P R O D U K T I O N S T E K N I K, M U N T L I G T E N TA M E N 8 / 9 9 9 Produktionsframtagningskedjan Verkstadsteknisk mätteknink Plastisk bearbetning Klippande bearbetning Spånskärande bearbetning Övriga bearbetningsmetoder PRODUKTIONSFRAMTAGNINGSKEDJAN Produktionsframtagningskedja: alla aktiviteter som ingår från idé till färdig produkt. Ingående faser: - Konstruktionsfas: idé färdig konstruktionsritning (CAD). - Processberedningsfas: lämpliga metoder och utrustning väljs. - Operationsberedningsfas: operationerna bereds m a p tillgängliga tillverkningsmaskiner. - Tillverkningsfas: ämnet formges i bearbetningsfasen, sedan monteras de olika detaljerna till färdig produkt. Hur går tillverkning till i ett företag? - Lagerproduktion: tillverkningen baseras på en prognos om förväntad försäljning (serie-, kontinuerlig tillverkning). - Kundorderstyrd produktion: tillverkningen startar efter beställning från en kund (stycktillverkning). VERKSTADSTEKNISK MÄTTEKNIK INLEDNING Metrologi: läran om mätningar. Den verkstadstekniska produktionen är baserad på krav som utgörs av mått på dimensioner, form- och lägestoleranser, ytjämnhet mm. DEFINITIONER absolut mätfel: mätvärde minus mätstorhetens sanna värde. relativt fel: kvoten av det absoluta mätfelet och mätstorhetens sanna värde kalibrering: en följd av åtgärder som fastställer sambandet mellan ett mätinstruments och motsvarande kända värden på en mätstorhet.
mätdon: anordning avsedd att, ensam eller i kombination av annan utrustning, användas för mätning. normal: mätdon avsedd att definiera storhetsvärden som skall kunna överföras till andra mätinstrument genom jämförelse. spårbarhet: egenskap hos ett mätresultat som innebär att detta kan relateras till lämpliga normaler via en obruten följd av jämförelser. repeterbarhet: grad av överensstämmelse mellan resultaten av successiva mätningar på samma mätobjekt, erhållna under följande betingelser: samma mätmetod, samma mätinstrument, samma plats... reproducerbarhet: grad av överensstämmelse mellan resultaten av successiva mätningar på samma mätobjekt, vilka utförts med ändring av betingelser som: mätmetod, observatör, mätinstrument, plats. Mät- och kontrolloperationer - Mätning serie åtgärder för att bestämma ett storhetsvärde. - Tolkning med ett fast mätdon fastställa om ett arbetsstycke uppfyller givna krav. - Gränsindikering med givare eller signalanordning fastställa om ett arbetsstycke uppfyller givna krav eller ej. - Okulär kontroll kan avse färg, ytfel etc. MÄTFALL Mätning av frånvända ytor (ex. utvändiga avståndsmått och diametermått). Mätning av motvända ytor (ex. invändiga avståndsmått och diametermått). Mätning av likvändiga ytor (ex. avstånd mellan ansatser och djup- eller höjdmått). Mätning av avstånd mellan centrumlinjer eller deras avstånd till kantyta (ex. läge av hål och axlar). Mätning av vinklar mellan mot- och frånvända ytor. TOLERANSER OCH PASSNINGAR Toleransområde: med lämpliga tillverknings- och mätmetoder kan felen innestängas inom snäva gränser. Ett toleranssystem är standardiserat enligt ISO (hål: stora bokstäver, axlar: små bokstäver). Toleranssystem Toleranser anges med ett basmått och tillhörande gränsavmått. Basavmåttet är det referensmått till vilken tolerans och avmått hänförs. Gränsavmått: övre resp. undre tillåtet mått. Toleransvidd: summan av det övre och undre gränsavmåttet. Passningssystem När flera toleranssatta mått ska samverka i en konstruktion använder man sig utav en passning. Dessa kan ha olika karaktärer så som grepp-, mellan- eller spelpassning. Passning: skillnaden mellan två mått på två delar som ska monteras ihop. Spelpassning: skillnaden mellan ett håls och en axels mått när denna skillnad är positiv. Greppassning: ger ett negativt spel. Mellanpassning: ger antingen spel eller grepp. FORM- OCH LÄGESTOLERANSER Formtolerans: anger inom vilket område man tillåter en linje eller ytas form att variera.
Lägestolerans: anger inom vilket område man tillåter läget hos en punkt, linje, yta eller symmetriplan att variera. Riktningstolerans: anger det område inom vilket en linjes, ytas eller symmetriplansriktning tillåts variera i förhållande till en referens. Kasttolerans: anger det område inom vilket en linje eller yta tillåts variera vid rotation omkring en referens. FYSIKALISKA MÄTBETINGELSER Temperatur, luftfuktighet och lufttryck är fysikaliska faktorer som kan inverka på mätningens resultat. I ett konstantrum hålls dessa fysikaliska betingelser konstant! Mätfel och mätorsaker Resultatet av en mätning är beroende av följande faktorer: - Mätoperatören - Mätdonet - Mätobjektet - Mätmiljön Felen kan antingen vara systematiska fel eller tillfälliga fel. De systematiska felen kan förutses och korrigeras. Tre typer av systematiska fel kan urskiljas: mätdonsfel, temperaturfel och mätkraftfel. För att kunna uttala sig om storlek av tillfälliga fel behövs statistiskt dataunderlag i form av upprepande mätnigar. Då kan medelvärdet och spridningen av mätningarna bestämmas. Aritmetiskt medelvärde: summan av ett antal värden dividerade med antalet värden. Standardavvikelse: mått på spridningen hos mätvärdena i en serie omkring det aritmetiska medelvärdet. MÄTMETODER - Direkt mätmetod mätstorhetens värde erhålles direkt. - Indirekt mätmetod mätstorhetens värde får genom mätning av andra storheter med kända samband (ex. passbit). Mallning: vid tolkning med mallar används färgmärkning för att få arbetsstycket att överensstämma med mallen. Olika skikt: hand-, fotogen-imma, blåfärg. olika typer av mallning: ljustät mallning och mätning med ljusinterferens. MÄTDON Abbes komparatorprincip: Instrumentet för längdmätning ska konstrueras så, att sträckan som mäts är den rätlinjiga fortsättningen på längdskalan. Taylors princip för fasta mätdon: - På gåsidan ska tolken kontrollera alla ifrågavarande mått samtidigt. - På stoppsidan ska tolken så långt som möjligt kontrollera alla ifrågandevarande mått var för sig. Mätdon indelas i: fasta mätdon, visande mätdon och övriga mätdon. FASTA MÄTDON Passbitar: avsedda för jämförelse av känsliga mått. Passbitarna, parallellepipediska stålbitar, kan kombineras ihop genom att de häftar vid varandra.
