I del 2 av produksjonen av ventilblokken skulle vi lære å bruke søylebormaskin og gjengetapp. Det skulle bores en del diverse hull i blokken slik som på tegningen under. Noen hull skulle ha gjenger og noen skulle forsenkes.

Klikk på bildene for å se en større versjon

Jeg begynte med å markere opp på arbeidstykket hvor hullene skulle være. Alle hullene på baksiden har en avstand fra hverandre på 14mm.

Jeg benyttet rissepenn, kjørner, målestokk, vinkel og skyvelære.

Rissepenn, markerer linjer og streker i metall.

Kjørner, lager små merker i metall for å indikere hvor linjer krysser, viktige punkter eller hvor det skal bores. Hjelper til å sentrere mindre bor.

Som nevnt i Del 1 så er ikke dimensjonene på blokken helt eksakte, den er ikke nøyaktig 60mm bred siden den ble pusset ned gankse mye, så dersom jeg hadde målt 30mm inn fra en side, som man på tegningen kan se er der senterlinjen skal være, ville den ikke blitt sentrert korrekt. Derfor målte jeg bredden på begge sidene og delte denne i to for å få senter. Det viste seg at senter var ca 29,7mm inn, som er halvparten av 59,4, så blokken er litt over en halv millimeter for tynn. Jeg tenkte det var viktigere at alle hullene var sentrert korrekt, i steden for at avstanden til veggene var korrekt, det vil si at jeg så målte 14mm ut fra senter i steden for å måle 16mm inn fra hver side.

Dette er presisjonsarbied, men det er vanskelig å gjøre det presist. Hvor man legger målestokken eller vinkelen inntil merkene man har laget for å trekke en linje, kombinert med hvordan men holder rissepennen og hvordan den hviler mot det man bruker til å føre den med kan gjøre store endringer i hvor linjen ender opp med å være. Det kan være fiklete å trekke en korrekt strek, men det kommer vel med trening.

Jeg ble stort sett fornøyd med oppmerkingen. Jeg er ikke helt sikker på hvordan det kunne gjøres bedre med det verktøyet jeg hadde til rådighet, men jeg endte opp med å ikke følge oppmerkingen så veldig uansett. Mer om det senere.

Diameter, skjærehastighet, matehastighet og omdreiningstall

Når man borer, dreier, freser eller utfører annen sponskjærende bearbeiding er det viktig at det som roterer, enten det er verktøyet eller arbeidsstykket, gjør det med optimal hastighet.

Jeg er personlig mer vant til å bruke engelske begreper som "revolutions per minute", "cutting speed" og "feed rate".

Jeg skal forsøke å forklare på norsk, men det er en veldig god forklaring om konseptet på engelsk på Wikipedia her.

Skjærehastighet (cutting speed)

Skjærehastighet (Vc), som måles i meter per minutt (m/min), er hvor fort arbeidsstykket "løper" over skjæret eller skjæret "løper" over arbeidsstykket. Det er altså overflatehastighet.

Skjærehastighet er ikke noe vi "vet". Det må regnes ut. Eller rettere sagt, det brukes til å regne ut omdreiningstallet. Alt vi vet er diameteren på boret og hastighetene vi kan bruke. Selve skjærehastigheten er funnet ut av produsentene av materialet og verktøy og lignende. Etter mye eksperimentering har de funnet ut hvilken hastighet som er best å bruke på hvilket materiale.

Skjærehastighet er et direkte produkt av diameter og omdreiningstall (RPM). Når noe spinner så er det sagt at antallet rotasjoner i minuttet er konstant uansett hvor bredt det som spinner er. Altså har det ingen betydning hvor langt fra senter noe er, det bruker like lang tid på å gå en runde rundt senterpunktet.

Grunnen til at vi deler på 1000 er fordi diameteren oppgis i millimeter og for å konvertere millimeter til meter så deler vi på 1000. Så millimeter per minutt (mm/min) blir til meter per minutt (m/min).

Vi kan, mye på samme måte som Ohms lov, benytte en formeltrekant for å se sammenhengen mellom diameter og omdreiningstall.

Tiden det tar for boret å rotere en gang er konstant, men hastigheten boret møter materialet på er større jo tykkere boret er. Jo lenger ut fra senter man kommer jo fortere går det. Hastighet er avstand delt på tid, så skjærehastigheten kan endres ved å endre på de variablene.

