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

Kuledreier? Kule greier!

/

Denne uken, blandt mye annet, har jeg endelig blitt ferdig med et prosjekt jeg har holdt på med lengre enn jeg tør å innrømme. Ikke nødvendigvis fordi jeg jobber tregt, men jeg har ventet på nødvendige deler. Men nå er dingsebomsen endelig ferdig og jeg kan fortelle litt om den.

Jeg har laget en kuledreier! Det er et verktøy for å dreie sfærer i dreiebenken.

Jeg startet opprinnelig med å lage den for å lage en hevarmskule:

Bolt-n.jpg

Med tanke på hvor lang tid jeg har brukt på den hadde det definitivt vært mer effektivt å bare lage hevarmen på den gamle måten med frihånds-dreing og fil, men jeg har lært utrolig mye i løpet av produksjonen og verktøyet ble ypperlig som vi får se senere.

Verktøyet består av to store sirkulære deler som roterer på hverandre, sammenknyttet med en M12 bolt med forsenkningshode. Bolten har en sikringsmutter under, inni basen, for å sørge for at den ikke løsner under bruk.

På den øvre delen av basen sitter dreieskjæret i verktøytårnet. Skjærene er festet til en settherdet ståldel som sørger for stabilitet og mothold for skjæret når det møter arbeidsstykket. Denne er så skrudd i verktøytårnet. Skjærene er TCMT 110204 festet med M2,5 torx insert-skruer. Disse spesifikke skruene var hovedsaklig det jeg måtte vente en stund på før jeg kunne få tatt i bruk verktøyet.

Mer om skjær i et fremtidig innlegg.

Verktøytårnet er festet til svalehale-sleiden med to forsenkede M8 bolter.

Sleiden kan beveges frem og tilbake i dette sporet og kan låses fast i ønsket posisjon ved å stramme de fire set-skruene som dytter på den ene sleidekanten.

Hele verktøyet festes i T-sporet i tverrsleiden på dreiebenken med disse to T-spor mutterne her:

Disse blir så strammet av to M8 bolter som er forsenket inn i basen og den øvre delen må vris til riktig posisjon for å få tilgang til boltene.

Den er altså festet slik:

Spaken bak brukes for å vri den rundt arbeidsstykket og dette skaper kuleformen.

Det eneste som nå manglet var et godt grep på denne spaken, så kronen på verket var å lage en messingkule til enden av spaken med verktøyet. På den måten har verktøyet fullført seg selv!

Her er noen videoer av den i aksjon:

Det ferdige resultatet:

 

Hevarmen

Så var den virkelige testen kommet. Å dreie stål; å lage den hevarmen som jeg i utgangspunktet lagde dette verktøyet for.

Jeg fikk en tegning på hvordan hevarmen skulle være. En klassisk hevarm har en litt dråpeformet kule, men siden jeg benyttet kuledreiern min fikk jeg lage en litt mer sfærisk hevarmskule.

Det viktigste å tenke på med dette verktøyet når man skal lage sfærer er at senter av basen, altså det punktet verktøyet roterer om, er rett under og i senter av den kulen som skal dreies. Ved å sette senter utenfor eller forbi midten av kulen kan man lage ovale former og lignende.

Verktøyet har også skjær utvendig for å lage konkave former.

For å bruke verktøyet setter man først skjæret til senter av basen. På bildet under kan man så vidt se to rissede punkter som representerer at tuppen av det innerste skjæret er i senter av basen. Dette er en av de få pirketingene jeg gjerne skulle funnet en finere løsning for, kanskje lodde fast en bit av en linjal, eller på en eller annen måte gravere inn en millimeter-skala, men det er ikke nødvendig og funker helt fint uten.

Deretter kjøres verktøyet inntil arbeidsstykket til det så vidt møtes, og den digitale avleseren på dreiebenken nulles. Det er her viktig at vektøyet står mer eller mindre 90° på arbeidsstykket. Når avleseren er nullet kan tverrsleiden kjøres inn radien av arbeidsstykket (eller diameteren om avleseren er satt til diameter-modus, som de vanligvis er) mens vektøyet blir presset mot arbeidsstykket og da blir dyttet bakover i sleiden og vil innta den nøyaktige radius som arbeidsstykket har. Det er her selvsagt viktig at arbeidsstykket er dreiet ned til ønsket radius på kulen på forhånd.

