Pinnefresens anatomi og hvordan velge riktig verktøy til jobben

/

Pinnefreser (End Mill) er den vanligste formen for skjæreverktøy til universale freser og valg av riktig pinnefres til jobben som skal gjøres kan utgjøre en stor forskjell. Det er mange dimensjoner å ta hensyn til ved innkjøp og bruk av pinnefreser.

Både materiale som skal freses og applikasjonen er kritiske i valg av fres. 

 

Kuttdiameter og kuttlengde

Fresens diameter og kuttlengde er åpenbart en vesentlig del å ta hensyn til ved valg av fres. Tykkere freser tåler mer og er mer stabile. Rigiditet og motstand mot vibrasjoner og defleksjon er viktig når det kommer til fresing og derfor bør man bruke så tykk fres som det lar seg gjøre. 

Kuttdiameteren er diameteren på den teoretiske sirkelen som dannes når verktøyet spinner rundt. Dersom fresen ikke står sentrert vil kuttdiameteren øke og fresen vil hovedsakelig skjære på én tann, hvilket er langt fra ideelt.

Total lengde (Overall Length), flutelengde (Length Of Flute) og kuttlengde (Length Of Cut) er kritiske ved bruk av lange freser. Dersom en lang fres må benyttes er det bedre å bruke en med lang hals (lang LBS, Length Below Shaft) og kortere kuttlengde siden den har tykkere kjerne/aksel over en større del av den totale lengden enn en tilsvarende lang fres med lengre kuttlengde:

Akseldiameteren har også betydning for hva slags collet eller annen montering og oppspenning som må benyttes. Ofte er akselen tykkere enn kuttdiameteren slik at det kan være problematisk å komme til dersom man skal frese dype spor eller lignende.

 

Fluter

Antall fluter spiller en stor rolle for fresens materialfjerningsevne, matehastigheter, sponevakuering, stabilitet og defleksjon. En fres med flere fluter har en tykkere kjerne som gjør den bedre i stand til å stå i mot radiale krefter og kan derfor f.eks. ta dypere/lengre kutt (stikke lenger ned i arbeidsstykket).

Men med mange fluter blir hver flute liten, altså er det liten plass til sponet som produseres ved fresingen. 

Tradisjonelt kom pinnefreser i utforminger med 2 og 4 fluter, der tommelregelen var å bruke 2 fluter på bløte metaller som aluminium, kobber, etc. og 4 fluter på hardere materialer som stål og andre harde legeringer. Grunnen til dette er at bløte metaller som aluminium er lettere å maskinere, samt at de har en tendens til å pakke seg i flutene og hindre sponevakuering dersom flutene blir for små, mens stål og lignende stor sett krever sterkere freser og lager mindre og mer håndterlig spon som lettere lar seg evakuere selv med grunne fluter.

Med flere fluter kan man også benytte høyere matehastigheter eller oppnå finere overflate med samme matehastighet ved å øke antallet fluter. I moderne produksjon der det settes fokus på hurtig maskinering er flere fluter blitt populært fordi det gir sterkere freser som kan mates fortere og fjerne mer materiale samtidig som det forlenger levetiden til verktøyet grunnet lavere stress på hver tann/flute.

Mer fres gir plass til mindre fluter.

Med nyere materialforskning og produksjon er det blitt vanlig med 3 fluter for aluminium fordi det gir en god balanse mellom god sponevakuering og høye matehastigheter.

 

Endeutforming og profil

Endeutformingen er viktig med tanke på bruken og hvordan fresen skal bevege seg, spesielt med tanke på CNC maskiner.

 

Blant "normale" pinnefreser finnes det hovedsakelig 4 typer:

  • Flat / "vanlig" pinnefres (Square / Flat Nose)
  • Avrundet / Radius (Radius Corner / Bull Nose)
  • Kule (Ball Nose)
  • Fas eller formfres (Chamfer / Formed End)

Avrundede freser, eller radiefreser, er populære der det f.eks. ikke er kritisk med 90° skarpe innvendige hjørner og brukes mye til generell grovforming. Den avrundede kanten på eggen gir en jevnere trykkfordeling på den ellers skarpe tuppen av skjærene som gjør at verktøyet tåler mer og varer lengre. 

Kulefreser er på sett og vis også radiefreser, men de ender ikke opp i en flat del, de lager halvkuler. Disse er mye brukt til forming av kompliserte deler i 3-,4- og 5-akse CNC maskiner der myke overganger mellom passeringer er nødvendig eller rett og slett der det trengs en kanal eller innvendig form med en radius.

Fasefreser eller andre formfreser brukes gjerne til avsluttende passeringer for å fase kanter eller påføre spesielle former på deler av arbeidsstykket.

Når det gjelder flate pinnefreser finnes det hovedsakelig 2 typer: senterskjærende og ikke-senterskjærende

Forskjellen sier seg selv; den ene typen skjærer i midten og kan "plunge", altså stikkes rett ned i arbeidsstykket på samme måte som et bor, den andre kan ikke og må beveges i X eller Y for å skjære.

En annen litt interessant egenskap ved moderne pinnefreser er at tennene mot formodning ikke står helt symmetrisk, men er ofte slipt inn med små variasjoner i gradene mellom dem:

I eksempelet over er det avbildet en 4-fluters flat pinnefres som man skulle tro hadde tenner med 90° intervaller, men de er litt forskjøvet frem eller tilbake slik at ingen av tennene har lik vinkel mellom seg, men vinklene blir selvsagt fortsatt 360° totalt. Dette er for å forhindre "chatter" eller vibrering i verktøyet eller arbeidsstykket ved at fresen treffer en frekvens som resonnerer med intervallene på tennene. Så disse er litt forskjøvet for å forhindre dette.