Bruker du tynnere bor går avstanden (diameteren) ned, altså må tiden boret bruker på å gå rundt en gang også ned for å opprettholde samme skjærehastighet, derfor må vi øke omdreiningstallet (turtallet).

Bruker du tykkere bor går avstanden (diameteren) opp og for å opprettholde samme skjærehastighet må tiden boret bruker på en revolusjon også opp, altså må omdreiningstallet (turtallet) ned.

Her kommer nomogrammet inn. I stedenfor å regne ut omdreiningstallet manuelt med formelen

kan vi istedenfor se på nomogramet til høyre og fylle inn de variablene vi vet for å finne ut hvor fort vi skal stille verktøyet til å gå. Når vi vet skjærehastigheten som er optimalt for det materialet vi jobber med, som vi får opplyst fra godt etablerte kilder som for eksempel Verkstedhåndboka, og vi vet diameteren kan vi følge de to linjene på monogramet til de krysser og se hvilken katergori det faller i.

I eksempelet til høyre skal vi bruke en skjærehastighet på 26 m/min og diameteren på boret er 22mm. Hvor fort må boret gå rundt for å oppnå en hastighet, der det er tykkest, på 26 m/min? Vi ser at de to linjene møtes såvidt over 350 RPM . Hvis vi regner det ut med formelen får vi 376 RPM, så dette stemmer godt.

Dersom vi vet omdreiningstallet og diameter, og vil finne skjærehastigheten, kan vi benytte en snudd versjon av formelen slik:

Matehastighet

Matehastighet er hvor fort verktøyet beveger seg inn i arbeidsstykket, eller arbeidsstykket beveger seg inn i verktøyet.

På bildet til venstre representerer pilene følgende:

Skjærehastighet og matehastighet er essensielle verdier når det kommer til optimal sponskjæring.

Matehastighet måles i millimeter per revolusjon (mm/r), det vil si hvor mange millimeter innover i arbeidsstykket verktøyet trygt kan bevege seg per omdreining. Dette er et veldig lite tall, for eksempel 0,15, som betyr at verktøyet bør kutte vekk 0,15 mm med materiale på en omdreining. Dette kan ganges med omdreiningstallet for å finne hastigheten, det vil si millimeter per minutt (mm/min).

Så ved å se på tabellen under, dersom vi borer med hurtigstål i NS-EN 10025 FE430C konstruksjonsstål med et bor på 15mm og bruker en matehastighet på 0,15 mm/r får vi en skjærehastighet på 40 m/min. Dette gir oss et omdreiningstall på ca. 840 r/min.

Hvis vi ganger matehastigheten med omdreiningstallet får vi en matehastighet på 126 mm/min. Dersom man freser må man også gange med antallet tenner på verktøyet for å fordele arbeidet optimalt mellom tennene, men dette kan sløyfes om man dreier siden man kun bruker én "tann".

FR = Feed rate (matehastighet oppgitt i mm/min)

RPM = Revolutions per minute (omdreiningstall)

T = Number of teeth (antall tenner på verktøyet)

CL = Chip load (matehastighet oppgitt i mm/r)

For å sikre optimal sponkjæring og maksimal vertøylevetid er det viktig å vite disse to hastighetene.

Diagram over effekten av skjærehastighet og matehastighet

Senterbor

Senterbor brukes for å enklere og mer presist lage hull i materialer, og for å skåne større bor. Det har en liten tynn tapp på bare noen få millimeter, som gradvis blir større, opp til 5mm på bildet over. Den har en liten spiss for å gjøre det enkelt å posisjonere det nøyaktig og sentrere hullet korrekt som gradvis sklir over til en større diameter for å klargjøre hullet for større bor som ikke kutter like godt nær senter, samt at den tykkere kroppen bidrar til økt stabilitet og presisjon. Hullet senterboret lager er også kjent som "pilot hole" på engelsk, hvilket forklarer at hullet leder og fører etterfølgende bor på rett vei. Uten det kunne bor som ikke kutter så godt i senter begynt å "vandre" og hullet ville endt opp på feil sted og boret ville boret skjevt og potensielt knukket.