Verktøyet føres tilbake ut fra arbeidsstykket og låses fast. Det vil da være kalibrert til korrekt radius.

For å begynne å dreie kulen settes en av aksene, X (radial / diameter) eller Z (aksial / lengde) til null, det spiller liten rolle hvilken.

Deretter avanseres kuttet med den andre aksen mens man roterer verktøyet. Etterhvert som man nærmer seg nullpunket for begge akser vil en kule eller halvkule fremarte seg. 

Deretter gjenstod det litt dreiing for å tynne ned selve armen og litt lett filing og pussing.

Den skulle også varmbøyes ca. 30°. Her brukte jeg nok litt for direkte og hard varme og litt mye oksygen i blandingen med acetylenen for det ble brent opp litt stål i bøyepunktet.

Det var ganske mye gods å varme opp, men det gikk nå til slutt og skadene er ikke noe litt smergel ikke kan fikse.

All done! Denne oppgaven tok både et halvt år og én time. Snodig det. Men verktøyet fungerte nydelig og jeg har lært mye av å lage det og hevarmen i seg selv ble ypperlig.

Produksjon av nytt tennstempel

/

De to siste ukene har jeg fått muligheten til å prøve å lage et nytt tennstempel til en Browning Buck Mark .22 pistol, helt fra bunnen av.

Maskinering og fabrikering av nye deler er noe jeg synes er svært interessant og det å kunne bruke disse ferdighetene til å reparere ting og få de til å fungere igjen er magisk.

Her ser vi den ødelagte tennålen.

Jeg tok mål av delen og skisset opp planen min.

Noen overflødige mål her og der muligens, men det er bedre å ha for mye informasjon enn for lite. En robust kartlegging i starten sparte meg for en del tid senere.

Jeg startet med et ukjent stykke stål, som mest sannsynlig var normalt konstruksjonstål, men vil fungere helt fint til formålet.

Jeg freste ut rette referansesider og gjorde stykket klart til videre presisjonsarbeid.

Deretter freste jeg begge sider med en solid pinnefres til riktig tykkelse, 1,6mm.

Etter å ha frest den ene siden flyttet jeg fresebordet hele fresens tykkelse + 1,6mm utover og freste vekk den andre siden, som etterlot meg med en fin bit med korrekt tykkelse.

Jeg brukte så den samme pinnefresen til å skjære ut grovkonturen til biten mens den stod oppreist og festet til den solide stålbiten i stikken.

Etter det var gjort spente jeg opp stykket på nytt, nå snudd 90 grader for å frese ut hullet i midten. Dette hullet var ikke sirkulært. Det var 2,4 x 3mm så jeg kunne ikke bare bore det ut. Jeg benyttet en liten 2mm pinnefres og sørget for å kun flytte den i Y aksen (opp/ned) slik at den ikke ble utsatt for sideveis stress som kunne ført til at den knakk. Jeg senket den ned gjennom stykket flere ganger til formen til hullet så riktig ut. Hullet er avlangt for å tillate tennålen å bevege seg fritt på tross av rullesplinten som holder tennålen på plass, men må ikke hindre tennålen i å overføre slaget fra hammeren til patronen.

Da det var gjort spente jeg stykket opp tilbake i oppreist posisjon og kuttet av biten med et kutteblad.

Under ser vi delen og den gamle ødelagte biten som den skal erstatte.

Herfra og utover var det stort sett håndarbeid med filing, sliping og pussing før det siste steget kunne utføres.

Nå begynner det å ligne på noe.

Etter grovfilingen fulgte pussing med fint smergel (600) for å gi delen en bedre og finere overflate og fjerne de siste merkene etter maskineringen og filingen.

Etter litt finpussing ble den siste polishen gjort med fin pussemaskin.

Dette bildet ser jo nesten profesjonelt ut!

Etter mye inn og ut av pistolen for å gjøre siste tilpassinger og sørge for at delen opererer som den skal, var jeg tilfreds med formen og alle klaringene og toleransene.

Nå følger det siste steget, herding og anløping som jeg fikk hjelp med av en av mine mentorer.

Her varmes biten opp til den er rødglødende og dyppes i et pulver som inneholder karbon og smelter det slik at stålet trekker til seg mer karbon.

