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

Krag-Jørgensen kammer-ende (links trapesgjenger!?)

I det siste har jeg blant annet jobbet med å lage en bit av et Krag-Jørgensen løp. Det skal simulere kammer-enden av et Krag-løp for å øve på de diverse finurlighetene som omfatter Kragen og det er god trening i prosesser man ikke gjør så ofte.

Krag løpet er spesielt på mange måter, som gjør det utfordrende å lage det. For det første er gjengene linksgjenget trapesgjenger. Man kan undres om hvorfor. Trapesgjenger er sterke, og det sies at dette var noe Steyr ville ha da de lagde dem. Linksgjengene kan være begrunnet med at dette var en enklere måte å maskinere gjengene på med det utstyret de hadde eller noe i den duren, men det er vanskelig å si med sikkerhet hvorfor noen av disse særegne trekkene ble brukt. Men våpenet ble oppfunnet på en tid da det var hurtig utvikling i feltet og lite var standardisert som det er i dag. Tidlige Kongsberg-produserte Krager hadde firkantgjenger.

For det andre har løpet et frest og filt spor som løfter utdrageren vekk fra patronen slik at patronen ikke skal kunne gi den et støt bakover og oppover som kan gjøre at den lange utdrageren (2 på bildet under) fyker oppover og knekker. At systemet i det hele tatt krever en slik løsning er bare et bevis på et dårlig system spør du meg, men det er nå engang sånn. 

Så, hvordan dreier man trapesgjenger? Dette var det første jeg måtte takle. I bunn og grunn gjøres dette ikke noe annerledes enn vanlige gjenger, men det er et par viktige momenter å ta hensyn til.

Trapesgjenger er i stor grad, mye større grad enn vanlige 60° gjenger, avhengig av et godt og riktig profilskjær. Tykkelsen på skjæret varierer med stigningen og hver stigning trenger et dedikert skjær. Man kan ikke som med 60° gjenger bruke det samme verktøyet på så og si alle stigninger. Det vil si, man kan, men det krever at man gjenger med toppsleiden i en 90° posisjon og øker bredden på kuttet med den; det er ikke "korrekt" måte å gjenge på, men det kan gjøres.

500px-Acme_thread.svg.png

Amerikanske trapesgjenger, også kalt Acme-gjenger, har en total profilvinkel på 29° og altså en flankevinkel på 14,5°. Høyden på gjengene er halvparten av stigningen.

Men Kragens trapesgjenger er ikke 29°, de er 30°. Dette er hovedsakelig den eneste forskjellen på Acme-gjenger og metriske trapesgjenger. 

trapezoidal_threads-n2.png

I atter et fåfengt utbrudd over blanding av standarder og enheter må jeg forbanne de som tenkte det var en god idé å oppgi metriske trapesgjenger med en stigning i tommer. Løpet skal ha 12 gjenger per tomme; 25,4/12 = 2,116, altså er stigningen litt over 2mm...

... men gjengeprofilen bruker metrisk 30° trapesform som skulle tilsi at stigningen ville vært et rundt tall. Men neida.

Uansett, etter å ha høylytt utåndet min oppgitthet måtte jeg finne ut hvordan formskjæret skulle være. Det er vel og bra at jeg vet stigningen, som gir meg tykkelsen på skjæret ved midten av profilen (som er halvparten av stigningen), men hvor tykk skal tuppen være? Den må jo selvsagt være tynnere for å lage selve trapesformen. 

Det finnes en enkel formel, eller rettere sagt, konstant, som kan brukes for å beregne tykkelsen ved rot og tupp av trapesgjenger:

"Litt" refererer her til pasning og klaring for frigang i gjengene og varierer fra kilde til kilde, men for det meste har jeg sett 0,12 mm lagt til C og 0,24 mm lagt til D.

Men denne regelen gjelder for amerikanske Acme-gjenger og vil ikke være helt overførbar til metriske gjenger. Det er bare 1° forskjell, men det kan utgjøre litt endring. Ettersom vi øker flankevinkelen vil topptykkelsen gå mot 0P ettersom det til slutt blir et punkt og ikke en flate. På motsatt side vil dette forholde gradvis gå mot 0,5 P når vi senker flankevinkelen ettersom vi nærmer oss firkantgjenger der topptykkelsen og bunnbredden er lik. Så når vi øker flankevinkelen vil topptykkelsen synke.

