Martin Persevall Akademin för Innovation, Design och Teknik. Träbearbetning. PM, produktutveckling. (KPP039: Produktutveckling 3)

Transkript

1 Martin Persevall Akademin för Innovation, Design och Teknik Träbearbetning PM, produktutveckling (KPP039: Produktutveckling 3)

2 Abstract/Sammanfattning Denna studie beskriver olika delar i träbearbetning. Delar som tas upp är olika faktorer i trä som påverkar hållfasthet och arbetarvänlighet. Olika träslag med dess egenskaper. En rad olika bearbetningsmetoder och verktyg. 2(13)

3 Innehåll 1. INLEDNING SYFTE OCH MÅL AVGRÄNSNINGAR DEFINITIONER... 4 FUKTKVOT... 4 TEMPERATUR... 4 DENSITET HUVUDDEL 1 TRÄ HUVUDDEL 2 VERKTYG... 5 VERKTYGSMATERIAL HUVUDDEL 3 BEARBETNING... 6 BANDSÅGNING... 6 RAMSÅGNING... 6 CIRKELSÅGNING... 7 KEDJESÅGNING... 7 HYLNING... 8 BORRNING, STÄMNING OCH ÖVERFRÄSNING... 9 SVARVNING... 9 SLIPNING... 9 KNIVSKÄRNING LASERBEARBETNING (13. BILAGOR) (13)

4 1. Inledning Detta arbete kommer att beskriva olika moment inom träbearbetning. Faktorer hos trä som är kritiska att ha kunskap om då trä ska arbetas med. 2. Syfte och mål Målet med PMet är att ge en ökad kunskap i ämnet, träbearbetning för framtida ändamål. Då trä är ett viktigt och vanligt material är det av högvikt att ha kunskap om det. 4. Avgränsningar I brist på litteratur om ämnet består PMet av endast en tryckt källa. Då varje bearbetningsteknik innehåller avancerade uträkningar och formler kommer detta inte tas upp då det blir för omfattande för denna studie. Men jag upplyser om att detta finns i den tryckta källan som används. Listan på träslag är kopierad från wikipedia och ligger i bilagor för att inte inkluderas i arbetet. Innehållet på listan med träslag anser jag vara viktigt och bör finnas med. 5. Definitioner För att förstå innehållet i de kommande huvuddelarna behöver läsaren ha förståelse för vissa termer. Dessa beskrivs här nedan. Hållfastheten som nämns i detta kapitel är generell för drag-, böj-, tryck- och Skärhållfasthet. Fuktkvot Fuktkvoten kan beskrivas som träets fuktighetsskala och mäts i procent. Fibermättnadspunkten ligger på cirka 30 procent beroende på träslag. Fuktkvoten har en stark påverkan på hållfastheten dock påverkas inte hållfastheten över 30 procent. Brott hållfastheten är ungefär högst vid 5 procent, detta varierar såklart efter träslag. Temperatur Temperaturen har också en inverkar på hållfastheten, framförallt på två avdelningar: 1. Skärprocessen som genererar värme som påverkar trätemperaturen och hållfastheten 2. Möjligheten att förändra bearbetbarheten i träat går att göra genom temperaturförändringar. Detta kan däremot ge permanenta förändringar i hållfastheten. En viktig aspekt på bearbetbarheten i trät är skillnaden mellan fruset och ickefruset trä då hållfastheten varierar kraftigt i de frusna trät beroende på fuktkvot. Fruset trä har sin maximala hållfasthet vid 0 procent medans icke fruset trä har sin maxpunkt på 5% 4(13)

5 Densitet Densiteten påverkar hållfastheten i trä då högre densitet ger högre hållfasthet. Detta är markant för Drag- och böjhållfasthet. 6. Huvuddel 1 Trä Trä är ett anisotropt material vilket menas med att materialet anatomisk uppbyggnad och hållfasthetsegenskaper är olika i olika riktningar. En enklare förklaring är att träets egenskaper är olika i de olika fiberriktningarna som trät har. Som tidigare nämnts ändras träets egenskaper med olika faktorer som fuktkvot, temperatur och densitet. En lista på träslag med egenskaper bifogas i bilagor. 7. Huvuddel 2 Verktyg Ordet verktygs betydelse är redskap för att bearbeta material. Detta kapitel kommer att ta upp olika verktygsmaterial och olika verktyg för träbearbetning. Verktygsmaterial Grunden till ett verktyg är att materialet ska vara hårdare än det materialet som ska bearbetas. Hårdhet är dock inte den ända aspekten för ett bra verktyg. Ett verktygsmaterial får till exempel inte vara för sprött. Ett bra verktygsmaterial ska ha följande egenskaper: 1. Hög hårdhet 2. God seghet 3. God slipbarhet 4. God nötningsbeständighet 5. God stukbarhet 6. God temperaturhärdighet 7. Lågt pris I verkligheten så kan inte ett material inneha alla dessa egenskaper. Oftast är det priset som skjuter iväg då alla andra egenskaper är utmärkta. Därför är det klokt att kompromissa med väl valda egenskaper. Följande material är de vanligaste i verktygsmaterial 1. Kolstål används främst till sågklingor, bandsågband, ramsågblad och handverktyg 2. Snabbstål används främst till kuttrar och fräsar 3. Stellit används främst till tänder till cirkelsågar och bandsågband 4. Hårdmetall används främst till cirkelsågklingor samt kuttrar och fräsar 5. Diamant används främst till cirkelsågklingor och fräsar 5(13)

