Kartelen: Een Complete Gids voor Proces, Types & Patronen

Kartelen is een mechanisch proces dat wordt gebruikt om een patroon van rechte, schuine of gekruiste lijnen op het oppervlak van een materiaal te creëren, meestal metaal. Deze bewerking wordt bijna altijd uitgevoerd op een draaibank, waarbij het gladde oppervlak van een werkstuk wordt omgezet in een ruwe textuur. Het primaire doel van kartelen is om een gripvlak te bieden voor handen of vingers, maar het wordt ook gebruikt voor cosmetische verbetering, het verminderen van schittering of het vastzetten van een perspassing door de buitendiameter van een component te vergroten. Hoewel conceptueel eenvoudig, vereist het bereiken van een hoogwaardig, duurzaam gekarteld oppervlak een gedetailleerd begrip van het proces, de gereedschappen en de materiaalkunde die erbij komt kijken.

Het Kartelproces: Deformatie Begrijpen

In tegenstelling tot snijbewerkingen waarbij materiaal wordt verwijderd door een scherpe gereedschapsrand, is kartelen in wezen een koudvorming of metaalverplaatsing proces. Dit onderscheid is cruciaal voor het begrijpen van de resulterende oppervlakteafwerking en afmetingen.

Het gereedschap dat voor dit proces wordt gebruikt, wordt een kartelgereedschap genoemd, dat typisch bestaat uit een of twee gehardstalen wielen, of kartelwielen, met de inverse van het gewenste patroon. Het kartelgereedschap wordt stevig tegen het roterende werkstuk gedrukt. Onder extreme druk verplaatsen de gereedschapswielen het materiaal, waardoor het in de dalen van het kartelpatroon wordt geduwd en de bijbehorende pieken op het werkoppervlak worden gevormd.

Omdat materiaal wordt verplaatst in plaats van verwijderd, resulteert kartelen in een toename van de grote diameter van de component — de diameter gemeten over de hoogste punten (pieken) van het gekartelde patroon. De hoeveelheid toename hangt af van verschillende factoren, waaronder de spoed van het kartelwiel, het materiaal dat wordt bewerkt en de toegepaste druk. Deze dimensionale verandering moet in het initiële ontwerp in overweging worden genomen; vaak wordt de diameter van de werkstukblanco verkleind vóór het kartelproces om de verwachte materiaalgroei te compenseren.

Er zijn twee primaire methoden voor kartelen:

1. Vormkartelen (of bump-kartelen): Dit is de meest voorkomende methode. Het gebruikt een enkele rol of twee tegenover elkaar liggende rollen die direct in het werkstuk worden geperst. Het is snel, maar vereist aanzienlijke kracht, wat soms een lang of slank werkstuk kan afbuigen.

2. Snijkartelen: Deze methode maakt gebruik van gespecialiseerde kartelwielen met scherpere tanden die zijn ontworpen om het materiaal daadwerkelijk te snijden in plaats van het alleen te verplaatsen. Snijkartelen produceert spanen, vereist minder vormdruk en is daarom beter geschikt voor dunwandige of kleine onderdelen die anders zouden kunnen buigen onder de druk van vormkartelen. Deze methode biedt meer controle over de uiteindelijke diameter en patroonuniformiteit.

Kartelpatronen en -types

Kartelen wordt gedefinieerd door het patroon, dat wordt bepaald door het ontwerp van de kartelwielen en hoe ze op het werkstuk worden aangebracht. De meest voorkomende patronen worden gespecificeerd op basis van de hoek en richting van de lijnen.

1. Rechte kartels: Dit patroon bestaat uit parallelle lijnen die langs de as van het werkstuk lopen. Het wordt gemaakt met behulp van wielen met rechte ribbels, en de resulterende textuur biedt een grip die voorkomt dat de component roteert. Rechte kartelen wordt vaak gebruikt op componenten die handmatig moeten worden gedraaid of vastgedraaid.

2. Diamantkartels (of diagonale kartels): Dit is het populairste en meest herkenbare patroon. Het wordt gevormd door twee sets van spiraalvormige (schuine) lijnen die elkaar kruisen, waardoor een diamant- of piramidevorm ontstaat. Diamantkartels bieden een uitstekend, multidirectioneel grijpvlak, waardoor ze ideaal zijn voor duimschroeven, gereedschapshandvatten en afstelknoppen. Dit patroon kan worden bereikt met behulp van een enkel wiel met een spiraalvormig patroon (meerdere keren aangebracht) of, vaker, een houder met twee wielen waarbij de wielen zijn schuin geplaatst om de elkaar kruisende lijnen in één keer te produceren.

3. Schuine kartels: Dit patroon bestaat uit parallelle lijnen die in een hoek (spiraalvormig) ten opzichte van de as van het werkstuk lopen, maar ze kruisen elkaar niet. Dit wordt typisch bereikt met behulp van een gereedschapshouder met één wiel. Schuine kartels bieden een onderscheidende uitstraling en zijn handig wanneer de grip directioneel moet zijn, hoewel ze minder vaak voorkomen dan het diamantpatroon.