 

Heliksvinkel

Heliksvinkelen er den aksiale vinkelen på flutene som går rundt akselen. Vinkelen måles mellom senterlinjen til fresen og en rett linje som går tangentielt langs kuttsiden.

En høyere heliksvinkel (45° og oppover) øker fresens evne til å skjære istedenfor å rive og vil stort sett gi en bedre overflate, men gjør fresen skjørere og svakere. En lavere heliksvinkel (30° og lavere) gir en sterkere fres med sterkere kuttsider, men fresen lager grovere overflater siden den river mer enn den skjærer og er bedre egnet til grovbearbeiding.

En fres med middels heliksvinkel (mellom 30° - 45°) vil være godt egnet til allround bruk med akseptable resultater.

Også her lekes det med parametre for å motvirke vibrasjoner og hakking. Høy-prestasjonverktøy har ofte variable heliksvinkler på hver flute som forhindrer ytterligere resonans og bryter opp mønsteret.

 

Flere illustrasjoner hentet fra Harvey Performance. 

Nytt liv til en gammel arbeidshest

/

Endelig er jeg ferdig et prosjekt som er meg hjertet nært. Et prosjekt jeg har holdt på med siden skoleåret startet i fjor. Min helt egen custom Mauser 98 i .30-06 Springfield! Det ser kanskje ikke sånn ut, men den startet livet som en Karabiner 98k i den tyske hær under andre verdenskrig. En slik som er avbildet under.

Det er ikke min spesifikke rifle jeg holder i bildet over, det er faktisk den som ligger bak. Da jeg overtok den hadde den en gammel, sliten sporter-stokk på seg, men den startet som sagt livet på samme vis som den jeg holder her. Mange av disse riflene som ble liggende igjen etter krigen ble tatt i bruk i Hæren, men kort etter konvertert til .30-06 og gitt til Heimevernet da vi adopterte M1 Garand. På ett eller annet tidspunkt hadde den blitt kamret om til .308 Winchester (som noen få ble da dette ble NATO standard) som jeg ikke fant ut før jeg allerede var på skytebanen og hadde kjøpt .30-06 skudd. Ugh...

Men jeg trengte et våpen til både trening og jakt og tenkte det var en fin anledning til å ha et eget våpen jeg kunne bruke på skytedagene vi skulle ha. Prosjektet startet enkelt nok med den simple endring at jeg ville ha den i .30-06 og en ny stokk. Det ene førte til det andre og plutselig er det eneste originale igjen på børsa låsekassa og sluttstykket. Som er blitt tungt modifisert de og.

Det har vært en lang og lærerik reise med oppturer og nedturer.

 

Kamring og dreiing av nytt løp

Aller først fjernet jeg selvsagt løpet. Det satt godt fast så låsekassa måtte varmes opp for å løsne det.

Den originale løpsprofilen er fler-steget, eller trappet, og personlig er jeg ikke noen tilhenger av designet. For ikke å nevne at det ikke lar seg gjøre å kammre om et .308 løp til .30-06 uten å fjerne en del av kammer-enden siden tykkelsen på .30-06 hylsen er mindre der den treffer .308 skulderen enn .308 er, slik at det ville dannet seg en grop i kammeret her som ville gjort at hylsen ville blitt deformert/sprukket/satt seg fast ved avfyring.

Det er ingen spesiell grunn til at jeg ville ha .30-06 annet enn at jeg liker kaliberet og det en kraftig og allsidig patron. Riflen skal brukes til storviltjakt og langholdsskyting så et relativt grovt kaliber føltes riktig. Det går jo mye på følelser dette; og ikke nødvendigvis på tross av fakta.

Jeg fikk tak i en hylse som er et "adapter" som tilpasses diverse låsekasser og omgjør den til en delvis standardisert festemetode slik at våpenet blir et 'systemvåpen', altså at brukeren kan enkelt skifte løp dersom et annet kaliber kreves eller ønskes brukt i samme våpen.

Kammeret er selvsagt fortsatt i løpet, men det stikker på en måte ut av løpet og tres inn i hylsen. På bildet over er hylsen satt på feil vei for å sjekke pasning. Denne krevde litt å lage; selve pasningen vist over hadde kun 0,03 millimeter unilateral negativ toleranse.

Over kan vi se hylsen skrudd på løpet og gjenger slått i hylsen for å passe i låsekassen (under).

Deretter brotsjes (les: rømmes) kammeret med hele smæla skrudd sammen.

Etter inspeksjon og testskyting av det nye kammeret viste det seg at jeg hadde fått en rivning i metallet under prosessen som hadde etterlatt seg et dypt sår inne i kammeret og som deformerte patronen som vist på bildet under. Dette gjorde den svært vanskelig å få ut, men det gikk heldigvis med bare litt makt. Den dårlige nyheten var jo selvsagt at jeg måtte gjøre alt på nytt, inkludert å lage det presise hylse-partiet om igjen også... 

Men andre gangen gikk det knirkefritt og resultatet ble tilfredsstillende.

Under dreier jeg ned det nye, nå ferdig kammrede, løpsemnet fra Lothar Walter. I første omgang kun ren masseavvirkning for å tynne løpet.

Konusdreiing for å fullføre løpsprofilen. Her brukte jeg brille for å minimere vibrasjoner og optimalisere maskinert overflatefinhet før puss.

Løpet behøver ikke være så veldig tykt, men et tykkere løp bidrar til økt presisjon. Jeg lot løpet være ganske tykt fordi jeg vill ha høy presisjon og løpet skulle uansett flutes for å fjerne noe vekt. Den koniske profilen på løpet bidrar til et slankere og helhetlig visuelt inntrykk med tanke på perspektiv.

