische thermische las-(N/mm2) stand stand geleid- geleid- baarheid 3)

zeewater 3) zoetwater 3) baarheid 3) baarheid 3)

≈ 69.000 2 1 3 2 53) verklaring: 1= zeer goed, 6=zeer slecht.

- Zeer goede verspaningseigenschappen.- Bewerkbaar tot zeer nauwkeurige toleranties met goede oppervlaktekwaliteit.- Geringe aantasting van het gereedschap.(bron: Hamel Metaal)

M e e r i n f o v i a

www.hamel.nlwww.secotools.comwww.europa.eu.int

mek007_14_loodverspaning.qxp 27-08-2008 10:19 Pagina 15

Het kan nuttig zijn te experimenteren met loodvrije

materialen

metaalbewerken

metaalmagazine 7 200816 www.metaalmagazine.nl

daarin vervangen door tin en bis-mut. Deze groep innovatieve legerin-gen is uitstekend verspaanbaar enkent een zeer gunstige spaanvorm.Mechanische en fysische eigenschap-pen zijn vergelijkbaar met de conven-tionele automatenkwaliteiten.

Altijd opnieuw optimaliserenBij een overstap naar een ander mate-riaal zal het proces altijd opnieuw ge-optimaliseerd moeten worden. Alleparameters — zoals snijsnelheid, snij-diepte, koeling enzovoorts — moetenna instelling gecontroleerd worden opefficiency en resultaat. Daarnaastmoet ook het gereedschap opnieuwbekeken worden, want andere toolingkan het verschil in verspaning ophef-fen of nog verder verbeteren. Hier isgeen standaardregel voor te geven;overleg met zowel de materiaalleve-rancier als de gereedschapsleverancieris noodzakelijk om tot een goede com-binatie te komen.

Loodvrij als verkoopargumentNa de voertuigen- en de elektronica-branche zullen ongetwijfeld anderebedrijfstakken betrokken worden bijde Europese regelgeving met betrek-king tot het gebruik en verwerkingvan zware metalen. Daarnaast kan hetzijn dat opdrachtgevers vanuit milieu-verantwoord ondernemen al eerdereisen stellen aan toeleveranciers.Daarom kan het nuttig zijn — op be-scheiden schaal — vast te experimen-teren met loodvrije materialen. Zekerals blijkt dat bij de juiste instellingvan alle parameters de integrale kost-prijs nauwelijks toeneemt, kan hetzelfs een extra marketinginstrumentzijn om loodvrij te kunnen verspanen.■

WEEE staat voor Waste of Electrical andElectronical Equipment (Afval van Elektrischeen Elektronische Apparatuur). Deze wet regelthet afval van elektrische en elektronischeApparatuur. WEEE vereist dat apparatuurwordt gebouwd volgens bepaalde stan-daarden. Hiermee wordt verzekerd dat deontmanteling voor hergebruik wordt geopti-maliseerd en dat leveranciers programma’shebben om de apparatuur, die ze geleverdhebben, terug te nemen en te ontmantelen.Om de hoeveelheid gevaarlijk materiaal teminimaliseren in WEEE dat is teruggenomenvoor hergebruik, om de herbruikbaarheid teverbeteren en omdat er onvermijdbaar eendeel van het WEEE als niet herbruikbaar afvalzal eindigen, is de RoHS opgesteld. Dit staatvoor Restriction Of the use of certainHazardous Substances ofwel Beperking Vanhet gebruik van bepaalde Gevaarlijke Stoffen.Als gevolg van RoHS moet ieder Europeesland ervoor zorgen dat nieuwe elektrischeen elektronische apparatuur die vanaf 1 juli2006 op de markt wordt gebracht, vrij is vanlood, kwik, cadmium, hexavalent chroom,PolyBroomBifenylen (PBB) en PolyBroomDifenyl Ethers (PBDE).

Het is geaccepteerd (gebaseerd op EU com-missie richtlijnen en opgenomen in wetge-ving van enkele lidstaten) dat ‘vrij van’ voorde toepassing van het R0HS-voorschrift, eenmaximumconcentratie inhoudt van:■ tot 0,1% in gewicht in homogene materi-

alen voor lood, kwik, hexavalent chroom,PBB en PBDE; en

■ tot 0,01% in gewicht in homogenematerialen voor cadmium zullen wordentoegestaan in productie van een nieuwEEA.

Omdat iedere EU-staat haar eigen wet moetschrijven, kunnen interpretaties en vereistenverschillen. Echter de trend die kan wordenwaargenomen is de volgende:■ de wetten vereisen niet dat er een certi-

ficering van de samenstelling van pro-ducten betreffende de gevaarlijke stoffendoor derden plaatsvindt;

■ de leveranciers zijn verplicht om docu-mentatie bij te houden en op verzoekbeschikbaar te stellen om te bewijzendat hun producten overeenstemmen metde wetgeving.

Documentatie kan een leveranciersverklaring

of analyse zijn. EU-staten zullen waarschijn-lijk steekproefsgewijs producten bemonste-ren en analyseren om na te gaan of dezeovereenstemmen met de wetgeving. Hetmoge duidelijk zijn dat wanneer een produ-cent de leveranciersverklaring niet vertrouwtof een handel heeft die te groot is om hetrisico op het overtreden van de wet vollediguit te willen sluiten, een certificaat van der-den erg bruikbaar kan zijn.

Wat valt er binnen WEEE en RoHS?De regels hebben betrekking op de catego-rieën apparatuur, die voldoen aan de volgen-de eigenschappen:■ minder dan 1000 V wisselspanning of

1500 V gelijkspanning;■ heeft elektriciteit als hoofdbron; en■ benodigt elektriciteit voor zijn primair

functioneren.

De algemene uitzonderingen die gelden voorzowel WEEE als RoHS zijn:■ grootschalige statische industriële

gereedschappen;■ apparatuur bedoeld voor een specifieke

nationale veiligheids- en/of militaire toe-passing; en

■ onderdelen die deel zijn van apparatuurof vaste installaties niet inbegrepen inproduct.

Verdere uitzonderingen m.b.t. lood die enkelvan toepassing zijn op RoHS :Lood in glas voor verschillende toepassin-gen.Lood als legeringselement:■ tot 0,35% in gewicht in staal;■ tot 0,4% in gewicht in aluminium;■ tot 4% in gewicht in koper.Lood in bij hoge temperatuur smeltende sol-deer, bijv. tin-lood soldeer met >85% lood.Lood in soldeer voor servers, opslag enopslag-clustersystemen (geldig tot 2010).Lood in soldeer voor netwerkinfrastructuur,apparatuur voor schakelen, signaleren, trans-missie en netwerkbeheer voor telecommuni-catie.Lood in elektronische keramische onderdelen(piëzo-elektrische apparaten)

Er worden doorlopend amendementen toe-gevoegd; voor de meest recente uitzonderin-gen kijk op: http://europa.eu.int/eur-lex/nl/index.html en zoek op 2002/95.

c

W E E E a n d R o H S k o r t s a m e n g e v a t

mek007_14_loodverspaning.qxp 27-08-2008 10:19 Pagina 16