Gradvis forstørring

Etter at senterboret hadde plassert hullet økte jeg gradvis størrelsen på hullet, først helt gjennom med 5mm, deretter fullførte med 8mm bor som var det hullet skulle være. Dette er for å skåne 8mm boret som slipper å gjøre like mye arbeid i midten, samt at det ikke trenger å produsere like mye spon og sponet som blir produsert har en enkel vei å evakuere, ned.

Da jeg boret hullene på sidene brukte jeg en trekloss til å holde arbeidsstykket på plass vannrett og for å ikke bore ned i tvingen på grunn av overhenget.

Etterhvert som jeg ble mer kjent med maskinen oppdaget jeg den digitale avleseren. Den var innstilt på tommer av en eller annen grunn, men etter at vi fant ut hvordan man endret enhetene til metrisk viste denne seg å være ekstremt mye mer nøyaktig enn mitt øyemål og gjorde hele operasjonen mye mer nøyaktig og enklere.

Med en oppløsning helt ned til 5 mikrometer og et godt utgangspunkt gjorde jeg mesteparten av den gjenstående boringen med hjelp av denne. Resultatet ble veldig bra.

Morsekonhylse / konisk tange

Det er koniske hylser som man trer inni hverandre til man når diameteren på boret man skal bruke. De holdes kun på plass av friksjon, men de låser seg fast inni hverandre og selve dreiemomentet blir overlevert via toppen som går inn i et lite hakk.

14mm hullene måtte bores på en litt annerledes måte enn de mindre hullene. De fleste kjokser aksepterer ikke bor større enn 10-15mm så dersom man skal ha slike tykkelser må man gruke noe som heter morsekonhylser.

For å få dem fra hverandre må man benytte en konisk tange-nøkkel for å brekke dem fra hverandre.

Forsenker

Fire av hullene skulle forsenkes. Det vil si at det bores en kon eller forstørret hull et lite stykke ned i det hullet skruen eller bolten skal gjennom slik at når den er skrudd inn ligger den flatt med overflaten og stikker ikke ut.

Forsenkningene skulle være 10mm i diameter ved overflaten. Forsenkeren er 90 grader, det vil si at forsenkningen er 5mm dyp.

Dette gikk relativt greit. Dybdemåleren på søylebormaskinen var i ustand så jeg endte opp med å forsenke litt og sjekke med skyvelæret. Dette gjentok jeg til forsenkingen ble korrekt. Det finnes mer nøyaktige og bedre måter å gjøre det på, men det funket greit slik jeg løste det.

Gjenging

Helt til slutt skulle fire av hullene gjenges med M8 gjenger. M står for "metrisk" og 8 er diameter på bolten. Når det kommer til innvendige gjenger så er 8 mm diameteren mellom dalene i gjengene. For å lage gjenger borer man med et bor som er litt mindre enn gjengene man skal bruke. Dette kalles et gjengebor og er spesiallaget for dette formålet.

Etter at hullet er boret bruker man en gjengetapp for å skjære ut korrekte gjenger i hullet. Grunnen til vi bruker 6,8mm bor er for å ha nok materiale til overs når vi gjenger til å lage gjengene.

8 - 6,8 = 1,2 Gjengene blir altså da 0,6mm dype.

Det er viktig å være varsom og gå rolig til verks. Selv om gjengetappen er selv-sentrerende, er det viktig når man starter å sørge for at den står rett. Tar man for hardt i kan man strippe gjengene. Det er også lurt å stoppe og vri litt tilbake med jevne mellomrom for å løsne på og få ut sponet, slik at det ikke bygger seg opp og skader eller misformer gjengene.

Bolter er ofte beskrevet med mange forskjellige tall:

M8 x 1,25 x 40 betyr for eksempel Metrisk 8mm bolt med gjengestigning 1,25mm som er 40mm lang.

Gjengestigning er hvor langt oppover bolten gjengene har beveget seg på en runde rundt bolten.

Oppsummering

Dette har vært en interessant og utfordrende oppgave som jeg har lært mye av. Noe har blitt gjort riktig og noe har blitt gjort mindre riktig, men det er feilene man lærer av. Presisjon er ikke gjort på 1-2-3!

EVENTYR I MEKANIKKENS VERDEN

Ventilblokk - Produksjon 1 - Del 2