 

Fluting

Jeg flutet løpet, hovedsakelig for utseende, men også for å redusere vekt. Dette var stort sett en langsom og kjedelig prosess siden matehastigheten var så lav. Når ett kutt tar ca 15 min og 5 fluter på 3-4 kutt per flute... det tok tid. Men verktøyet var flunkende nytt og prosessen ny for meg så jeg tok det heller litt med ro enn å forhaste meg. Finishen på flutene ble også veldig bra.

På tross av den langsomme prosessen var det en svært interessant og lærerik prosess. I bildet over klokker jeg inn løpet slik at kuttsiden er parallell med X-aksen. Siden løpet er konisk må det spennes opp litt på skrå for at flutens tykkesle skal bli jevn. Det ble spent opp i et delehode og en senterspiss med en vinkelplate som støtte bak. En liten innretning med et spor i satt rundt løpet og ble brukt for å trekke mot vinkelplaten og holde det stramt på plass. 

Det viktigste her er at flutene blir symmetrisk, så den første fluten må stilles inn i forhold til hvordan løpet sitter i låsekassa. Jeg monterte det fast i rifla og merket opp med en av de andre fresene hvor midten/toppen av løpet var. Deretter monterte jeg det opp i oppspenningen over og brukte en høyderissemåler/rissefot får å vise midten av løpet og roterte delehodet til den rissede linjen og høyderissemåleren møttes. Jeg gjorde også noen små testkutt for å verifisere at verktøyet fulgte denne linjen. Nå skulle den første fluten teoretisk sett bli midt oppå løpet.

Jeg lagde som nevnt 5 fluter, av den enkle grunn at det gjorde at jeg slapp å flytte vinkelplaten for hver rotasjon, siden med et oddetall fluter vil løpet alltid hvile mot vinkelplaten på en ribbe og ikke på en flute. Jeg er av den tro at et partall fluter, som er fullstendig symmetrisk, vil gi et stivere løp siden den totale tykkelsen mellom ribbene blir større enn med et oddetall fluter, men det skal tydeligvis ikke utgjøre så stor forskjell.

Et annet viktig moment å tenke på er hvordan løpet er tilvirket. Hvordan det er laget, om det er varmhamret eller kaldhamret eller om riflingene er påført i etterkant med en "button" som dras gjennom pipa kan påvirke hvordan løpet reagerer på å bli flutet. Det kan hende det innfører spenninger ved å lage en hel dyp flute på en gang før man tar den neste, eller det kan gå fint, men man kan trenge å ta alle kutt av samme dybde før man øker kuttdybden for å opprettholde rettheten i pipa, men det var heldigvis ikke et problem for meg med dette løpet.

 

Låsekassen

Mye ble gjort med selve låsekassen og sluttstykket.

Mest interessant av alt er vel en idé jeg fikk av mine mentorer på XXL. Mauser-låsekassen er relativt fleksibel og svak p.g.a utsparingen til tommelen som er der for at våpenet skal kunne bli ladet med stripper-clips. Så tanken er å sveise igjen dette hullet for å stive opp kassa. Hvilket jeg gjorde. 

Jeg lagde en bit av vanlig maskinstål som passet sånn høvelig greit i hullet med litt overmål og MIGet den fast utenpå og inni. Deretter freste jeg vekk det verste og avsluttet med fil. 

Utenom det ble det tilvirket en ny picatinny-skinne som jeg har skrevet om tidligere og nye monstasjehull boret og gjenget.

Nytt avtrekk ble installert, Timney FWD med avtrekkersikring. Siden jeg nå hadde sikring på avtrekkeren ble den originale direkte sikringen på shroud'en fjernet og ny shroud ble kjøpt. Dette er riktignok litt mindre sikkert, men fortsatt sikkert nok.

Utdrageren og bolt-stoppen ble blå-anløpt og jeg monterte en ny selvdesignet hevarm.

Jeg kjøpte også Superior Shooting speedlock-system som er et tennstempel av titan eller stål og aluminium med en ny fjær i krom-silikon legering. Dette kan senke tiden fra avtrekk til skuddet går med flere millisekunder.

 

Rekylbrems

Jeg lagde min egen rekylbrems som er uthulet og plugget igjen for å fange og redirigere så mye av munninggassene som mulig.

Den fanger gassene og omdirigerer dem ut til sidene, oppover og bakover. Også ser den tøff ut.

 

Cerakote

Da alt var ferdig var det på tide å cerakote løp og låskasse, samt andre smådeler. Når det kom til løpet ville jeg ha blanke fluter, så disse ble maskert og endene av løpet plugget.

Cerakote og Durakote er en form for lakk som inneholder keramiske partikler og herder over flere dager og produserer et motstandsdyktig og slitesterkt lag. Det er viktig ved påføring at det som skal sprayes er glass-/sandblåst, avfettet og tørt. Det påføres i èn omgang med mange lette lag, mye som annen pulverlakkering.

Nydelig.

 

Stokk og bedding

I utgangspunktet hadde jeg tenkt til å lage min egen stokk i tre, men siden jeg satte på skinne på låsekassa ville det bli knotete å fylle på ammunisjon i magasinet, så jeg ville ha en løsning med uttakbare boksmagasin. Det var noen greie løsninger der ute og planen var å benytte AICS magasiner med en long-action underbeslag, men det viste seg å være en veldig vanskelig kombinasjon å finne for Mauser. Så jeg endte opp med en AA98, en glassfiber-forsterket polymer-stokk fra Archangel. Denne har mange justeringsmuligheter, er spesialtilpasset M98 og kommer med magasinløsning og et magasin. Jeg kjøpte også to ekstra magasiner, fordi hva er poenget med boksmagasinsystem med bare ett magasin?