Toleranstolkar: består av gåtolk (kontrollerar mått på bearbetningssidan) och stopptolk (kontrollerar mått på kasseringssidan). VISANDE MÄTDON Skjutmått: ett universellt mätdon användbart både för mätning avmot- och frånvända mått. Mikrometer: mäter längder genom jämförelse med stigningen hos mätskruven. Längdindikatorer: visande mätdon för direkt mätning, monteras på ett mätstativ. Mätklockor är längdindikatorer där mätkolvens rörelse överförs via en kuggväxel till en visare, som förflyttar sig framför en skala. Mikrokatorn är en annan längdindikator som har en utväxlingsprincip som baseras på kugg- och hävarmsutväxlig. Utväxlingen ådstakommes genom ett vridet metallband, där visaren (på mittpunkten) är fäst. Vid mätningen sträcks bandet, vilket gör att mittpunkten kommer vridas och därmed visaren ändra sitt läge. ÖVRIGA FASTA MÄTDON Gränslägesindikatorer: ger besked om huruvida ett storhetsvärde ligger inom föreskrivna gränser. Signalfunktionen sker med sk. elektriska gränsindikatorer som ett komplement till andra mätdon (ex gå- och stopptolken). Koordinatmätmaskin: avser uppmätning av detaljer i tre koordinater. MÄTNING AV YTJÄMNHET Utöver avvikelser i form och läge kan en yta ha en geometrisk avvikelse. Denna avvikelse kan gälla ytavvikelse, t ex vågighet, ytjämnhet och lokala ytdefekter. Ytavvikelse Ytavvikelser är variationer i ytornas utsträckning i höjdled. Vågighet: variationer i ytornas utsträckning i höjdled, periodiska variationer hos ytorna. Ytjämnhet: en ytavvikelse som resultat av en ytbearbetning som gjorts på ytan (beroende på bearbetningsoperation). YTJÄMNHETSKRITERIER Referenslängd: del av referenslängden som används för att identifiera de avvikelser som karakteriserar ytjämnheten. Motsvaras av cut-offlängd på mätinstrumentet. Aritmetiska ytavvikelsen, R a : medelvärdet av de absoluta värdena av profilkurvans avvikelser från medellinjen, m Maxhöjd, R y : höjdskillnaden mellan den högsta toppen och lägsta dalen i profildiagrammet, mätt i vertikalled inom referenslängden. Bärighet: förhållande mellan profilens bärighetslängd (= summan av snittlängderna)och referenslinjen. MÄTDON FÖR YTJÄMNHET. Ytnormal: en mall vid kontroll av ytjämnhetskriterierna. Genom att skrapa med pekfingret på provytan och normalen kan man avgöra om ytorna skiljer sig åt. Snittmetod: innefattar alla metoder då man analyserar en profilkurva (optiskt, mekaniskt).
PLASTISK BEARBETNING INLEDNING Då en metallisk kropp utsätts för yttre krafter reagerar den med en yttre formändring, inre deformationer och spänningar. Elasticitet: Egenskap hos material, bestående i sådan formändring som inträffar vid krafternas anbrigande och som snabbt återgår snabbt och fullständigt när krafterna tas bort. Plasticitet: Egenskap hos ett material, att under inverkan av krafter genomgå sådan formändring att denna kvarstår efter att kraften avlägsnats. SPÄNNINGSTILLSTÅND Plastisk flytning inträder då spänningens storlek antar ett bestämt värde, kallat flytgränsen, vilket betecknas σ S. Materialet är elastiskt då σ ε < σ S. (σ ε = effektivspänning) FLYTLAGAR Deformationsändringar kan defineras entydigt genom att referera geometriändringen hos ett volymelement på dess momentana geometri (= konstant volym). FORMÄNDRING Då krafter och spänningar påverkar en kropp, ändrar denna sin form. Man talar om elastisk- och plastiskformgivning. Den totala formändringen tecknas som summan av den elastiska och plastiska formändringen. Plant deformationstillstånd Om man kan ett rätvinkligt koordinatsystem så, att inga deformationer förekommer i en koordinatriktning, kallas deformationstillståndet plant (ex. bredbandsvalsning). Axialsymmetriskt deformationstillstånd I det cylindriska koordinatsystemet (r,θ,z) är deformationstillståndet axialsymmetriskt om deformationerna är oberoende av θ (ex. tråddragning). Formändringshastighet Formändringen hos materialet, till följd av krafterna som utsätts på den, kan relateras till ursprungsgeometrin (=linjär deformation, e) eller momentangeometrin (=logaritmisk deformation, ε). Stationär formändring: formändringen är tidsoberoende. Instationär formändring: formändringen är tidsberoende. Formändringsarbete I det yttre formändringsarbetet innehåller bidrag från friktionen i stukytan samt den inre skjuvningen. Om man bortser från dessa bidrag och endast tar med materialets egenmotstånd får man det inre formändringsmotståndet K f. Friktionskraften och inverkan av smörjmedel. Smörjmedlets egenskaper och funktion: - reducerar friktion ökad formfyllnad - isolerande egenskaper - vätande egenskaper jämnare friktion och materialflöde - miljövänligt inga giftiga gaser Beräkning av formändringkrafter och arbete.
En lösning av ett allmänt plastiskt deformationsproblem kräver lösningar för: - Statisk jämvikt - Flytvillkor - Flytlag (=konstant volym) Arbetsmetoden: för att bedöma erforderliga maskinprestanda behöver man känna till den maximala kraften som krävs för att genomföra formändringen samt det totala energibehovet. Medelpresstrycket på deformationsytan beräknas. Snittmetoden: för att beräkna de verktyg som är man intresserad av att känna till de lokala påkänningar som uppträder mellan arbetsmaterial och verktyg. Detta beräknas m h a kraftjämvikt på ett volymelement. Glidlinjelösning: spänningarnas storlek bestäms vid plana spännings- och töjningstillstånd. Övregränslastmetoden: om man kan finna en tillåtbar hastighetsfördelning så har man ett övre värde på arbetet. METALLERS EGENSKAPER VID PLASTISK DEFORMATION En förutsättning för att man ska kunna använda plastisk bearbetning är att materialet har tillräcklig formändringsförmåga. Materialets motstånd mot formgivning är beroende bl. a. av kristallisk uppbyggnad, temperatur och olika typer av värmebehandlingar. Det finns två olika sorters plastiska bearbetningsmetoder. Bearbetning över- (varmbearbetning) resp. under (kallbearbetning) kristallisationstemperaturen. Vid plastisk deformation sker gligning i de sk. glidplanen. De material som har den mest tätpackade gitterstrukturen (=dessa tjänstgör som glidplan) passar bäst vid plastisk bearbetning. Polykristallina material tål mindre än enkristaller (p g a dislokationsrörelser som sker i korngränserna). METODER FÖR ATT BESTÄMMA FLYTKURVAN Dragprov En jämntjock stång belastas med en rent axiell dragkraft. M h a dragprovet upptecknas en kraft-vägkurva. - Användbar vid enkla beräkningar då töjningarna är små, inom det elastiska området. - Kurvan visar inte den verkliga spänningen i stavens tvärsnitt, eftersom stavens area hela tiden minskar under dragprovet. Även töjningen visar ett felaktig resultat. Teknisk spänning: kraften divideras med den ursprungliga tvärsnittsarean. Linjär töjning: längdändringen divideras med den ursprungliga längden. Sann spänning: kraften divideras med den momentan tvärsnittsarean. Sann töjning: summan av längdändringen divideras med den momentana längden. Plant stukprov En cylindrisk kuts stukas mellan två plana ytor. - Friktionen mellan verktyg och arbetsstycke för att kutsen blir ostformad. - Inhomogen deformation - Ojämn temperaturfördelning. Plant kompressionsprov En plåt stukas mellan två planparallella och välsmorda backar.