6 8. Huvuddel 3 Bearbetning Nästan all träbearbetning såg ut på frånskiljning av material. Alla bearbetningsmetoder som tas upp i följande rubriker består av frånskiljningsmetoder. Dock går det självklart att tillforma trä, det flesta tillformningsmetoder går ut på upphettning och ökad fuktkvot. Men som tidigare nämnts kan hållfastheten ändras permanent vid dessa moment och bör undvikas om möjligt. Bandsågning Grundidén med band sågning är simpel. Ett band med tänder på en sida som sätts över 2 hjul varav ett som är det drivande. Resultatet är en ändlös och kontinuerlig sågning. Tekniken används i nästan all träverkstadsindustri på alla nivåer. Tekniken är bra att tillämpa för klyvning av timer samt mindre modeller för bra mönstersågning med små radier. En viktig fråga i denna teknik är hur spänningen i bandet påverkar sågningen och stabiliteten. Ramsågning Ramsågen är den äldsta av alla sågmaskinen, den kom redan på talet. Ramsågen fungerar på så vis att ramsågningsbladen går i en rätlinjig rörelse fram och tillbaka där tillbaka rörelsen enbart tar bladen tillbaka i ursprungsposition utan att såga. Rörelsen liknar den som en kolv rör sig i en explosionsmotor. Ramsågningens huvudsakliga användningsområde är klyvning av färskt timmer. Bildexempel finnes överst på nästa sida. 6(13)

7 Cirkelsågning Den mest använda sågmaskinen, av träbearbetning, av alla är cirkelsågen. Cirkelsågen används både till råklyvning och torrklyvning. Också till alla kapningar och spårsågningarna. Detta är den enklaste av alla sågmaskiner. Tekniken bygger på en roterande axel varpå en klinga, tandad cirkel, samt en motor som driver axeln. Sågen kan både användas för hand och fastsatt i stativ(som bilden visar). Även här finns begränsningar i frågorna om spänning och stabiliteten klingorna. Kedjesågning Kedjesågning rör sig om de välkända motorsågarna, först introducerade i Nordamerika under 1915-talet. I Sverige används dessa sågar enbart för kapning främst inom skogsbruket. I andra delar av världen även kedjesågning till klyvning av övergrovt timmer. 7(13)

8 Kedjesågen består av 3 huvuddelar; sågkedja, svärd och drivpaket. Kedjan löper i spår längs svärdet. Kedjan drivs av ett drivhjul i änden vid drivpaketet. Kedjans karaktär kan variera, alla kedjor kan likna en vanlig cykelkedja fast med tänder i länkarna. Hylning Hyvling kan utföras både med roterande och icke roterande verktyg. Hyvling är ett begrepp som menas med att plana profilerade ytor. Maskinhyvling, också kallad planhyvel, går till på följande sätt att arbetstycket matas in med ett verktyg som består av en rotationskropp med ett antal verktygseggar. Verktygseggarna avlägsnar sedan enskilda spån för varje ingrepp. Detta kan ge i medmatning och motmatning. Motmatning är den vanligaste typen av de båda. 8(13)

9 Borrning, stämning och överfräsning Borrning är en vanlig bearbetning i träindustrin. Hål behövs för olika typer av förband, även borttagning av ojämnheter som kvistar görs med borrning. Stämning görs då man ska göra fyrkantiga eller avlånga hål. Dessa kan göras med följande maskiner; borrstämmaskin, mejselstämmaskin, kedjestämmaskin och långhålsborr. Överfräsning kan ske i tre riktningar. En spindel bearbetar arbetstycket ovanifrån i mycket höga varvtal. Moderna fräsmaskiner kan programmeras att fräsa ut mönster samt detaljer för modeller samt modellbygge. Svarvning Svarvning är som vanligast i möbelindustrin. I svarning sätts arbetsstycket fast på en roterande axel vilket gör att arbetsstycket roterar. Arbetsstycket bearbetas sedan med olika skärverktyg för lämplig frånskiljning till den önskade formen. Konstruktionen är väldigt simpel då en motor driver den axel som arbetstycket spänns fast vid. Vid behov kan den andra änden också spännas fast, detta beroende på vad som ska bearbetas. Slipning Slipning är oftast den sista bearbetningen. Slipning är en typ av ytbehandling som gör ytan jämn och slät. Slipning av trä kan delas in i tre huvudgrupper: 1. Tvingad bearbetning den snabbast och billigaste behandlingen, kallas också för grovslipning. 2. Utjämnande bearbetning, här ska formfel tas bort samt ytförbättring. Kallas också för mellanslipning. 3. Kopierande slipning Endast ytförbättring görs. Kallas också finslipning. 9(13)