Men selv om den kommer ferdig tilpasset var det ikke bra nok for meg. Ikke bare måtte jeg utvide løpskanalen til å passe det nye løpet mitt, jeg ville også bedde stokken. Det vil si å fylle i et epoxyharpiks i stokken for så å presse og skru fast låsekassa med dette stoffet i mellom og la det herde. Dette vil lage et eksakt avtrykk av låsekassa i stokken og den vil ligge godt og solid og vil ikke kunne røre på seg. Det vil også hindre at man drar inn spenninger i låsekassa når man skrur den i stokken som igjen vil bidra til økt presisjon.

Første steg er å rufse opp innsiden der epoxyen skal sitte. Det er kun nødvendig å bedde rundt festepunktene, dvs. rundt skruene, men det må der beddes helt opp til kanten av stokken og spesielt i rekylopptaket, vanligvis den utstikkende flaten ved den fremste skruen.

Det er viktig å lage dype og ru spor her slik at beddingen fester seg godt til stokken. Mange små ikke-parallelle kriker og kroker som limet kan flyte inn i lager et godt feste.

Deretter smøres låsekassen, skruene og alt annet som ikke skal ha lim på seg inn med f.eks. skokrem slik at limet ikke fester seg til annet enn stokken. Så blandes beddemassen som er en blanding av lim og herder, i dette tilfellet i et forhold på 1:4 herder/lim. Vi blandet her 20g lim og 5g herder. Krydre med litt svart fargepulver etter smak. Finhakk en håndfull isolasjon og ha i. Rør godt.

Man ønsker en konsistens slik at det ikke flyter og drypper av rørepinnen. Glassfiberet gir limet styrke og struktur.

Massen legges på og presses godt ned og inn i alle de tidligere nevnte kriker og kroker. En liten rygg av masse legges midt på for å hindre at det fanges luftbobler og som automatisk presses ut fra midten og sørger for en jevn spredning.

Man skrur så fast låsekassen, men ikke så hardt at de spenningene vi prøver å unngå blir bygget inn i beddingen. Så vi strammer til det stopper og så løsner opp til låsekassen ikke stiger mer.

Etter at det er herdet kan de største ansamlingene pirkes av og så kan mekanismen røskes ut av stokken.

Skruehullene kan trenge å bores opp siden det har samlet seg beddemasse i skruekanalene som kan gjøre de vanskelig å få inn skruene ordentlig.

 

Voila!

Annet tilbehør som er brukt:

  • Accu-Tac LR-10 tofot
  • Accu-Shot Mid-Range monopod
  • Vortex Viper PST 6-24x50 EBR-1 MRAD kikkertsikte
  • Daniel Defense QD sling mount
  • Magpul MS4 Dual QD GEN2 reim

Nå er jeg fornøyd og veldig glad! Jeg gleder meg til å ta den med på skytebanen og virkelig sette både den og meg på prøve.

Dreieverktøy og skjær

/

To av oppgavene vi har hatt er å slipe hurtigstål-skjær til dreiebenken. Vi skulle slipe et gjengeskjær og et kronestål. Begge er formverktøy som påfører en profil i arbeidsstykket:

Gjengeskjæret over ble slipt for hånd uten noen form for støtter og sjekket med et slipelære.

Skjæret er 60° slik at hver kuttside er 30° fra senterlinjen.

Klaringsvinklene er like på begge sider og skjæret har ingen innebygd vinkel siden heliksvinkelen for 60° gjenger er så liten at den kan ignoreres.

Dette verktøyet profilerer i X-retningen.

02.jpg

Kronestålet er et formverktøy på den mer tradisjonelle måten i det at den påfører en unormal form på arbeidstykket. Dette verktøyet har flere bruksmåter, men hovedbruken er å krone munningen på løp som jeg har snakket om tidligere. Verktøyet settes slik at spissen er inne i løpet og toppen av buen ligger midt på godset mellom innsiden og utsiden. Verktøyet føres så inn langs Z-aksen og påfører profilen på munningen. Dette vil da resultere i en klassisk jakt-kroning. Verktøyet kan også beveges litt frem å tilbake på X-aksen for å endre kroneprofilen. Dersom en 11° kroning ønskes kan tuppen av skjæret brukes til dette.

Weatherby-Vanguard-308Win-0006-crown.jpg

Jeg tenkte jeg skulle benytte anledningen til å skrive litt om typer skjær og bruksområder, fremstilling og gjenkjenning.

Det finnes hovedsaklig to typer dreieverktøy; hurtigstål og hardmetall.

Hurtigstål-blanks

Hardmetall-inserts

Hurtigstål

Hurtigstål er et høy-legert stål med et høyt karboninnhold som gjør det svært hardt, men sprøtt. Det tåler høyere temperaturer enn vanlig høy-karbon stål uten å miste hardheten sin, vanligvis opp til 500-600 °C. Denne motstandsdyktigheten til temperatur heter "red hardness" på engelsk. Det kalles hurtigstål fordi det er i stand til å bearbeide metall raskere og ved høyere turtall enn annet renere stål. Det er tilført stoffer som lager legeringer som forbedrer egenskapene og levetiden til verktøyet. De vanligste tilføringene er wolfram (W), molybden (Mo), krom (Cr), vanadium (V), kobolt (Co), mangan (Mn) og silikon (Si).

De to vanligste typene hurtigstål kategoriseres i to grupper: T-type og M-type, for hovedsakelig Tungsten(wolfram)-tilføringer og Molybden-tilføringer respektivt. T1 er et hovedsakelig wolfram-legert stål mens M2 er et hovedsakelig molybden-legert stål. Tallet bak bokstaven relaterer ikke nødvendigvis til noe spesielt med den ståltypen, det er først og fremst for å skille dem fra hverandre.