- Brottet uppkommer vid måttliga deformationer. INVERKAN AV DEFORMATIONSHASTIGHET - En höjning av bearbetningshastigheten ökar krafterna. - En temperaturhöjning sänker deformationsmotståndet. Något om fel i kristallstrukturens periodicitet. Interstitiella fel: mellanrumsfel. Dislokation: linjefel (nedsätter ett materials hållfasthet). Korngräns: ytfel på kristallens yta. SPECIELLA EGENSKAPER HOS KOLSTÅL Vid plastisk deformation uppvisar kolstålet en förhöjd sträckgräns och sträckgränsområde. Blåskörhetsområde: ett temperaturintervall som uppvisar sänkt deformerbarhet. Förklaringen är växelverkan mellan dislokationer och interstitialer. En dislokation bidrar till ökade inre spänningar. Dessa spänningar reduceras då främmande atomer anlagras kring dislokationerna. Cotrell-atmosfärer: effekten av interstitialer i form av kol- och kväveatomer. Dessa ansamlas p g a sin snabba diffusion kring dislokationer. Luderska band: följden av Cotrell-atmosfärer, då den fortsatta töjningen bidrar till att dislokationer lossnar. Åldring: ett åldrande kolstål har en K f kurva som är tidsberoende på så sätt att en tids lagring ger stålet ett ökat K f värde. Åldringen beror på att de i samband med deformationen övergivna interstitialerna diffunderat och hunnit låsa nya dislokationer, efter en lång tid. BEARBETBARHET KALLBEARBETNING Vid kallbearbetning stiger deformationsmotsåndet med deformationsgraden och samtidigt utnyttjas materialets plasticitet. En alltför långt driven plastisk bearbetning gör att brottgränsen överskrids och brott inträffar. Om man vill driva formändringen längre än materialet tål kan man kristallisera materialet vid lämplig temperatur. Materialet återförs då till ursprungstillståndet. Bearbetningen ger en liten kornstorlek. VARMBEARBETNING Materialet bearbetas över rekristallisationstemperaturen. Rekristallisationsbetingelserna påverkas av materialets deformationsgrad och ju kraftigare deformationen blir, desto lägre temperatur fordras för att materialet ska kristallisera. TEMPERATURSTEGRING VID BEARBETNING Vid deformationen uträttas ett arbete som åtgår till elektrisk energi lagrad i arbetsstycket. Resten åtgår som friktionsarbete värme. Vid låg deformationshastighet leds värmen bort, isotermt förlopp. Vid hög deformationshastighet sker ett adiabatiskt förlopp. INVERKAN AV HYDROSTATISKT TRYCK Materialets plasticitet (=deformationsmotstånd) ökar under inverkan av hydrostatiskt tryck. SUPERPLASTICITET Metaller kan anta tillstånd, då de tillåter mycket stora deformationer utan att brista.
Fastransformationssuperplasticitet: materialet bearbetas vid en temperatur kring en fasomvandlingspunkt. - Mikrokornsuperplasticitet: ett ämne (legering) med en mycket finkornig struktur värms och kan då deformeras mycket långt. TEXTUR OCH ANISTROPI Textur: en likriktnig av kristallkornen i ett material. Anisotropi: egenskaperna i ett arbetsstycke varierar, dvs. är riktningsberoende. Textur orsakar anisotropi. PLASTISKA FORMGIVNINGSMETODER Plastiska formningsmetoder indelas i massivformning (valsning, strängpressning, smidning, dragning) och plåtformning (bockning, dragpressning, sträckdragning, djuppressning). VALSNING Ett ämne deformeras (=stukas) mellan två roterande hjul, valsar. När valsarna roterar, dras materialet, genom friktionskraften, in mellan valsarna. Beroende på valsarnas utformning kan de valsade ämnet ges varierande form.duovalsverk: } enkelt duovalsverk (två stycken valsar roterar i en riktning). reversibelt duovalsverk (två stycken valsar roterar i båda rotationsriktningarana).kvartoverk: två arbetsvalsar resp. två stödvalsar. Valsarnas dimension ändras p g a de stora krafterna som utsätts på valsarna, uppvärmning, friktion, och deformationsvärme. Detta gör att valsarna böjs. För att kompensera utböjningen tillverkas valsarna med en välvd yta, sk. bombering. Utgångsmaterialet vid valsning är gjutmaterial. De finns två typer av valsning: varmvalsning (över rekristallisationstemperatur) resp. kallvalsning (under rekristallisationstemperatur). Varmvalsad plåt får fula ytor p g a glödskalbildning, vilket ger dåliga toleranser. Har man krav på plåten bör den kallvalsas. Vid kallvalsning höjs materialets deformationstillstånd. Har reduktionsgraden drivits långt, blir materialet till slut så hårt att valsverket inte orka reducera ytterligare. Materialet rekristalliseras och mmaterialets mjukhet återgår. Glödskal undviks genom att glödgningen sker i en skyddsgas. Behandlingen av av de färdigvalsade produkterna sker genom att ett oxidskikt (glödskal) tas bort genom att betas i syrabad. Efterbehandlingsmetoderna delas upp i: geometripåverkande, ytpåverkande och materialpåverkande. Resultatet av en valsoperation är beroende av olika processparametrar. Felen kan delas upp i materialtekniska (kvarvarande spänningar och anisotropi) och geometriska fel (felaktigt inställda processparametrar. S T R Ä N G P R E S S N I N G är en plastisk formändringsmetod med vilken man framställer stänger, rör eller profiler. Ämnet läggs i en sk. container. En stämpel anbringas anbringas med en kraft baktill med en stor kraft och produkten pressas genom matris. Tvärsnittet hos detaljen bestäms av matrisens öppning. I plastiskt tillstånd kan materialet uppfattas som en formbar deg. Formbarheten beror på material, temperatur, deformationshastighet och hydrostatiskt tryck. Materialen som används är: aluminium, aluminiumlegeringar, koppar och kopparlegeringar.
