Hoe horlogebehuizingen worden vervaardigd met behulp van CNC-bewerking

CNC is een reeks beslissingen, geen enkele bewerking

Een horlogeslag lijkt op een eenvoudig blok metaal met gaten en rondingen. Bij CNC-bewerking is het een stapel onderling verwijzende beslissingen. De afmeting van het grondmateriaal bepaalt hoeveel materiaal eraf moet. De werkstukopspanning bepaalt of het onderdeel tijdens de bewerking stabiel blijft. Het gereedschapspad bepaalt de wanddikte, de hoekafschuiningen en hoeveel nabewerkingswerk nog rest. De volgorde van de bewerkingen bepaalt of een kritieke afmeting vroeg wordt bewerkt, terwijl het onderdeel nog stijf is, of laat, nadat het onderdeel is verzwakt.

Een behuizing die in de verkeerde volgorde wordt bewerkt, kan elke afzonderlijke snede doorstaan en toch een afmeting opleveren die afwijkt. Daarom plannen ervaren CNC-bewerkingsgroepen de volgorde al voordat ze de machine aanraken. Ruw bewerken verwijdert het grootste deel van het materiaal. Halfafwerken brengt het onderdeel dicht bij de nominale afmeting. Afwerken zorgt voor nauwkeurige toleranties. Boren en taps maken van gaten in de behuizing gebeuren vaak na de hoofdzakelijke uitsparingen, zodat het onderdeel niet wordt verzwakt voordat de gaten zijn aangebracht. De volgorde is niet spectaculair, maar bepaalt wel of de behuizing van stuk tot stuk consistent is.

De spanvorzel bepaalt meer dan de spindel

Machine specificaties krijgen veel aandacht, maar de spanvor­ming is waar de meeste dimensionele problemen beginnen. Een kast is geen eenvoudige kubus. Deze heeft gebogen flanken, onderzijden van de oren en een zitvlak voor de kastbodem, die allemaal moeten worden vastgehouden zonder het onderdeel te vervormen. Een spanvor­ming die te hard grijpt, kan de kast uit zijn vorm duwen; het onderdeel veert daarna terug na het frezen, waardoor de afmeting afwijkt, ook al was het gereedschaps­pad correct.

Een gedesensibiliseerd voorbeeld van een kastfrese­proces: bij een partij roestvrijstalen kasten verschoof de positie van de oorgaten geleidelijk naar de bovengrens tijdens een langere cyclus. Het freesgereedschap was niet versleten en het gereedschaps­pad was ongewijzigd. De spanvor­ming had tijdens de cyclus kleine ongelijkmatigheden (runout) ontwikkeld, wat de manier waarop het onderdeel tussen de bewerkingen werd geplaatst veranderde. De oplossing bestond uit een controle van de spanvor­ming, een hercentrering voorafgaand aan de cyclus en periodieke controle met een meetinstrument tijdens het proces. De spindel was nooit het probleem. De spanvor­ming wel.

Gereedschaps­pad en wanddikte bepalen hoe een kast aanvoelt

Een horlogeluis heeft op sommige plaatsen dunne wanden en op andere plaatsen dikker gedeeltes. Het gereedschapspad moet dat verschil in acht nemen. Een zware snede op een dunne wand kan het onderdeel doen afbuigen, en die afbuiging komt later tot stand als een golfvormig oppervlak of een afmeting die buiten de tolerantie valt. Een lichtere snede duurt langer, maar houdt de wanddikte nauwkeuriger in stand. De keuze draait niet om snelheid, maar om hoeveel het onderdeel tijdens de snede beweegt.

Hoekradii zijn een andere gereedschapspadbeslissing. Een scherpe inwendige hoek vereist een klein gereedschap, en een klein gereedschap buigt gemakkelijker af. Een grotere radius laat het gereedschap stabielere draaien, maar verandert het uiterlijk van het huisje. Het ontwerp en het gereedschapspad moeten met elkaar overeenkomen. Als dat niet het geval is, moet het freessteam ofwel een nabewerkingspas toevoegen om de hoek te corrigeren, ofwel een functie accepteren die anders leest dan op de tekening.