Herding gjøres for å endre mange ulike egenskaper med metaller som strekkfasthet, hardhet, osv.

Hardheten til metallet kan måles med Rockwell-skalaen og viser hvor motstandsdyktig metaller er mot plastisk deformasjon.

Når metallet herdes skal det raskt avkjøles ved å dyppe det i vann eller olje for å "låse fast" molekylene i materialet i en sterk strukturering som gjør det anspent og knallhardt når det er nedkjølt.

Når man tilsetter mer karbon blir stålet mye hardere, men også sprøere og kan lett knekke. Derfor må man etter herde-prosessen anløpe metaller, dvs. varme det opp til ca 200-400 grader, avhenging av ønskede egenskaper og metallet / legeringen.

Etter delen var herdet slipte jeg vekk det ru skallet for å kunne anløpe den. Det er viktig å se på delen når den anløpes siden det er ofte fargen som oppstår man bruker til å anløpe ting og da må biten være ren og blank med en fin overflate.

Anløping gjøres for å slippe opp litt av stresset i metallet som oppstår ved herding. Dette gjør det mer bøyelig og mindre utsatt for å knekke eller sprekke, samtidig som det opprettholder store deler hardheten fra herdingen. Pluss at det får helt nydelige farger.

Vakkert!

Sannhetens øyeblikk. Fungerer den?

Jada! Avfyrte trygt og pålitelig.

Dette var et fint prosjekt for meg siden det hadde mye rom for feil. Dersom jeg gjorde noe galt var det kun en liten bit stål som ble tapt og ikke en enestående våpendel som var ødelagt for alltid. Det vil så klart ikke være sånn i fremtiden, men for øyeblikket setter jeg pris på bare å få kunne lære tips, triks og teknikker med rom for å feile. Erfaring er den beste lærer, men jeg vil helst ikke mestre noe ved å øve meg på andres eiendeler, for øyeblikket.

Presisjon

/

Presisjon er et relativt begrep svært kontekstuelt med hva en holder på med. For meg som studerer metallarbeid, maskinering og finmekanikk er det udiskutabelt mikrometeren som er sjefen.

Jeg holder for tiden på med et prosjekt der jeg skal lage en parallellklemme / tvinge. Dette er ganske grovt arbeid, tatt i betraktning at jeg jobber med toleranser på 0,1mm, men jeg gjør det så nøyaktig jeg i stand til med det utstyret jeg har tilgjengelig, som en øvelse i presisjonsarbeid.

Mikrometeren ble offisielt innført i 1879 under navnet "micron" men navnet ble i 1967 endret til "micrometre" for å la seg standarisere under the internasjonale enhet-systemet SI (Système international d'unités) der prefixen "micro" er standarisert for milliondeler med den greske bokstaven μ (my).

Èn mikrometer er en tusendels millimeter, en milliondels meter; 1×10-6 eller 0,000001 meter.

Som sagt så er alt relativt, og jobber man i byggebransjen kan man ofte høre "det går ikke på millimetere her" eller tilsvarende. 0,1mm er stort sett fint nok for det meste av generelt presisjonsarbeid, du skal lete hardt etter bor som er oppgitt i diametere mer nøyaktig enn tidels millimetere.

Papir ligger gjerne på mellom 0,1 og 0,2mm. Et menneskelig hårstrå er ca 50μm eller 0,05mm og er den oppløsningen de fleste skyvelær går til. 0,01 altså 10μm er nokså nøyaktig, og å jobbe helt ned på mikrometeren er utfordrene. Hadde du hatt toleranser på 1-10 mikrometer kunne delene ikke passet sammen dersom det kom bakterier mellom eller små temperatursvingninger.

Det finnes mange måter å arbeide med slik presisjon på, men alt fordrer at utstyret man jobber med blir tatt godt vare på og at referansene man bruker er pålitelige. Med det så mener jeg for eksempel en veldig enkel innrettning:

 

Planskive

En planskive er enkelt og greit en veldig rett plate av stål eller stein (f.eks. granitt) med meget fin overflatefinhet og eksepsjonell flathet. Du skal kunne stole på at den er "vannrett" og helt plan. Den har ofte 3 føtter for å unngå vipping.