Direkt strängpressning: materialet rör sig i samma riktning som presstämpeln mot matrismynningen. Friktionskraften är stor i beröringsytan mellan ämne och container. Indirekt strängpressning: matrishållaren med matris verkar som stämpel och pressas mot ämnet. Presskraften blir lägre. Krånglig metod. Hastigheten är förhållandevis hög för att ämnet inte ska hinna kalllna i containern. Fjällbildning är ett problem till en följd av friktionen mot matrisväggarna som gör att den utpressade profilen utsätts för dragspänningar i ytskiktet och tryckspänningar i i centrum. Ytskiktets hållfastighet minskar vid höga temperaturer och resultatet blir ett brott i ytan tvärs pressriktningen. Genom att använda smörjmedel underlättas pressprocessen. Vid strängpressning av hålformade profiler används sk. dorn. Dessa pressas ut genom ämnet och kommer tjänstgöra som verktyg för att skapa innerytan i röret. Arbetsmetoden: medelpresskraften kan bestämmas med känd friktionskoefficient och känd K f kurva. Ekvationen tar inte hänsyn till friktionen mot matrisytan (dödzonen). DRAGNING Dragning är en bearbetningsmetod där tråd-, stång- eller ett rörformatmaterial dras genom en avsmalnad öppning (dragskiva) och får till följd en ändrad tvärsektion. Syftet med dragning är: areareduktion, snävare dimensionstoleranser och ökad hållfasthet. Tråddragning Trådar med runt tvärsnitt (ev. trekant, fyrkant, platt). Ex. på material: stål, koppar, aluminium, bly, tenn och zink. Enkel dragning: Utgångsmaterialet placeras på en avlindningsanordning, sk. haspel. Vid dragning dras tråden genom en enda dragskiva och lindas upp på ett dragblock. Kontinuerlig dragning: Tråden dras i kontinuerligt arbetande dragbänkar. Vid dragning kan följande icke önskvärda egenskaper uppstå: inre sprickor, längsrepor och glödskalsrester. Stångdragning Stänger och profiler dras i särskilda dragbänkar. Rördragning Ett ihåligt ämne av metall dras genom en dragkiva med minska tvärsektion. SMIDNING Med smidning menas en plastisk formningsmetod där metalliska material deformeras genom slag och tryck. Varmsmidning (över rekristallisationstemperatur) Halvvarmsmidning (mellan rumstemp. och rekristallisationstemperatur) Kallsmidning (vid rumstemp.) Smidbarhet: ett materials förmåga att tåla plastisk formändring utan att spricka. Beroende av spänningsskillnaden mellan materialets elasticitetsgräns och brottgräns. Deformationsmotståndet minskar med ökade temperaturer. Smidbarheten är alltså bäst vid höga temperaturer. Finkorniga material tål smidning bättre än grovkorniga. Genom att fibrigheten i materialet följer den smidda detaljens kontur, erhålles en hög hållfasthet. Genom varmsmide kan man: ge materialet önskad form, förbättrade hållfasthetsegenskaper pch åstadkomma metallisk hopfogning. Varmsmide delas upp i
finformsmide (metoden använder sig inte av omslutande verktyg och det innebär att man med slag formar materialet) och sänksmide (materialet hamras ut i en form, det sk. sänket). Andra smidesmetoder: radialsmide, stuksmide och rotationssmide. Stukning: bearbetning i arbetstyckets längdriktning. Räckning: bearbetning i arbetstyckets tvärriktning. PLÅTFORMNING DJUPPRESSNING Djuppressning är ett samlande begrepp på metoder för att genom plastisk formändring forma plåt till föremål med ett visst djup och med i stort sett samma godstjocklek som utgångsmaterialet. Material lämpliga för djuppressning ska uppvisa stor töjbarhet, snäv tolerans, inga inre- eller yttre fel, homogen struktur, ett lågt K f värde och liten benägenhet till åldring. Material för djuppressning: lågkolhaltiga stål, rostfria stål, koppar, mässing och aluminium. DRAGPRESSNING En stämpel pressar ned ett plåtämne genom en dyna. En tillhållare pressar plåten mot dynan för att plåten inte ska veckas i radiella veck. Omformningen kan ske i ett enda steg, dvs. koppning, eller i flera steg beroende på formändringsgrad. Vid dragpressning ökar presskraften med rondelldiametern, D, i ett givet verktyg med given stämpeldiameter, d. Är presskraften för stor kommer plåten i burkväggen att brista. Maximalt dragförhållande: β = D / d. Smörjmedlets uppgift är att bilda en film, som underlättar materialets glidning mot verktyget och samtidigt minskar friktionen. STRÄCKPRESSNING Sträckpressning utförs på ungefär samma sätt som sträckdragning. Skillnaden är att tillhållarkraften är hög och utformad så att plåten inte kan glida över dynan. Genom att materialet är låst vid dynan, kommer det att töjas kraftigt. På grund av att utformningen sker med rena dragspänningar blir återfjädringen liten och detaljen får noggranna mått. STRÄCKDRAGNING Vid sträckdragning inspännes plåten mellan självlåsande backar. Spännkraften åstadkommes på hydraulisk väg, så att materialet börjar plasticera (dvs. dess sträckgräns uppnås). Dynan pressas upp och plåten sträcks tills dess att den antagit matrisens form. KOMBINERAD STRÄCK- OCH DRAGPRESSNING Båda deformationsmetoderna används i ett och samma verktyg. DJUPPRESSNING MED FLEXIBLA VERKTYG Fluidform-metoden: Ett membran (gummiduk med stor formbarhet och slitstyrka) används både som stämpel och dyna. Vätska används som visköst media. För grunda och oregelbundna detaljer. Expandering/reducering av rörformiga ämnen: En hylsa träs
över verktyget och därefter går den koniska dornen ner och hylsan expanderas. Krympning av hylsa sker på mosvarande sätt. BOCKNING Vid bearbetningsoperationen bockning kommer arbetsmaterialet att sträckas på den ena sidan och stukas på den andra. Bockning sker med hjälp av en fast undre verktygshalva mot vilken den övre, rörliga verktygshalvan formar plåten. Neutrallinje: den linje i materialet där ingen deformation sker. En bockad detalj innehåller tryckspänningar i ytterzonen och dragspänningar i innerzonen. Den återfjädring som nästan alltid sker kan kompenseras genom en överbocknig. MASKINER FÖR PLASTISK BEARBETNING Pressar används till många olika plastiska bearbetningsoperationer, t. ex. bockning, dragpressning och sträckpressning. Dessutom används pressar även till klippningsoperationer. Beroende på vilket sätt pressens rörelse alstras skiljer man mellan mekaniska och hydrauliska pressar. Vid ex. strängpressning används speciella maskiner såsom strängpressmaskiner och hammare. Mekaniska pressar Excenterpress: har en vevaxel från vilken rörelsen uttages med excenter eller vev via en koppling. På vevaxeln sitter stora svänghjul som har till uppgift att öka rotationen. Själva motorn sitter på excenteraxeln. Skruvpress: består av en vertikal axel som är gängad. Denna skruv kan skruvas uppåt eller nedåt m h a två horisontella hjul. Genom friktion mellan dessa hjul och hjulet på skruven uttages rörelsen. Knäledspress: arbetar med en knäled som rätas av en excenteraxel. Hydrauliska pressar Hydrauliska pressar arbetar med vätska (olja eller vatten) som sätts under tryck m h a pumpar. Pressarna kan antingen vara direktdrivna (pumpen pumpar direkt in vätska i vätskekolvarna) eller med en ackumulator, då en större behållare utjämnar tryckvariationerna under arbetsgången. Strängpressmaskiner Maskinerna är oftast hydrauliskt drivna och byggs liggande (pga storleken). Hammare För smidningsarbete används sk. hammare.fallhammare: består av en vikt som lyftes varefter den får falla ned mot arbetsstycket (remdriven, kedjedriven och luftdriven). Lufthammare: den är utrustad med en pneumatisk cylinder i vilken komprimerad luft och för på så sätt hammaren mot arbetsstycket. Motslagshammaren: består av två hammare som arbetar mot varandra.