Toleranties die op een huisje van belang zijn

Niet elke afmeting van een kast verdient dezelfde aandacht. Sommige kenmerken bepalen hoe de kast past bij andere onderdelen en vereisen daarom strakke toleranties. Andere zijn puur cosmetisch en kunnen een bredere tolerantie verdragen. Algemene toleranties in chronometerindieningspecificaties liggen rond ±100 μm, terwijl kritieke pasvormen vaak worden gehandhaafd op ±0,05 mm of strakker.

De tabel is geen rangschikking. Hij toont waarom een behuizingsontwerp de pasvormen die de functie bepalen, moet scheiden van de oppervlakken die het uiterlijk bepalen. Een behuizing die de kritieke pasvormen in acht neemt, maar een iets ruimere cosmetische tolerantie heeft, is meestal een beter onderdeel dan een behuizing die het uiterlijk wel in acht neemt, maar afwijkt op de pasvormen.

Oppervlakteafwerking begint bij het snijgereedschap, niet bij de polijstschijf

Poleerwerk kan een behuizing duur doen lijken, maar het kan geen oppervlak herstellen dat door de frees ongelijkmatig is gebleven. Een gepolijste flank weerspiegelt licht, en die weerkaatsing versterkt elke afwijking eronder. Een gereedschapsaanduiding van een ruwfreesslag, een lichte vlakke plek door een spanvorning of een trilspoor door een instabiele snede kunnen allemaal onzichtbaar blijven onder een geborstelde afwerking, maar zichtbaar worden onder een gepolijste afwerking. Het afwerkteam kan sommige van deze tekortkomingen verwijderen, maar dat verwijderen verandert de vormgeving, waardoor de dimensionele controle opnieuw moet worden uitgevoerd.

Daarom plannen CNC-freesgroepen de oppervlakteafwerking in het gereedschapspad, niet alleen in de polijstfase. Een half-afwerkpassage die een consistente ‘scallop height’ (golfhoogte) achterlaat, geeft de polijster een voorspelbaar uitgangspunt. Een afwerkpassage bij een stabiele voedingssnelheid veroorzaakt minder trilsporen. De polijstfase blijft belangrijk, maar werkt beter wanneer de frees zijn deel van het werk heeft gedaan.

Inspectiepunten die in elke CNC-behuizingproductierun thuishoren

Een CNC-geval moet op meer dan één punt worden geïnspecteerd. Bij de inkomende inspectie worden de afmetingen van het ruwdeel, de materiaalsoort en de toestand gecontroleerd. Tijdens de procesinspectie wordt afwijking opgemerkt terwijl het onderdeel nog kan worden gecorrigeerd. De uitgaande inspectie bevestigt dat het afgewerkte geval voldoet aan de tekening en aan de esthetische norm. Het samenvoegen van deze inspecties tot één eindcontrole verhoogt het risico op onopgemerkte fouten.

1. Inkomend: materiaalcertificering, afmetingen van het ruwdeel, hardheid of toestand.

2. Tijdens het proces: kritieke afmetingen na bewerking, wanddikte, positie van gaten.

3. Uitgaand: definitieve afmetingen, schroefdraadmeting, visuele controle onder gecontroleerd licht.

Bij CNC-bewerking verdient de ‘in-process’-fase de meeste aandacht. Een afmeting die tijdens het frezen afwijkt, kan worden gecorrigeerd voordat wordt gepolijst. Een wand die iets te dun is, kan worden opgemerkt voordat het horlogekastje is afgewerkt. Kleine en grote series moeten dezelfde inspectiediscipline volgen. Kleine series hebben een hogere stukprijs omdat de instel- en gereedschapskosten over minder onderdelen worden verdeeld. Dat is een prijsverschil, geen verschil in kwaliteitsniveau.

Burriva werkt op componentniveau aan wijzerplaten, kastjes, armbanden en gespen; productie van horlogekastjes omvat CNC-frezen, stansen, geautomatiseerd polijsten, dimensionele inspectie en meerdere inspectierondes tijdens de inkomende, ‘in-process’- en uitgaande fasen. Gescheiden werkstromen en toegangsbeheer voor CAD-bestanden zorgen ervoor dat ontwerpbestanden per functierol worden gespecificeerd. Merken die een CNC-horlogekastproject willen starten, kunnen het team contacteren om kastspecificaties, tolerantie-eisen en inspectiepunten te bespreken.