Det finnes uendelig mange varianter og typer hurtigstål, men de vanligste er oppført i tabellen under:

high_speed_chart.jpg

Som vi kan se på tabellen har M serien mye molybden og T serien mye wolfram, men wolfram er den klassiske og tidligere vanligste tilføringen, så M serien har mer wolfram enn T serien har molybden. Kobolt kan også tilføres for å øke levetiden og temperaturmotstanden, dette er da ofte opplyst på stålet. Vanlige benevnelser for dette er HSSE, HSS-E eller HSS-Co.

Wolfram er et tungt og sterkt, sjeldent metall, og har det høyeste smeltepunktet av alle elementer som er oppdaget, ved 3422 °C. Bedre kjent som Tungsten i engelsktalende land etter svensk tung sten, hvem skulle trodd... Wolfram brukes til mye rart, men mesteparten av verdens wolfram-utvinning går til produksjon av wolfram-karbid som brukes i hardmetall.

Molybden er et annet sterkt metall med et veldig høyt smeltepunkt ved 2623 °C. Det binder seg lett og lager harde og sterke bindinger i legeringer. Molybden opplever veldig liten termisk ekspansjon ved høye temperaturer.

Hurtigstål har stort sett en hardhet på over 60 HRC opp til ~67 HRC.

 

Sliping av hurtigstål

Hurtigstål brukes i veldig mange sponfraskillende verktøy, som bor, gjengetapper, freser, rømmere, brotsjer, etc. Men hurtigstål beregnet for bruk i dreiebenker leveres som blanke, uformede biter i mange ulike størrelser og former.

Fordelen med å bruke slike hurtigstål-blanks er at det kan slipes og formes til det formålet man behøver og kan skjærpes når det blir sløvt. 

Et typisk hurtigstål-skjær kan se slik ut:

Disse kalles hovedsakelig "single point cutters" på engelsk, ettersom det bare er ett punkt eller side som kutter, i motsetning til f.eks. et bor der det er to sider som kutter samtidig.

Det finnes mange ulike former etter hvilken operasjon som skal utføres:

Hvilket verktøy som er beregnet for hvilken retning og hva det eventuelt heter kan være litt forvirrende, men som en regel kan vi si at dersom man står mot dreiebenken er høyre-verktøy ikke verktøy som peker mot høyre eller har kuttsiden på høyre, men verktøy som er beregnet på å bevege seg fra høyre mot venstre, altså har de den kuttende siden på venstre.

 

Når det kommer til å faktisk slipe dem er det en del ting som er viktig å forstå:

Skjæret må selvsagt ha klaring fra alle sider bortsett fra kuttsiden slik at skjæret faktisk kan føres inn i materialet uten at noe annet enn kuttsiden treffer arbeidsstykket. Disse formene kan være komplisert å slipe siden man må til tider holde styr på 3 vinkler samtidig.

Det er egentlig ingen fasit på hvilken rekkefølge disse flatene bør slipes i, men som hovedregel kan vi si at:

  • Endeklaringen slipes først. Dette er første del av spissvinkelen: endeklaringen og endeklaringsvinkelen, som slipes samtidig:

Disse to vinklene holdes samtidig. Stålet føres rundt i sirkel mens det holdes stødig til hele den slipte flaten er uniform. Stålet kan også presses inn i steinen og holdes der, men vær obs på at endeklaringen da vil få en slak kurve som er lik radien til slipesteinen og vil ikke bli like sterk.

PROTIP: Det er en fordel at slipemerkene går langs med dreieretningen og ikke lager "fartsdumper" for sponet eller arbeidstykket.

Resultat:

  • Deretter slipes andre del av spissvinkelen og første del av eggvinkelen; klaringsvinkelen og innstillingsvinkelen.

Jeg pleier å holde hele stålet litt på skrå sett forfra mot slipesteinen, vanligvis i samme vinkel som endeklaringen. Ikke egentlig nødvendig, men det gjør slipingen på klaringsvinkelen parallell med endeklaringen, som jeg liker.

PROTIP: Spissere tupp (spissvinkel) vil tåle mindre og gi grovere overflate, spesielt uten neseradius, men kan være nødvendig for å bl.a. lage skarpe innvendige hjørner.

Resultat:

  • Så slipes andre del av eggvinkelen; sponvinkelen og hellingsvinkelen. Denne slipes ofte også på skrå på samme måte som over slik at slipingen blir parallell med endeklaringsvinkelen.

PROTIP: Skarpere sponvinkel og hellingsvinkel vil stort sett føre til en mer 'skjærende' operasjon i stedet for en 'rivende' bevegelse, som vil gi finere overflate. (Kjølevæske vil også drastisk øke overflatefinheten fordi det bl. a. skyller vekk mikro-spon som riper opp overflaten.)

Resultat:

  • Etter dette gjenstår kun å slipe eller hone inn neseradien:

Et grunnleggende og enkelt dreieskjær.

PROTIP: En enkel sponbryter er også å anbefale: En liten grop på tvers av sponvinkelen eller hellingsvinkelen vil øke den effektive eggvinkelen og bidra til at sponet krøller seg og bryter av uten å bli for langt, men denne kan også begrense bruken til skjæret. Sponbryteren burde bli trangere jo lenger vekk fra skjærpunktet den går.

Det kan også lønne seg (for den siste prikken over i'en) å hone eggen med en slipesten eller lignende for en knivskarp egg. Hvis DU skjærer deg på den kan du vedde på at den vil skjære stålet som smør. 

 

 

Hardmetall

Hardmetall er egentlig ikke et metall, det er keramisk bundet wolfram-karbid. Karbider er stoffer der karbon binder seg med andre elementer i veldig strukturerte og solide former. Hardmetall blir ofte omtalt kun som "karbid", men det er teknisk sett en forenkling av "cemented tungsten carbide" ettersom "karbid" som sagt er et fellesbegrep for flere andre materialer som f.eks. titankarbid og tantalkarbid som også brukes til å lage dreieskjær.