10 Vid träslipning finns det viktiga faktorer som påverkar resultatet: 1. Slipverktyget utförningsform, kornstorlek. 2. Arbetstycke träslag, geometri, form och yta. 3. Slipmaskin typ, kapacitet, kondition. 4. Kontaktelement Hårdhet och kondition. Knivskärning En fördel med knivskärning vid kapning är att bearbetningsverktygen kan utföras med enkla och robusta verktyg jämfört med andra bearbetningsmetoder. Då virket behöver ha en fuktkvot på över 40 procent och måste torkas efteråt kommer konsekvensen oftast att det bearbetade styckets ytor behöver slipas för att ta bort fiberresningarna som uppstått. Laserbearbetning Sedan de första lasrarna kom i mitten av 60-talet har lasertekniken utvecklats mycket snabbt. Idag används lasern inom många olika tillverknings- och bearbetningsområden. På senare år har lasern tagit sig till träindustrin för sina egenskaper. Egenskaper som: 1. Tunt snitt, många tiodels mm. 2. Inget verktygsslitage. 3. Kan skära komplicerade mönster. 4. Kan skära räta vinklar. 5. Låg ljudnivå 6. Påverkar ej arbetstycket med några belastningskrafter 7. Väl anpassad för CNC-styrning. Det har dock visat sig att bearbetning med laser i trä kräver relativt höga effekter. Eftersom lasern fortfarande utvecklas kan bara framtiden visa hur mycket lasertekniken kan ta över de gamla mekaniska teknikerna 10(13)

11 Källhänvisning Tryckta Källor: Anders Grönlund, Träbearbetning, 2004 Internet: Träslag Bilagor 1. Lista på träslag med egenskaper. Listan kopierad från wikipedia då inte ändringar ansåg vara möjliga, men innehållet ansåg vara viktigt för arbetet. Därav ligger det i bilagor. Träslag Färg medeldensitet kg/m3 vid 15% RH och 25 C (ca 5% fuktkvot) Egenskaper Användning Al (Klibbal) gulaktig 540 kg/m3 mjukt trä bastuinredning, möbelträ Träslag Färg medeldensitet kg/m3 vid 15% RH och 25 C (ca 5% fuktkvot) Egenskaper Användning Gran gulvit Innehåller harts 460 kg/m3 medelhårt, elastiskt konstruktionsvirke, master, rundhult, emballage, stråkinstrument (lock) Fågelbär röd-brun 600 kg/m3 hårt Möbler, faner Sitkagra n Valnöt i färg att likna med svensk gran brunt till mörkbru nt lätt virke 450 kg/m3 mjukt elastiskt trä master och rundhult musikinstrument medeltungt 550 kg/m3 medelhårt Möbler, faner, kolvar Ask (träd) Furu ljusvit till gul, kärnan mot brunt gulaktig t, kärnan mörkare tungt 680 kg/m3 hårt och segt möbler, inredningar, faner, golv. 520 kg/m3 medelhårt och kådrikt Möbler, faner, inredningar, fönster, konstruktionsvirke, båtvirke 11(13)

12 Afrikans k Mahogn y rödbrunt 600 kg/m3 medel till hårt trä Möbler, inredning, faner, båtvirke. Teak brun, nybearb etad brungrön Innehåller kiselsyra 675 kg/m3 hårt fett trä, svårt att limma Möbler, faner, inredning, båtvirke Bok vit eller rödbok tungt 725 kg/m3 mycket hårt och segt Möbler, golv, inredningar, glasspinnar Balsa ljusgul mycket lätt; runt 140 kg/m³ mycket mjukt modeller Björk gulvit 650 kg/m3. Masurbjörk är en vacker, dyrare och eftertraktad variant av björk tämligen hårt och segt Möbler, faner, golvträ, plywood Lind ljusgul 500 kg/m3 mjukt skulpturer, sniderier Lönn gulaktig 600 kg/m3 hårt Möbler, faner, stråkinstrument (hals, sargar, botten och stall) Asp vitaktig medeltungt 400 kg/m3 mjukt bastu, tändstickor, blindträ Avenbok gråvit, marmorl ik mycket tungt kg/m3 hårt industrigolv, vedeldning Alm gul nyans tungt 690kg/m3 hårt, svårbearbetat med handverktyg. faner, möbler, båtvirke. Ek gul brun tungt, 750 kg/m3 hårt Möbler, faner, golv, utomhussnickerier, båtvirke En gulaktig t 700 kg/m3 hårt och segt, speciell lukt slöjd, gärdesgårdar Lärk gulaktig t medeltungt 580 kg/m3 medelhårt, rik på harts utomhussnickerier, båtvirke, master 12(13)

13 Amerika nsk Mahogn y Cederträ d mörkbru n till rödbrun brun-röd till gulaktig tungt 680 kg/m3 medel till hårt trä Möbler, faner, båtvirke 450 kg m3 medel hårt utomhusfasader, båtvirke, inredningar Douglas gran gulvit, liknar furu medeltungt 580 kg/m3 medelhårt lätt att bearbeta Möbler, faner, båtvirke 13(13)