KLIPPANDE BEARBETNING KLIPPNING INLEDNING Klippning är en bearbetning som utförs med två mot varandra arbetande eggar, varigenom ett materialstycke delas. Materialet deformeras så starkt inom en begränsad zon runt eggarna att brott uppstår. KLIPPFÖRLOPP Klippförloppet varierar med egenskaperna hos det klippta materialet. Ett grundvillkor är att verktygseggarna har mindre elasticitet och större hårdhet och seghet än arbetsmaterialet. Klipprocessen utgörs i avsevärd omfattning av plastisk deformation. Ju mindre plastisk deformation som inträder, innan skjuvningen, desto bättre kvalitet får de klippta kanterna. Sprickbildning uppstår som en följd av att skjuvspänningen mellan klippeggarna överstiger materialets brottgräns. Ju skarpare klippeggarna är desto större blir spänningskoncertrationen. Slitna verktyg ger en stor deformationszon och sent brott. Det slitna verktyget har en avrundad egg och är något konisk. KLIPPYTANS UTSEENDE (se s. 167) Vankant: det bildas en nedböjd yta runt klippkonturen. Blankzon: klippytan är jämn och blank till följd av att materialet nybildas genom plastisk deformation. Brottzon: ytan är skrovlig och matt till följd av sprickorna som utgått från verktygseggarna. Klippgrad: liten grad som bildas längst ned och består av hårt deformerat material. KLIPPSPALTENS INVERKAN Klippresultatet är starkt beroende av spaltbredd och materialets seghet. Ju bredare spaltbredd desto strörre deformationszon. Om spaltbredden är för liten möts inte sprickorna och det bildas en sekundär blankzon (en spricka mellan två blankzoner). Verktygsslitaget ökar om spalten är mycket liten eftersom verktyget måste glida mot en allt längre blankzon. Detta medför att friktionsarbetet och därmed eggtemperaturen kommer att stiga, med mindre nötningsbeständighet som följd. Gradhöjden (grad av eggförslitning) uppvisar ett minimum för en viss spaltstorlek. Både större och mindre spalt ger ökad gradhöjd. KLIPPHASTIGHETENS INVERKAN Klipphastigheten bör vara relativt hög. Jämfört med lägre hastigheter ger dessa en förbättrad klippkvalitet. Detta beror på att friktionen minskar och därmed blir deformationszonen mindre. STANSNING
En stans är en av de verksamma eggarna i ett klippverktyg, som vid stansning går in i en omslutande stansdyna, som utgör den andra eggen. Dessa eggar bildar tillsammans en sluten kontur. KLIPPKRAFT OCH KLIPPARBETE Förloppet går till på följande sätt: - Stansens skarpa kant förorsakar en elastisk deformation och därefter en plastisk deformation. - Brott uppstår vid stans och dynkanter. - När dessa sprickor möts stöts hålskrotet ut. Klippkraften är proportionell mot stansarean. Man kan minska den momentana stansarean med sk. lutande saxskär. Skärhållfasthet defineras som maximal klippkraft dividerat med stansarean. SPEL OCH SLÄPPNING Spelet är skillnaden mellan dyndiametern och stansdiametern dividerat med två. Liksom vid klippning bör spelet anpassas så att brottlinjerna kommer att mötas. STANSVERKTYG Flerfaldiga stanverktyg: flera stansar arbetar parallellt för framställning av flera detaljer per slag. Komplettverktyg: (enstationsverktyg) i vilket hål och kontur stansas i ett slag. Plåten är inspänd mellan tillhållaren och dynan under det att klippningen utförs. Följdverktyg: (flerstationsverktyg) flera efter varandra i frammatningsriktnigen anordnade stansverktyg, som utför var sin operation under ett slag. Kombinerande verktyg: är ett följd- eller komplettverktyg kombinerat med t. ex. ett annat verktyg som arbetar i följd eller parallellt med det förra. Justerklippverktyg: (tvåstationsverktyg) i vilka detaljer med krav på stor noggranhet klipps. Först görs en grovklippning i ett verktyg och därefter utförs finklippning i ett separat verktyg. Materialindelning (Nestning) Eftersom materialkostnaden är högre än maskin- och arbetskostnaden gäller det att utnyttja materialet på bästa sätt. Utnyttjningsgrad: summan av de utstansade detaljernas ytor, dividerat med det totala bandets yta. Inverkan av smörjmedel Smörjmedel verkar starkt nedsättande på förslitning och gradhöjdstillväxt. Beroende på operationens svårighetsgrad kan smörjmedlet väljas: paraffinolja, naftenolja och syntetiska smörjmedel. RULLSAX Klippning sker mellan två roterande skärtrissor med parallella drivaxlar arbetande från var sin sida av plåten. Bandsax är en typ av rullsax som har ett flertal skärtrissor på gemensamma axlar. Den används främst till att dela breda band till smala band. FASNINGSMASKIN En speciell typ av rullsaxar som används för fasning av grov plåt som ska svetsas. De bearbetade ytorna blir fula.
GRADSAX Gradsaxen används vid avklippning av plåt. Den har två långa eggar där den ena är fast och ligger horisontellt. Den andra eggen är rörlig vertikalt (lite snedställd för att minska klippkraften). BALKSAX Balksaxen arbetar efter samma princip som gradsaxen. Skillnaden är att balksaxens eggar avpassas efter den profil som ska klippas. Användbar vid ex. avklippning av vinkeljärn och rundstång. PULLMAXSAX (kortslagsklippning) I en pullmaxsax används mycket korta skär. Det övre verktyget utför en upp- och nedgående rörelse, medan den unre är fast. Mellan varje klipp matas plåten fram en kort distans. Används vid figur- och rondellklippning. NIBBLING Klippstålen har i pullmaxsaxen byts ut mot en rund stans och en dyna. Stansens nedre del är avslipad till en halvcirkel. Denna utformning av stansen gör att varje matning gestaltar sig som en månskära. Klippytan blir mycket fin, men svagt vågig längs snittkanten. Stansen slits fort p g a höga temperaturer. Plåtbearbetningsmaskiner förekommer i kombination med verktygsväxlare för både stans och dyna. I dessa maskiner kan både nibbling och stansning av hål ske. Det går även att kombinera laserskärning (skär ut konturen) med stansning (hålstans). KNIVSTANSVERKTYG Till mycket mjuka och sega material såsom gummi, läder, papper och plaster används klippverktyg med mycket skarpa eggar, som arbetar mot ett något eftergivligt material i stället för en dyna. ANLÄGGNINGAR FÖR KLIPPNING AV PLÅT FRÅN BAND PÅ HASPEL Klipplina är en högproduktiv för produktion av noggrant klippta plåtar från band på haspel. Denna omfattar mätanordning, sax och en materialhanteringsutrustning för transport och stapling av klippta plåtar. Stationär klipplina Flygandesax klipplina FINKLIPPNING En metod för att förbättra klippytan. För att erhålla en klippyta med enbart blankzon krävs en liten klippspalt (0,5% av materialtjockleken) och dessutom måste arbetsmaterialet tåla en långtgående plastisk deformation i klippzonen. Detta underlättas av höga tillhållarkrafter, som bygger upp ett högt spänningstillstånd. Vid finklippning är det skärhastigheten och tiden det tar att bortskaffa detalj och hålskrot som är avgörande för produktionstakten. Formändringsförmåga: skillnad mellan brottgräns och sträckgräns. Verktyg Finklippningsverktyget är försett mes en egg (=ringegg) för att förhindra materialglidning. Två typer av verktygssystem: verktyg med fast- (stora detaljer, detaljer med många innerkonturer) resp. rörlig (små detaljer) stans. Verktygsmaterial För tillverkning av dynor och stansar används huvudsakligen verktygsstål, snabbstål och hårdmetall. Tillhållarplattor utförs i verktygsstål.