Jeg kom med litt tvilsom trigonometri frem til at tuppen på skjæret mitt, uten noen hensyn til rotklaring ville være 0,644mm. Dette gir meg et forhold på 0,3043. Om dette er korrekt er jeg ikke 100% sikker på, men det fungerte greit så jeg må anta at det var noenlunde innenfor.

Med denne informasjonen kunne jeg begynne å tilvirke skjæret mitt. Jeg ville prøve å planslipe skjæret mitt så det ble så nøyaktig og bra som mulig, som en øvelse i presisjon og et forsøk for å se om det er verdt bryet. Det behøves en metode å spenne opp hurtigstålet som skal slipes slik at det kan stilles vinkler i to akser samtidig. Jeg fant en gammel gud-vet-hva som kunne strammes tilstrekkelig og stilles i to vinkler. Den måtte også være magnetisk for å sitte fast på magnetbordet til plansliperen.

Her stilles stålet inn til 15° for å slipe den første siden.

Dessverre har vi ikke tvinge som kan stilles i vinkel, og ihvertfall ikke en som kan stilles i to, så de lesere der ute som måtte grøsse/le over løsningen på bildet over etter min proklamerte higen etter presisjon vil være berettiget, men det var den løsningen jeg fant og det funket fint.

If it's stupid and it works, it ain't stupid.

Trapesgjenger har også vanligvis ganske stor heliksvinkel siden stigningen er så høy i forhold til diameteren, så dette er også en vinkel som må tas hensyn til. Flankene på gjengene er såpass rette og skjæret såpass "høyt" at det er viktig å slipe inn heliksvinkelen, samt klaringsvinkler på begge sider. 

Disse vinklene ble stilt inn og slipt, med den ene forskjell fra normale skjær at heliksvinkelen peker mot høyre og ikke mot venstre siden gjengene er linksgjenger.

30° form ferdig slipt, nå gjenstod kun å slipe spissen til korrekt tykkelse og bygge inn endeklaringen.

Da det var gjort var det på tide å prøve det nye skjæret:

Det ser lovende ut. Utfordringen her og noe som pinte meg litt var at siden gjengene er links så er den enkleste måten å lage dem på å starte innerst og mate utover, og uten et frispor gjør dette at man blir nødt til å øke kuttdybden med en gang man starter maskinen eller presse skjæret inn i stykket før man starter maskinen. Samt at man må være veldig påpasselig og ømfintlig med startspaken når man skal finne igjen begynnelsen av kuttet inne ved roten.

Det finnes bedre måter å gjøre dette på, og dersom man ville laget linksgjenger ved å mate innover må man montere skjæret opp ned og kjøre dreiebenken "bakover".

Gjengene ser korrekte ut, men passer de?

Jada. Litt langt gjengeparti, men det var ment som en øvelse/test. Jeg endte opp med å kutte ned lengden på dette partiet og bruke det videre.

Deretter ble kammeret rømmet og resten av emnet dreid ned til spec.

Det andre litt kinkige trekket ved Krag-løpet er som nevnt rampen til utdrageren. 

Her benyttet jeg litt Blue Dykem (halleluja) merkefarge for opprissing og skrudde på låsekassen for å merke opp hvor sporet måtte være. Dette sporet er ikke helt sentrert.

Igjen så kan jeg ved dette stadiet bare le av min søken etter presisjon med tanke på vinkler. Å rette noe etter stablede parallellklosser er ikke optimalt, men i mangel av noen enkel måte å vinkle etter stikka (f.eks. vinkel passbiter) funket dette helt fint.

Grovformen til sporet ble frest ut, men siden rampen har en konveks form må det files litt til slutt.

Som vi kan se på bildet under skal kurven i rampen (høyre) være slik at kanten sett ovenfra blir rett (venstre).

Etter mye testing og justering fungerte alt som det skulle. De siste to sporene ble frest i sidene og øvelsen var ferdig og ble godkjent.

En meget interessant oppgave som ga meg mulighet til å prøve meg på mer viderekommen gjenging og tilpassing.

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.