Wolfram-karbid (WC) er et veldig hardt materiale, nesten like hardt som diamant, men det er vanskelig å forme. Hardmetall-verktøy er derfor wolfram-karbid blandet med et bindemiddel som sammen sintres, som er en prosess der materialet presses sammen og varmes ved høy temperatur, men uten at det blir flytende. Det lages derfor mange små granuler som pakkes tett sammen og binder seg sammen med hverandre ved hjelp av et middel, vanligvis kobolt.

Denne prosessen smelter det delvis og gjør at det binder seg godt i veldig sterke formasjoner. Derav "cemented".

De tre hovedstadiene ved sintering.

Andre materialer som brukes i produksjon av dreieskjær er bl.a. syntetisk diamant og bornitrid, men sementerte karbider er vanligst.

 

Når vi snakker om hardmetall tenker nok de fleste på utbyttbare karbidskjær (indexable carbide inserts) (høyre), men de finnes også som fastmonterbare hele karbid-biter som varm-loddes fast til en bit med hurtigstål (under.)

Z1x5uupcpEx--n.jpg

Disse verktøyholderne (brazed carbide tooling) kan være tricky å lage så de fåes kjøpt i ISO standarder:

Noen av disse fåes også i venstre og høyre konfigurasjon. Karbid-bitene brukt her har ganske enkel geometri og er relativt billige, men mer komplisert å skifte ut og er derfor ikke så veldig vanlig, spesielt ikke hos store industrielle fabrikanter.

Mer utbredt, blant både industri og hobbyister, er vendeskjær:

Disse har mange fordeler som at de:

  • Arbeider ved høyere skjærehastigheter som gjør at de kan kjøre på økt matehastighet og gjør dem godt egnet til "high speed machining" (HSM) / "high velocity machining" (HVM).
  • Har relativt lang levetid, kombinert med at de kan løsnes raskt og vendes eller vris til en ny kuttside på samme skjær.
  • Kan raskt byttes ut når hele skjæret er brukt opp som bidrar til mindre 'downtime' for maskinen eller firmaet.
  • Gir stort sett finere overflate rett fra maskinen enn HSS.

Men det er også ulemper:

  • De er ikke like egnet til å gjøre avbrutte kutt, som hvis man dreier over borrede hull eller lignende, karbid liker et konstant og jevnt trykk, men de tåler til gjengjeld veldig mye av det.
  • De er ikke like skarpe som HSS kan bli, som kan gjøre det utfordrende å ta kutt med svært liten kuttdybde med god overflatefinhet. Hardmetall foretrekker ofte å ta litt mer materiale av gangen.

En viktig ting med hardmetall er at man trenger en spesifikk holder til et spesifikt skjær, man kan ikke, i motsetning til HSS, bruke en hvilken som helst holder til alle skjær. Bruker man WNMG skjær må man bruke WNMG holder (f.eks. en MWLNR).

Typer skjær og hvordan de defineres er selvfølgelig en ISO standard ♥ ISO 1832:

Den første bokstaven definerer fasongen på skjæret.

Det er feil å si at en av disse definerende bokstavene er viktigst siden alle er like viktige, men... dette er den viktigste. Du får ikke bestilt noe med bare denne, men det er en start.

Disse er relativt logisk organisert der bokstaver ofte er basert på den første bokstaven i formen, sånn som H, O, P, S, T, R.

Når det kommer til alle de forskjellige variantene av grader på rombe og parallellogram er man bare nødt til å slå det opp.

I eksempelet over er formen W et såkalt 'trigon' som i bunn og grunn er tre 80° trekanter satt sammen til en likesidet trekant-form.

Den andre bokstaven representerer endeklaringen på skjæret.

Akkurat som med hurtigstål så blir skjæret svakere jo mer endeklaring det har, men det kommer ofte til på flere steder og kan jobbe på ting med større diameter (eller kutte høyere over senter).

Den største klaringen er G på 30° og den minste er N som er helt rett / flat med 0°. Disse N-skjærene har ofte endeklaringen bygget inn i holderen:

 

Bokstav nummer tre definerer toleransene til skjæret. Finere toleranser koster selvsagt mer.

Vi er enda ikke kommet til størrelsen på skjæret, det er dekket av posisjon 5 og 6, men det er viktig å oppgi toleranseklassen til skjæret. Dette er da standardisert i følge tabellen over.

Toleransene er mye av det samme, men varierer på hvilket punkt av skjæret som er mest nøyaktig (tykkelse, total størrelse, lengde til egg).

Med toleranse M ser vi at toleransene er relativt store, der total størrelse og lengde til egg er viktigst for denne toleranseklassen. Disse toleransene kan være spesielt viktig i CNC-maskiner der skjæret byttes ut og foventes å produsere like deler som det gamle skjæret uten rekaliberering.

I ANSI standarden er dette mye det samme, men oppgitt i tusendels tommer.

 

Den fjerde bokstaven representerer flere ting; festemåte og sponbryter.

Herunder er alle variasjoner av følgende muligheter: sylindrisk hull, forsenket hull (1 eller 2 sider, samt flere typer forsenkning), sponbryter (1 eller 2 sider), ikke hull, ikke sponbryter.

Skjær med endeklaring noe annet enn 0° kan vanligvis ikke vendes og har derfor ikke noen sponbryter eller forsenkning på andre siden. Skjær uten forsenket hull (kun sylindrisk) er ofte festet til holderen med en låsepinne og/eller klemme.

Nå over til det som virkelig kan frustrere og forvirre: De første to tallene i posisjon 5 bestemmer størrelsen til skjæret ved Inscribed Circle (IC) som er den største sirkelen som får plass i skjæret rundt senter uten at noen del av sirkelen stikker utenfor OG/ELLER lengden av kuttesiden (L).