Denne brukes som et referanseplan for å måle andre arbeidsstykker. De er gjerne slipt ned for hånd, mer nøyaktig enn en maskin kan gjøre det og kommer med plantoleranser ned til 1μm for AA grad eller 0,250μm (250 nanometer!) for AAA grad, men vanligvis finnes de i toleranser fra 5 til 7μm

Oppfinnelsen av planskiven er kreditert til Henry Maudslay, en britisk oppfinner ofte omtalt som faren av maskineringsteknologi, hvis oppfinnelser bidro til den industrielle revolusjon.

Selv om de er massive stykker stål eller stein må de behandles med den ytterste forsiktighet og kjærlighet. Hvis ditt største og viktigste referanseverktøy blir skadet blir det fort følgefeil tidlig på. Det bør helst ikke settes ting på dem over lengre tid og når de ikke brukes tildekkes med noe mykt, f.eks et stykke filt, og de må ikke utsettes for store temperatursvingninger. Det kan oppstå feil dersom noen områder av platen brukes hyppigere enn andre og bør kalibreres med jevne mellomrom, det vil si planslipes og håndskrapes.

Når det er sagt er det essensielt å sette ting på dem. Det er jo det de brukes til. For å sjekke retthet, planhet og parallellitet i arbeidsstykker eller for å risse linjer. Det er vanlig å sette høyderissemålere og måleurindikatorer på disse platene ved hjelp av indikator-armer.

 

Høyderissemåler

Høyderissemåler brukes på planskiver for å måle høyden eller andre dimensjoner av arbeidstykker og kan også som navnet tilsier brukes til å risse linjer og streke opp arbeid. De har en tung og solid base med høy overflatefinhet for å sikre god nøyaktighet i kombinasjon med planskiven.

Disse finnes stort sett med oppløsning ned til 10μm.

For å lettere se linjer man risser i metall kan man anvende blå "maling", ofte kalt "markerings-blå" eller lignende.

Å finne høyden til ting og risse hjelpelinjer er godt og vel, men hvordan vet man om arbeidsstykket er parallellt? Det bringer oss tilbake til måleurindikatorene.

 

Måleurindikatorer

Kanskje det aller viktigste hjelpemiddelet innen maskinering er indikatoren. Disse kommer i alle former og farger og brukes til et bredt spekter av ting. Det er ikke ende på bruksområdene.

De brukes til å forsterke og forstørre variasjoner i det som måles og viser disse variasjonene med utslag på måleuret som vi kan lese av. Den ytre ringen som holder gradskiven er roterbar slik at indikatoren lett kan nullstilles ved å vri den til nålen. Den lille nålen viser antall fulle rotasjoner utført av den store nålen.

De har ofte to sider med like tall der den ene siden er pluss og den andre minus, d.v.s. om arbeidsstykket går utover og innover eller blir mindre eller større, respektivt, der man måler, i relasjon til referansepunktet. De fåes i mange varianter, analoge og digitale med en oppløsning på vanligvis 0,01mm.

Det finnes også andre mer spesifikke indikatorer slik som sentreringsmålere (som brukes til sentrering, hjørnedetektering, rissing og nullpunktsmarkering) og kantavkjennere (som måler i 3 dimensjoner for innstilling av nullpunkter, eksakt innjustering av f.eks. hull, akser, referansekanter og plane flater samt rotasjonskontroll av spindler), samt tykkelsesindikatorer.

vippeindikatorer.png

Indikatorer trenger et fast punkt for å måle riktig, noe som ikke alltid er så lett å få tak i hvis man skal måle ting på rare steder, så da trenger man måleurholdere og magnetstativer.

De kommer ofte med en magnetfot for montering på mange ulike flater, men man kan også få dem med skruholdere, dreiebenk holdere eller morsekonhylse-adapter.

De eksisterer hovedsaklig i to varianter. Spindelindikatorer (over) som ofte brukes til sentrering i dreiebenker og freser eller måling av ikke-plane sider eller større arbeidsstykker og vippeindikatorer (venstre) som hovedsaklig brukes til å måle plane sider og finne parallellitet, men de er mer eller mindre universalt utskiftbare og alle typer indikatorer gjør stort sett den samme jobben.