1. SPÅNSKÄRANDE BEARBETNING Spånskärande bearbetning innefattar ett flertal metoder för att avskilja material i form av spån. De vanligaste metoder som används vid spånskärande bearbetning är: svarvning, fräsning, hyvling, borrning och slipning. TEORI FÖR SKÄRANDE BEARBETNING En spånskärande bearbetningsmetod karakteriseras av att ämnet (arbetsstycket) formges genom att delar av det avskiljs i form av spån. Härvid används ett verktyg mes relativrörelse till arbetsstyckets yta. Skärdata består av skärhastighet, matning och skärdjup. Skärhastighet, v c : den hastighet med vilken materialet och verktyget rör sig mot varandra (huvudrörelsens hastighet). Matning, f: hastigheten hos matningsrörelsen. Skärdjup, a p : verktygets radiella instickning för varje skär. Nominell spånarea, A D : tvärsnittsarean hos det avverkade materialet. Avverkningshastighet, Q: den mängd material som per tidsenhet avverkas från arbetsstycket. Nominell spåntjocklek, h D : teoretisk spåntjocklek före avverkning. Verklig spåntjocklek, h ch : spånets tjocklek efter stukning. Ortogonal bearbetning: materialet möter skäreggen i rät vinkel. Spånytan är den del av verktyget som är i kontakt med spånet. Släppningsytan är den del av verktyget som gränsar mot arbetsstyckets bearbetade sida. Verktygsgeometri Ställvinkel: vinkel mellan huvudskäret och matningsriktningen. Bestämmer hållfastheten hos skäret (välj så stor som möjligt). Spånvinkel: vinkel mellan spånytan och normalen till arbetsstycket. Huvudskär: den delen av skäret som utför bearbetningen. Biskär: utför en efterbehandling av ytan. Spetsvinkel: vinkel mellan huvudskär och biskär. Nosradie: sammanbinder huvudskär och biskär. Avgörande betydelse för ytjämnheten. Släppningsvinkel: vinkel mellan släppningsyta och tangenten till arbetsstycket. Påverkar skärets temperatur och livlängd, liksom arbetsmaterialets ytkvalitet. Verktygets skärgeometri har stor betydelse för spånbildningen. Spånvinkeln är avgörande för för spånets deformation under bearbetningen. Positiv spånvinkel ger mindre spårdeformation och därmed mindre förslitning och lägre skärkrafter. Spånbildning Spånbildningen vid svarvning hänger ihop med verktygsformen, typen av verktygsmaterial samt skärdata. Ett villkor för att spån ska bildas är att flytgränsen för materialet är uppnått. Arten och graden av denna påverkan bestäms av arbets- och skärmaterialen samt bearbetningsförhållandena. Skjuvplansvinkel: vinkel mellan arbetsstyckets yta och skjuvplanet.
Med hänsyn taget till hur spånet bildades kan man särskilja mellan flytspån (höga skärhastigheter), lamellspån (hållfasthet minskar), skjuvspån (brottskjuvhållfasthet överskrids) och klyvspån (spröda material). För att åstadkomma spånbrytning och därmed få acceptabla spånformer, förser man verktygen med spånbrytare. Spånbrytarens uppgift är att kröka spånen, så att den bryts antingen mot arbetsstycket eller verktyget. Energiomvandling i skärzonen Den tillförda energin vid bearbetningen omsätts dels i deformations- och klyvningsarbete, dels i friktionsarbete. Av den totala tillförda energin övergår merparten slutligen i värme. Verktyget har den högsta temperaturen, temperaturen i arbetstycket sjunker med ökad skärhastighet. Löseggsbildning Direkt kopplad till temperaturen i skärzonen är uppkomsten av den sk. löseggen, som är en anhopning av material på skäreggen. Löseggen omsätts diskontinuerligt, dvs. byggs upp varefter den bryts ned och följer med antingen spånan eller arbetsstycket. Åtgärder vid löseggsbildning är att ändra eggtemperaturen med hjälp av att öka/sänka skärhastigheten (beroende vid vilken temperatur man befinner sig). VERKTYGSMATERIAL Allmänt Det verktyg som ska utföra bearbetningen måste bestå av ett material som kan motstå stora påfrestningar vad gäller förslitning under höga tryck och temperaturer. Materialet ska vara segt och motståndskraftigt mot plastisk deformation, diffusion samt kemisk påverkan. Verktygsstål Består av tillsatser av legeringsämnen till ursprungsämnet stål. Verktygsstål mjuknar vid temperaturer över 300 C. Används till handverktyg. Verktygsstål kan slipas till skarpa eggar och ger därför en fin måttkvalitet. Snabbstål Stålsammansättningen består av höga halter av volfram och krom som tillverkats i höga härdningstemperaturer. Andra legeringar (vanadin, molybden) har på senare tid tillförts. Vid tillverkning av snabbstål smälts materialet i en ugn varefter det gjuts i kokiller. Man eftersträvar finkornigt material som uppnås genom snabb stelning. När materialet stelnat följer en värmebehandling som innefattar mjukglödgning, härdning och anlöpning. För att öka prestandan hos det färdiga snabbstålsverktyget används ytmodifiering (PVD). Hårdmetall Hårdmetall är en pulvermetall. Den består av två huvudkomponenter: hårdämnen (karbider) och bindemetaller (kobolt, nickel). Vid framställningen av hårdmetall pressas pulvret till önskad form varefter sintring sker. Kobolten flyter runt karbidkornen och binder dessa. Hårdmetallens egenskaper styrs av proportioner mellan hårdämnen och bindemetaller (olika faser). Enligt ISO-klassificeringen av hårdmetall är seghet och slitstyrka två egenskaper som står i motsatsförhållande till varandra. Seghet: förmåga att motstå brott och urflisningar. Slitstyrka: förmåga att motstå förslitande faktorer i form av höga temperaturer och tryck.