Spoed en TPI: De spoed van een kartel verwijst naar de afstand tussen twee overeenkomstige punten op aangrenzende karteltanden. Het wordt vaak gemeten in TPI (Threads Per Inch) in het Imperial-systeem of modulus (mm) in het metrische systeem. Kartelgereedschappen zijn verkrijgbaar in verschillende spoeden, die vaak worden aangeduid als fijn, medium of grof. De keuze van de spoed is cruciaal, omdat deze zowel het uiterlijk als de effectiviteit van de grip beïnvloedt. Een fijnere spoed levert een gladder oppervlak op, maar een zwakkere grip, terwijl een grove spoed maximale grip biedt, maar resulteert in een ruwer gevoel en uiterlijk. Het selecteren van de juiste spoed is ook essentieel voor vormkartelen, omdat bepaalde spoeden mogelijk niet goed passen bij de diameter van het werkstuk, wat kan leiden tot dubbele tracking of een ongelijkmatig patroon.

Materiaalselectie en Karteluitdagingen

De bewerkbaarheid van het materiaal heeft een aanzienlijke invloed op het kartelproces.

• Ductiele materialen: Materialen zoals messing, aluminium en zacht staal zijn over het algemeen gemakkelijk te kartelen met behulp van de vormkartelmethode omdat ze zeer vervormbaar zijn en gemakkelijk vervormen onder druk. Deze materialen laten het metaal gemakkelijk in het gewenste patroon vloeien.

• Harde materialen: Gehard staal en bepaalde roestvaste staalsoorten zijn veel moeilijker te vormen. Deze materialen vereisen typisch de snijkartelmethode, die scherpere gereedschappen en minder druk gebruikt om het materiaal weg te schilferen in plaats van het opzij te duwen. Proberen om harde materialen te vormkartelen kan leiden tot overmatige gereedschapsslijtage, slechte patroondefinities en mogelijke breuk van het kartelgereedschap of het werkstuk.

Belangrijkste uitdagingen:

1. Dubbele tracking: Dit gebeurt wanneer het kartelwiel niet perfect uitlijnt met het patroon dat al is gestart, wat leidt tot een wazig of dubbel beeldeffect. Dit wordt vaak opgelost door een juiste uitlijning, ervoor te zorgen dat de spoed van het gereedschap compatibel is met de diameter van het werkstuk, of door een zelfcentrerende kartelgereedschapshouder te gebruiken.

2. Gereedschapsslijtage: De immense druk die betrokken is bij vormkartelen veroorzaakt aanzienlijke spanning op de kartelwielen. Het kiezen van hoogwaardige, sneldraaistaal of hardmetalen inzetkartels is essentieel voor een lange levensduur van het gereedschap, vooral bij het werken met taaie materialen.

3. Getril: Trillingen tijdens het proces kunnen een inconsistent patroon veroorzaken. Om getril te verminderen, is het essentieel om ervoor te zorgen dat de draaibank stijf is, de juiste koelvloeistof te gebruiken (om wrijving en hitte te verminderen) en de juiste spiltoerental en aanvoersnelheid te handhaven.

Toepassingen en specificaties

Kartelen wordt uitgebreid gebruikt in tal van industrieën, zowel om functionele als esthetische redenen.

• Ergonomie en functionaliteit: Gekartelde oppervlakken worden gevonden op microfoonbehuizingen, chirurgische instrumenten, zaklampen, barbells, meetgereedschapsknoppen en fietsonderdelen (zoals pedaalassen) waar een veilige, antislip grip van het grootste belang is.

• Assemblage: Kartelen kan worden gebruikt om twee onderdelen permanent vast te zetten. Wanneer een as in een gat wordt geperst, bijten de verhoogde kartelpieken in het bijpassende materiaal, waardoor een hoge retentie-interferentiepassing ontstaat. Dit wordt vaak gebruikt voor het vastzetten van kleine pennen of inzetstukken in plastic of zachtere metalen behuizingen.

• Cosmetica: Kartelen biedt een hoogwaardige, technische uitstraling, vaak te zien in premium producten of precisie-instrumenten. Het kan ook worden gebruikt om lichtreflectie of schittering op optische apparatuur te verminderen.

De juiste kartelspecificatie moet altijd de volgende details bevatten: het patroontype (recht, diamant), de spoed/TPI, de lengte van het gekartelde gedeelte en de uiteindelijke grote diameter (de diameter na het proces). Door zorgvuldig het juiste proces, patroon en gereedschap te selecteren, kunnen fabrikanten met succes een glad oppervlak omzetten in een functionele, esthetisch aantrekkelijke en dimensionaal nauwkeurige gekartelde component.