Alt dette er som sagt egentlig en ANSI standard som er blitt slurpet opp av ISO, og det har jeg ikke noe problem med, det er en grei standard, men da ISO tok den i bruk var produkter allerede etablert i... ikke tusendels tommer, NEIDA, antall 1/16 tommer som går i sirkelen... og ISO valgte derfor å definere noen nye størrelser i millimeter, men også beholde disse tallene i tabellene som standard. Så selv om disse tallene egentlig burde være en metrisk verdi i millimeter, så er de ikke alltid det og det er derfor spesielt viktig at denne verdien slås opp.

Så i eksempelet over, der den innskrevne sirkelen i skjæret skal være en 06 så vil det si 6/16", som er 9,525 mm.

Kan vi aldri få ha en logisk og uniform standard? Man mister litt motet...

Det er en morsom historie angående hvordan Amerika nesten gikk over til metrisk da det enda var en ung nasjon. I 1793 fant regjeringen av de nylig forente stater ut at de trengte et nytt standardisert målestystem ettersom statene fremdeles var relativt fragmentert og brukte forskjellige systemer som gjorde mellomstatlig handel og samarbeid vanskelig. Så på oppfordring av Thomas Jefferson, som også likte 10-tallssystemet, ble en fransk vitenskapsmann ved navn Joseph Dombey sendt over Atlanteren med en kobberstang som var ca. 3 fot lang og en kobbervekt som veide ca. 2 pund. Dette var selvsagt fysiske representasjoner og standarder av det, på den tiden under utvikling, metriske system som var 1 meter og 1 kilo respektivt. Han skulle hjelpe Jefferson å overtale kongressen til å adoptere det metriske system. Men på vei over havet møtte de på en storm som sendte skipet deres lengre sør, nærmere Karibien. Der ble han og skipet tatt til fange av britiske pirater som prøvde å kreve løsepenger for Dombey, men dessverre døde han i fangenskap. Tingene han hadde med seg var ikke av interesse for piratene så de ble auksjonert bort og etterhvert fant kiloet veien til en amerikansk landmåler ved navn Andrew Ellicott. Det gikk i arv til 1952 da etterkommere av Ellicott donerte det til det som kom til å bli NIST (National Institute of Standards and Technology). 

Det er riktignok ikke det eneste forsøket på å importere rasjonalitet til Amerika, men det kunne gjort en forskjell. We will never know.

 

Tallene i posisjon 6 representerer tykkelsen på skjæret. Mye av det samme gjelder her som i posisjon 5, men vi har mer frustrasjon i vente.

I eksempelet over er skjæret definert som 04 som MAN SKULLE TRO vil tilsi 4/16" men det blir 6,35mm som ikke stemmer med denne fabrikantens tabeller, så hva er det som skjer? Det var noens glupe idè at når det kommer til tykkelse så skal det brukes tomme-verdier, men tallet skal representere den nærmeste 1/16 tomme-verdien der det første tallet i millimeter-konverteringen blir 4.

3/16" blir 4,76mm så der har vi svaret. Kjempelogisk.

Avvik fra denne regelen desgineres med en bokstav i stedet for 0, vanligvis T.

Det er viktig å notere seg at tykkelsen måles fra bunnen av skjæret og opp til skjærepunktet/eggen.

Den siste pålagte informasjonen, posisjon 7, representerer neseradien til skjæret. Her er det heldigvis litt mer logikk inne i bildet og de to tallene i denne posisjonen er direkte overførbare til en radius i millimeter. 

I eksempelet over er tallene 08 som betyr at neseradien er 0,8mm.

Man tenke seg at det mangler et komma mellom dem; f.eks. så er 24 2,4mm radius.

For sirkulære skjær der IC = neseradius, designeres dette med 00 hvis størrelsen er konvertert fra tommer og M0 dersom verdien på størrelsen er metrisk.

Den første valgfrie bokstaven, posisjon 8, definerer hvordan eggen er formet og hvordan den er behandlet. Om den er slipt, honet, lakkert, sintret, eller på annen måte bearbeidet.

Men det representerer først og fremst formen på eggen.

Bokstaven i posisjon 9 representerer hvilken hånd eller retning skjæret er ment til å bevege seg i.

 

Posisjon 10 definerer ytterligere formen på eggen dersom skjæret ikke har en enkel tupp med neseradius:

Dette oppgis hovedsakelig dersom posisjon 7 er bokstaver, og slike skjær har vanligvis skrå og skarpe kanter (ingen hjørneradier).

Tabeller hentet fra Mitsubishi Carbide. すみません

Overflatefinhet

/

Overflatefinhet er et bredt tema og krav til dette omhandler tilvirkningsmetoder, sluttprosesser, definisjoner og toleranser.

Ved design og produksjon spiller overflatefinhet en betydelig rolle for funksjonen og levetiden til komponenter og maskiner.

Det er f.eks viktig at deler som skal være i kontakt med hverandre, og spesielt dersom de skal gli eller på andre måter være i bevegelse under kontakt, har fin overflate for å sikre så lav friksjon som mulig.

Kulelagerdelen til høyre har krav til fin overflate for å sikre korrekt og god funksjon og vi kan se forskjellen mellom grovforming (øverst) og presisjonssliping og polering (nederst).

Økt glans og refleksjon kommer av at fine overflater er mer uniform i hvor de kaster lyset, i motsetning til grove overflater som kan spre lyset i flere retningen som får det til å se mer diffust ut.

Definisjonen av en overflates natur er tredelt:

  1. Legge (Bearbeidingsretning)
  2. Ruhet
  3. Bølgethet

En annen måte å se dette på er at bølgethet er makro-overflate og ruhet er mikro-overflate.

En fjerde faktor som kan påvirke overflater er enkelte feil, hakk, hull, groper eller riper. Dette regnes vanligvis ikke som en del av den totale overflatefinheten, men har allikevel stor betydning og kan ha utslag for funksjonen.