Til venstre kan du se en vippeindikator som blir brukt til å verifisere at skrustikken er parallell med Y retningen på fresen. Bordet blir matet innover for å se om indikatoren gir noe utslag. Vippeindikatorer (og spindelindikatorer for den delen) må presses litt "under/forbi" det som skal måles for å gi utslag begge veier, hvis ikke så vil den kun gi utslag når det som måles blir større.
 Derfor må man sørge for at indikatorer trykkes såpass ned mot måleobjektet at man er sikker på at indikatoren ikke bunner ut før måleobjektet.

Måleurindikator med oppløsning på 1 mikrometer med total målemulighet på opptil 1mm.

Måleurindikator med oppløsning på 1 mikrometer med total målemulighet på opptil 1mm.

Relativt enkle innretninger med et antall leddede stive armer eller snorbelastede artikulerende kuleledd.

Analoge indikatorer er ikke spesielt intrikate, dog de inneholder fint urverk og fjærbelastede finemaskinerte tannstenger. Ganske enkle, men det enkle er ofte det beste.

Så hvordan får man det man måler til å bli sittende rett i f.eks. skrustikken og hvordan sjekker man at noe er vinkelrett?

 

Parallellbiter, 123-blokker og V-blokker

Parallellblokker er i bunn og grunn biter av stål man benytter for å heve arbiedsstykker i skruestikken slik at de blir lettere og jobbe med og man kommer til der man skal. Det er viktig å skru fast arbeidsstykket riktig slik at det arbeidet man utfører blir korrekt og gjort på en trygg og solid måte. Det er også viktig å løfte stykket opp dersom man skal bore eller frese gjennom det for ikke å skade skrustikken.

Man kan stort sett stole på at kjevene i skrustikken er parallelle og 90 grader i forhold til stikkevangene som arbeidsstykket eller parallellblokkene hviler på, men det er ofte lurt å verifisere at arbeidssykket står korrekt i stikken med en måleurindikator.

Parallellblokker fåes i mange former og fasonger, med og uten hull for montering og sammenføyning.

Dersom man jobber med et stykke som man er usikker på har flate og vinkelrette sider må man frese en arbitrær side flat og bruke denne som referanse når de andre sidene freses. Da hever man kun den ene siden opp med en parallellblokk og putter noe smått, som skaper et lite kontaktpunkt, mellom den bevegelige bakken og stykket slik at man garanterer at bare den faste bakken bidrar til å sikre at stykkets sitter vinkelrett.

Bruk av en parallellblokk fjærner også en kilde til skjevheter siden det ikke er garantert at begge sitter like høyt.

123-blokker er enkle verktøy for å sjekke vinkelrette objekter og kan også brukes som paralleller. De er snedige siden de har hull og gjenger slik at man kan tre bolter gjennom og montere dem sammen i mange ulike konfigurasjoner til mange forskjellige bruksområder. De kan for eksempel skrus sammen til å fungere som en vinkelhylle:

Vinkelhylle

Vinkelhylle

23-hulls 123-blokk. 3 sider har til sammen 23 hull. Noen er gjenget for å tillate sammenføyning.

V-blokker er mye det samme som parallellbiter i det at de brukes til å støtte opp arbeidsstykket og sørge for at det sitter trygt og godt. De brukes hovedsaklig til rør og runde biter, men kan brukes til alt.

En parallellblokk med 90 graders V-spor.

 

Mikrometer

Mikrometeret ble oppfunnet av William Gascoigne på 1600-tallet og ble brukt til å måle himmellegemer gjennom et teleskop. Denne oppfinnelsen baserte seg på en skrue med meget fin gjengestigning, mye på samme måte som det moderne mikrometeret gjør i dag.

Oppfinnelsen av mikrometeret som vi kjenner det krediteres til Jean Laurent Palmer i 1848 og masseproduksjon ble startet av det amerikanske selskapet Brown & Sharpe i 1867.

Mikrometere måler små avstander, normalt sett ned til 0,01mm, men metere som kan måle 0,001mm er også å få tak i. Disse har gjerne en ekstra nonieskala over millimeterskalaen.

For å lese av et mikrometer leser man først av hovedskalaen, deretter legger man til hundredelsskalaen og til slutt nonieskalaen (om meteret har det).

Det blir ikke stort mer presist en dette så mikrometeret er et meget ømfintlig instrument som må behandles pent. Når det ikke brukes bør det ligge i esken sin og det bør i ny og ne lett innsmøres med olje. Pass på at ambolten og spindelen er rene før bruk for korrekt avlesing.