Genom att belägga hårdmetallskären förenas seghet och slitstyrka. Skiktbeläggningens inverkan på egenskaperna har att göra med att skärkrafterna blir lägre och därmed erhålls en lägre temperatur i kontaktzonerna mellan verktyg och arbetsmaterial. Kombinationsmaterial Med kombinationsmaterial avses material som består av ett kärnmaterial och ett yttermaterial. Dessa framställs genom värmeextrudering. Keramiska skär Ett material vars huvudbeståndsdel är aluminiumoxid. Svårt att få den mycke hårda oxiden tillräckligt seg. Oxidkeramik, kiselnitrid, sialoner används som vändskärplattor. I sk. fiberförstärkt keramik är fibrerna (whiskers) mycket små och tillverkade av kisel. Stabiliteten under bearbetningen är av stor betydelse för att få goda resultat med keramiska skär. Diamant Det hårdaste materialet är diamant. Diamant består av rent kol och är mycket sprött. Diamantpulver utnyttjas genom beläggning på hårdmetallsverktyg. PCD (=polykristallin diamant): syntetiska diamantkorn med bindemedel pålagt ett substrat av hårdmetall. En övergång till bearbetning med PCD, som ersättning för hårdmetall medför att högre skärhastigheter kan användas. Kubisk bornitrid Ett mycket hårt och sprött material. Detta material används till slipskivor samt beläggning beläggning på hårt metallskär. BERÄKNING AV SKÄRKRAFT OCH EFFEKTBEHOV Allmänt De mekaniska påkänningarna på en skäregg bestäms antingen experimentellt eller ur teoretiskt härledda formler. Resultaten från dessa metoder kan endast användas som riktvärden. Kraftkomponenter En sned kraft kan delas in i: radialkraft, tangentialkraft och axialkraft. Om skärkraftens storlek är given kan man beräkna erforderlig maskineffekt. Kraftens storlek beror på skärdjup, matning, ställvinkel samt spånvinkel. Ju mindre spånvinkel desto större kraft krävs. Specifik skärkraft K c (skärtryck) Den per mm 2 spånarea verkande skärkraften benämns den specifika skärkraften och betecknas K c (N/mm 2 ). Storheten behövs för att bedöma materialets skärbarhet. Spånbildningsförloppet och därmed skärkrafterna påverkas av den nominella spåntjockleken. Skärkrafts- och effektmatning Den tangentiella skärkraftskomponentens, F c, storlek är avgörande för effektbehovet vid bearbetningen (den enda kraftkomponent som bidrar till det vridande momentet). Differensen mellan full- och tomgångseffekt kallas för netto skäreffekt. Verktygsförslitning Förslitningen av ett skär visar sig på olika sätt. Förslitningsfaktorerna ger upphov till olika typer av förslitning. Man brukar tala om fyra huvudtyper:
- Fasförslitning: förslitning på skärets släppningssida, vid låga skärhastigheter. - Gropförslitning: förslitning på skärets spånsida, när temperaturen i kontaktytan med spånan är störst. - Utgryning / Urflisning: om de mekaniska och termiska påkänningarna, inträffar förutom plastisk deformation även mera direkt eggskador såsom sprickbildning, utgryning och urflisning. Skärkraften är för hög. - Plastisk deformation: en följd av att skäreggen uppnått mjukningstemperatur. Skärkraften är för hög. Förslitnigskurvan Fas- eller gropförslitning visar ett rätlinjigt förlopp som funktion av spånlängden. I förslitnings kurvan studeras dessa förslitningar som funktion av ingreppstiden. Initialförslitning: förslitningen som sker direkt efter ingreppet med arbetsstycket. Tolkning av diagram: efter en viss tid kröker kurvan ganska snabbt uppåt. Krökningen uppåt beror på att förslitningshastigheten ökar och därmed också riskerna för att skäreggen inom kort ska brytas ned. Denna typ av haveri kan undvikas genom att byta skäregg i tid. Taylor s kurva: samband mellan verktygsförslitningen. Det finns ett samband mellan skärhastigheten och utslitningstiden. Faktorer som påverkar läget och formen av Taylorkurvan: material i arbetsstycke/verktyg, skärgeometri, skärdata och stabilitet. Bearbetningsekonomi Ur produktionsekonomisk synpunkt strävar man inom industrin efter att uppfylla följande produktionstekniska grundkrav: - Låga tillverkningskostnader. - God produktkvalitet. - Kort tillverkningstid. Den kombination av personal, verktyg och utrustning som ger den lägsta bearbetningskostnaden per detalj betecknas som optimal. High efficency : hastighetsområde mellan v cm och v e som bör utnyttjas.+++++ SVARVNING VID SVARVNING ÄR HUVUDRÖRELSEN ROTERANDE OCH UTFÖRS AV ARBETSSTYCKET. MATNINGSRÖRELSEN ÄR RÄTLINJIG OCH UTFÖRS AV VERKTYGET. De olika typer av deloperationer (metoder) som förekommer vid svarvning är: längdsvarvning, plansvarvning, avstickning, formsvarvning, profilsvarvning och gängsvarvning. Vibrationer är en vanlig störningskälla vid svarvning.
Krav på snabb utbytbarhet har uppnåtts genom vändskärstekniken. Den baseras på hårdmetallplattan lätt kunde lossas från skärhållaren för att utnyttja alla eggar. I ett moduluppbyggt (=grundenhet + skärspecifik del) verktyghållarsystem är det möjligt att använda flera olika verktyg till samma system. Fördelen med modulsystem är att växlingen är enklare, tidsbesparande, ger en ökad stabilitet samt jämnare kvalitet på producerade detaljer. Svarvtyper - Supportsvarv - Revolversvarv (ett flertal verktyg anbringas på ett vridbart fäste). - Automatsvarv (rörelsen sker automatiskt). - Kopiersvarv (verktygets bana genereras av en prototyp som kopierats). - Numerisk styrd svarv - Fleroperationssvarv (svarven har kompletteras med andra bearbetningsoperationer). - Svarvfräsning (rotationssymmetriska detaljer framställs genom att en fräs bearbetar detaljen). - Karusellsvarv (används för stora arbetsstycken). FRÄSNING FRÄSMASKINEN HAR EN ROTERANDE SPINDEL FÖR VERKTYGET SOM UTGÖR HUVUDRÖRELSEN OCH ETT RÄTLINJIGT MATAT BORD FÖR ARBETSSTYCKET. Karakteristiskt för fräsning är det ojämna skärförloppet (= intermittent skärförlopp) då skären utsätts för mer eller mindre kraftiga slag då skäreggen går i angrepp. Dessutom varierar spåntjockleken med fräsverktygets vridningsvinkel. Fräsverktygets geometri Geometrin hos en fräs med periferiskär (=pinnfräs) har formen av en tand (skäreggen). Spånvinkel: vinkel mellan spånytan och referenslinjen från eggen till fräsens centrum. Skäreggsprofilen tillsammans med spånvinkel bestämmer dessa hur skäreggen träffar arbetstycket och har en avsevärd inverkan på fräsens skärförmåga, spånflöde, verktygslivslängd samt skärkraftens storlek. Vinkelkombinationer: dubbelnegativ (kraftiga slagpåkänningar, ofördelaktig spånbildning, stora krav på motoreffekt och stabilitet), dubbelpositiv (minimala skärkrafter, fördelaktig spånbildning, minskad hållfasthet), och positiv axial / negativ radialvinkel. Ställvinkeln (45-90 ) har betydelse för skärkraftsriktning, skärdjup och spåntjocklek. Fräsverktygets ingreppsförhållanden I ett fördelaktigt fall ligger fräsens centrum inom arbetsstyckets kontur. När det gäller vändskären, eftersträvas att kontaktpunkten hamnar en bit in på skäret. Fräsmetoder - Planfräsning: fräsen bearbetar plana ytor parallellt med fräsens framsida. Vid planfräsning är skärdjupet lika med hur mycket verktyget avverkar på arbetsstycket i axiellriktning, mätt parallellt med fräsverktygets rotationsaxel. Differentialdelning är en oregelbunden delning mellan skäreggarna som är fördelaktig vid vibrationsproblem som orsakas av den regelbundna frekvensen.