Mange ulike overflater er ønskelig basert på komponentens funksjon og som i eksempelet over er det svært viktig at bærende overflater i bevegelse, som i kulelagere, har en fin overflate for lav friksjon og lav slitasje. Andre funksjoner som krever ulike overflater:

  • Termisk konduksjon - Krever maksimal kontakt mellom to overflater. Dette fører til speilblanke og rette overflater.
  • Dekorasjon - Varierer veldig mellom ønsket utseende, men krever ofte spesifikke og uniforme legger og sluttprosesser.
  • Adhesjon - Krever maskimal kontakt mellom overflate og substans som lim eller maling, derav grov, men uniform overflate.
  • Friksjon - Dersom stor friksjon ønskes kreves det grove overflater med høye topper og lav kontaktoverflate.
  • Forsegling - Krever fin overflate og lav bølgethet for å oppnå maksimal kontakt mellom de forseglende overflatene, samt lav slitasje.

 

Legge

Legge er en måte å definere topografien av en overflate og hvordan den er arrangert, sett vinkelrett ned på overflaten. Praktisk sett er det retningen på bølgeprofilen som følge av produksjonsmetoden brukt.

poor_finish-n.jpg

Over er et eksempel på ulike typer legge, vertikal (A) og sirkulær (B). Denne typen legge er normalt for dreiing.

Til venstre er et eksempel på en overflate som er bearbeidet med fresing, mest sannsynlig en planfres, og viser en blanding av sirkulær og krysset legge. Øverst på bildet er et skille mellom de to passeringene som vil bidra til at det totale legget blir horisontale striper med kryssede sirkler. Dette kan føre til en ujevn oveflate.

Legge kan også beskrives selv om vi ikke kan se mønsteret eller det ikke er videre tydelig, men det fortsetter å representere i stor grad tilvirkningsmetoden og hvordan verktøyet har bearbeidet materialet.

Kompliserte legger kan gjøre det vanskelig å bestemme finheten til en overflate ettersom overflatefinhet i stor grad er en visuell og taktil sammenligning mellom overflaten og forhåndsdefinerte overflatetolker, ofte kalt en My som i den greske bokstaven µ for 'mikro', og kan se slik ut:

 

Ruhet & Bølgethet

Ruhet måles vanligvis i Ra (Roughness Average) som er den gjennomsnittlige høydeforskjellen mellom mikroskopiske daler og topper i overflaten. Ra måles i mikrometer (µm) eller mikrotommer (µin / µ"). Dette kan også kalles AA eller CLA som står for Arithmetic Average og Center Line Average respektivt.

Som sagt så kan ruhet og bølgethet sees på som to størrelser av samme mål, kun i ulik skala, men der er ikke nødvendigvis slik.         Ruhet sammenlignes ofte med sandpapir, der finere sandpapir føles gjevnere men sandpapiret trenger ikke å være plant, det kan bukte seg og ha bølger men fremdeles ha en fin overflate. De to definisjonene brukes ofte sammen for å definere en profil av en overflate men de har ulike enheter og bruk. Det kommer ann på testlengden av målingen, men de brukes sammen for å definere den gjennomsnittlige ruheten over en gitt testlengde.

Det er mange verdier å ta hensyn til når det kommer til måling og kvantifisering av overflatefinhet og om hvordan dette skal måles strides de lærde:

Det hovedsaklig to enheter, Ra og RMS (Root Mean Square) som er en annen måte å kalkulere ruhet på, men bruker de samme målingene og rådataene.

  • Ra (Roughness average) - Mest vanlig enhet, gjennomsnitt
  • Rz / Rmax (Roughness total) - Totale høyden mellom høyeste topp og laveste dal innen en testlengde
  • Rp (Roughness peak) - Høyeste topp
  • Rv (Roughness valley) - Laveste dal

Ra og Rz og andre benevnelser kan brukes individuelt og hvilken som brukes er mye opp til industristandarden som kan variere mellom industrier. Selve matematikken bak alt dette er noe utenfor hva jeg har behov eller ønske om å gå i dybden av, men Ra kalkuleres hovedsaklig slik:

Man velger en linje som skal representere den teoretiske fysiske størrelsen til delen og regner ut medianen fra den. Noen måter å regne dette på snur også dalene rundt slik:

Ruheten kan også oppgis som et ISO N-nummer fra N1 til N12 der N1 er finest.

Denne måten å måle ruhet på, den mest normale, er ikke nødvendigvis det på grunn av at det er den beste måten, men det kommer mer fra gammelt av, men den er helt kurant.

Noen problemer som Ra og lignende måter å oppgi ruhet på er at det er vanskelig å skille mellom topografier som er toppdominert eller daldominert og andre rare former.

Bølgethet brukes så vidt jeg fortstår ikke innen ISO standardene lenger.

For å måle dette finnes det mange forskjellige apparater, en portabel en kan se slik ut:

Normale overflatefinheter man kan forvente av ulike bearbeidingsmetoder:

Toleransesetting av overflatefinhet beskrives med en 60° V med et langt bein, på den overflaten toleransen gjelder:

En åpen V uten horisontal strek betyr ingenting alene. Dersom materiale må fjernes markeres dette ved å lukke V-en med en strek slik at det blir en trekant. Dersom dette ikke er tillat og flaten enten ikke skal gjøres noe med eller overflaten bare kan forbedres ved tilleggingsprosesser markeres dette med en sirkel inne i V-en.

Dersom en spesifikk produksjonsmetode kreves markeres dette med en lengre horisontal strek på punkt b.

Over er de parametriske symbolene for bearbeidingsretning for punkt d.

Symbolet settes på flaten eller dimensjonen som gjør at den representerer korrekt flate i forhold til projiseringsplanet.