Et mikrometer skal holdes med en hånd slik at man kan skru med tommel og pekefinger og holde det som skal måles i den andre hånden.

Mange mikrometere har en clutch som gir etter når mikrometeret er korrekt tilstrammet og vil gi korrekt avlesing.

Test alltid mikrometeret ved å nullstille det og se om det viser korrekt avstand (0,00). Hvis dette ikke er tilfellet kan det kan være nødvendig å kalibrere det.

For å kalibrere et mikrometer benytter man en liten spesialnøkkel tilpasset mikrometeret som ofte varierer i utforming mellom fabrikanter.

Åpne mikrometeret til dets maksimale åpning og de-kalibrer det, d.v.s. sett nøkkelen i sporet i ermet og vri ermet mot klokken sett fra hurtigskruen. Lukk så mikrometeret nesten igjen og rengjør ambolten og spindelen, gjerne ved å putte en bit av er ark mellom bakkene og stramme mikrometeret for så å dra papiret ut. Lukk mikrometeret fullstendig og vri så ermet med klokken til null ender opp på linje med referanselinjen. Åpne mikrometeret helt og verifiser at det leser av korrekt lengde med en passbit. Dersom mikrometeret ikke har en hurtigskrue er det mulig å raskt åpne og lukke det ved å dra måleskruen opp og ned underarmen.

Mange høykvalitets mikrometere har et plastikdeksel på rammen, dette er for hindre at varme fra hånden skal påvirke avlesingen.

Det er også viktig å holde det i korrekt vinkel til øyet slik at avlesingen blir korrekt.

micrometer-parallax-error1.jpg

Mikrometere kommer i mange former og fasonger for de aller fleste applikasjoner.

Mikrometer for innvendig måling av bunnen av hull.

 

Passbiter

Passbiter er meget nøyaktige blokker av herdet stål, keramikk eller karbid med ulike lengder. Deres oppgave er å fungere som referanselengder for å kalibrere presisjonsinstrumenter og kan brukes som linjaler eller innvendige mikrometere ved visse lengder.

Passbiten ble oppfunnet av Carl Edvard Johansson i 1901. Han var en svensk oppfinner som oppdaget en nesten magisk egenskap med ekstremt fine overflater. De kan nemlig settes sammen uten noen form for ekstern påvirkning. I en operasjon kjent som "wringing", eller "vridning" på norsk, føres bitene sammen på en måte som gjør at de binder seg sammen overraskende kraftig og med meget høy presisjon.

 

Etter at bitene er rengjort og påført et tynt lag olje kan de sklis på hverandre, vris og skyves på plass og de vil holde seg sammenbundet med stor nøyaktighet og styrke.

Passbiter blir vanligvis solgt i sett med et antall biter som til sammen kan skape en mengde forskjellige lengder med presisjon ned til 1μm.

Til høyre kan du se Johansson selv holde en stabel passbiter for å demonstrere hvor godt de henger sammen. Passbitene er slipt ned med flate-toleranser ned i nanometernivå for at de skal ha disse egenskapene.

Det finnes også passbiter for vinkler.

 

Metrisk VS. Imperisk

Mye kan sies om verdens ulike standarder og begge sider forbanner seg over den andre, men metrisk er på god vei til å ta over som global standard, heldigvis.

Men fra spøk til alvor; innen presisjon er det en del viktige ting å få med seg som skiller systemene. Begge systemene har enheter for mikroskopiske nøyaktige mål.

En mikrometer er som sagt en tusendels millimeter. En millimeter er i utgangspunktet ganske kort, så en tusenedel av den er ganske lite.

I amerika er det vanlig å bruke enheten "thou", uttalt "thau", for "one thousandth of an inch". Men en tomme er 25,4mm, altså 2,54cm, så en tusenedel av det er allerede over 25 ganger mer upresist enn en tusenedels millimeter. En "thou" er 0,0254mm altså litt over 25μm. Siden deres tusendeler ikke kan måle seg med våre tusendeler hadde de den glupe idéen å legge til en null, så de har også en "tenth" som ikke er en tienedels tomme, men "one ten-thousandths of an inch" som er 2,5μm.

Det finnes milliondels tommer, men det er nede på nanometere som er utenfor mitt behov å ha ekstensiv kunnskap om.