- Valsfräsning: skärdjupet är det som avverkas från arbetsstycket mätt vinkelrätt mot matningsriktningen. Motfräsning är när spåntjockleken växer från noll och medfräsning är när spånans tjocklek minskar under eggets ingrepp. Vid både motoch medfräsning varierar spåntjockleken vilket gör att man i beräkningar använder sig av medelspåntjocklek. Fräsverktygstyper Fräsar tillverkas i både snabbstål och hårdmetall eller andra materialkombinationer. De fräsar som är tillverkade av snabbstål är sk. spetstandade fräsar och avbackade fräsar. Många fräsar tillverkas med spiralvinkel föratt dela upp skärkrafterna och minska belastningsvariationerna. Ett annat effektivt sätt är att förse skären med spåndelare. De fräsar som är tillverkade av hårdmetall är pinnfräs av solid hårdmetall (fräser instickning ), planfräs av hörnfrästyp (fräser hörn), pinnfräs med vändskäreggar (mindre typ av hörnfräs) och skivfräs (fräser spår). Vändskärsgeometri Vändskär med planfas istället för hörnradie ger bättre ytjämnhet. Bredfasskär: ett vändskär med en längre planfas ger en god ytkvalitet. Skärdata vid fräsning Skärhastigheten v c (m/min) anger fräsverktygets periferihastighet. Skärhastigheten har en viktig inverkan på avverkningshastigheten, men matningshastigheten spelar den avgörande rollen. Skärdjupet utgör för planfräsar det axiella avståndet a p (tjockleken av det material som avlägsnas). Det radiella skärdjupet a e utgörs av avståndet som fräsverktyget täcker tvärs arbetsstyckets yta. För valsfräsen råder motsatta förhållanden. Matningen per tand f Z utgör matningen per varv dividerat med fräsverktygets antal tänder. Det är av betydelse för att avgöra verktygets begränsning. Beräkning av medelspåntjocklek vid fräsning På grund av variationerna i spåntjockleken vid fräsning är det fördelaktigt att använda medelspåntjocklek. Vid motfräsning uppstår en sk. abrasiv förslitning, dvs. verktyget och arbetsstycket tenderar att tryckas ifrån varandra som ett resultat av skärkrafterna. Vid beräkning av effekt används storheten medelsåntjocklek. Vibrationer vid fräsning In- och utträde ur arbetsstycket ger upphov till skärkrafter vilka varierar till riktning och storlek. Kraftvariationen ger upphov till vibrationer. Vibrationer vid fräsning kan delas upp i: Påtvungna svängningar: verktygsmaskinens reaktion på växlande krafter. Genom att öka antal tänder blir stötbelastningarna mindre och skärförloppet stabilare. Självinducerande svängningar: genom att minska de påtvungna svängningarna ökar de självinducerande svängningarna. Dessa uppstår vid skärkraftsvibrationer och om ytans profil är större än begynnelseytan. Genom att minska skärkrafterna hävs de självinducerande svängningarna. För att studera svängningarna vid fräsning kan man ta upp ett sk. stabilitetsdiagram (visar vilka skärdjup som ger stabila resp. instabila bearbetningsförhållanden. Genom att differentialdela (ändra avståndet mellan tänderna) fräsen kan man uppnå ett stabilare förhållande. Teknik för användning av fräsning
Bearbetningsoperationer: - Planfräsning - Hörnfräsning - Pinnfräsning - Skivfräsning Kraven i bearbetningsoperationen specificeras såsom arbetsmån, bearbetningsförhållanden, stabilitet, inspänning, toleranser och ytjämnhet. Fräsmaskiner Vertikalfräsmaskin av bäddtyp: stativet består av en L-formad stabil konstruktion på vilken spindeldockan är fäst upptill med spindeln riktad vertikalt ovanför arbetsbordet. Spindeldockan kan förflytta sig vertikalt i förhållande till bordet. Spindeldockans drivanordning ligger inne i stativet. På det L-formade stativets stapel är fräsmaskinens bord placerat. Bordet har en längd och tvärrörelse som sköts maskinellt (alternativt manuellt). Bordet utförs med en separat motor via en växellåda, där önskad matning kan inställas. Horisontalfräsmaskin av knätyp: spindeln roterar horisontellt ovanför arbetsbordet. I maskinens stativ (under bordet och spindeln) finns drivmotor och växellåda för drivning av spindeln. Arbetsbordet står för längd- och tvärrörelse samt vertikalrörelse. Pelarfräsmaskin: för stora arbetsstycken. Fleroperationsmaskin: NC-fräsmaskin med verktygsväxlare. Kopierprincipen: för framställning av komplicerade detaljer tillverkas en modell (=exakt kopia) av detaljen i något lättarbetat material. En givare som ligger an modellen styr verktygets rörelse, så att formen överförs till arbetsstycket. De viktigaste skillnaderna mellan vertikalfräsmaskin (gynnsammare skärkraftsriktning) och horisontalfräsmaskin är att fräsverktyget har vertikal- resp. horisontalriktning. HYVLING VID HYVLING ÄR HUVUDRÖRELSEN RÄTLINJIG. VERKTYGET DRIVS FRAM OCH ÅTER ÖVER ARBETSSTYCKETS YTA. HUVUDRÖRELSEN ERHÅLLS GENOM ATT ARBETSSTYCKET RÖR SIG I FÖRHÅLLANDE TILL ETT STILLASTÅENDE VERKTYG. (=större maskiner) Intermittent huvudrörelse: verktyget går in och ut ur arbetsstycket. Man strävar efter att ge hyvlingsmaskinerna sådana egenskaper så att en så liten del som möjligt av totaltiden ska gå till återgångsrörelsen. Detta kan man avpassa genom att avpassa slaglängd efter arbetsstyckets dimensioner och ge återgångsrörelsen en hög hastighet. Verktyget måste vara segt för att tåla den stöt som uppkommer vid ingreppet. Klipphyvelmaskin: den fram- och återgående rörelsen alstras av en excenterskiva och en kuliss. Matningsrörelsen ligger hos bordet, på vilket arbetsstycket är fäst. Bordshyvelmaskin: drivningen erhålls med kugghjul eller hydrauliskt.