Skolarbete om svarvning 1997
Av Per Bondesson bjorkemala@hotmail.com
och Johan Johansson skruvemala@hotmail.com
Detta är ett teknologiarbete om svarvning som inkluderar detta internetdokumentet och en muntlig redovisning inför teknologigruppen. Vi, Johan Johansson och Per Bondesson på Korrespondensgymnasiet i Torsås, har arbetat tillsammans och arbetet har flytit på bra. Det har varit arbetssamt samtidigt som det har varit roligt och lärorikt att arbeta med svarvning. Vi har provat på vanlig svarvning, gängskärning, konsvarvning och mycket annat. Vi har också lärt oss mycket om programmen Powerpoint och Netscape gold. Powerpoint är ett presentationsprogram som vi använder när vi redovisar arbetet. Netscape gold heter den editorn som vi har använt när vi skrivit denna hemsidan. Vi har försökt att göra detta dokument så övergripligt som möjligt, så att även den oinvigde ska kunna få en insikt i vad svarvning är. i har satt ut många linkar i dokumentet så att man kan hoppa till andra rubriker i det. Hoppas att detta arbetet kan ge just dig något.
Trevlig läsning!
Svarvning är en arbetsmetod där man låter materialet rotera medan man skär spånor ur det med ett svarvstål. Maskinen som man använder kallas därför svarv. Den vanligaste svarvtypen är supportersvarven eftersom man kan utföra många olika arbeten med den. Den gängskärande supportersvarven är att rekommendera till den som bara tänker skaffa sig en svarvtyp. Man kan nämligen använda den till fräsning, borrning, arborrning, gängning och mycket annat, vilket gör den till en utmärkt hobbysvarv. Dessa olika arbeten förklaras mer ingående längre ner i dokumentet.
De första spåren av svarvning finns i Egypten, där man för ett par tusen år sedan bearbetade olika lermaterial. Man använde sig då av en drejskiva, som man placerade leran på, för att sedan med händerna eller med olika verktyg forma den. På 1700-talet fanns det många svarvar som drevs genom trampning. Svarvarna kunde då bara användas till svarvning av mjukare material, vanligen trä. 1797 konstruerade engelsmannen Henry Maudsley (1771-1831) den första riktigt användbara svarven för stål. Maudsleys svarv var gängskärande och hade i princip samma detaljer som en modern supportersvarv har idag. Med svarven kunde han skära gängor som man tidigare hade varit tvungen att fila fram. Maudsleys gängskärande maskin var därför början till en standardisering av bultar när det gällde stigning och form. Mera allmänt användbara svarvar utvecklades tidigt under 1800-talet av brittiska tekniker och verktygsmakare. Dessa allmänt användbara svarvar användes till att tillverka verktygsmaskiner för specialbruk. 1878 lanserade amerikanen Christofer M. Spencer den första verktygsautomaten, en svarv som helt automatiskt kunde tillverka mindre detaljer efter ett omställningsbart program. Senare utvecklades även maskiner som tillverkade skruvar, muttrar och kugghjul. Svarven var och är fortfarande den viktigaste verktygsmaskinen, även om den är bland de äldsta!
Supportersvarvar lämpar sig för tillverkning av
arbetsstycken med komplicerad form och otymplig vikt. Moderna supportersvarvar har
kompakta växellådor för både spindelvarvtal och matning, men
eftersom det finns ett stort antal olika gängstigningar och ett
omfattande standardiserat system, brukar man använda sig av det
äldre systemet med bythjul. Svarven kan förutom normal
svarvning användas till fräsning, borrning, arborrning,
gängning, tryckning och kuggfräsning mm. Supportsvarven finns
utförligare beskriven längre ner i dokumentet.
Det finns två olika sorters
plansvarvar: patronsvarven och karusellsvarven. I plansvarven kan
man svarva stora arbetsstycken, eftersom det är ett stort
avstånd från spindeldockans
centrum ner till bädden.
Patronsvarven fungerar i princip som karusellsvarven men den har
en horisontellt arbetande spindel. Karusellsvarven har till
fördel från patronsvarven en vertikal arbetsspindel, vilket
medför:
en enklare uppriktning och fastspänning av arbetsstycket i chucken.
att stora diametrar i förhållande till längden kan bearbetas
med god uppsikt.
att stora spånvolymer kan avverkas genom att flera verktyg kan
arbeta samtidigt.
Revolversvarvar kan med
hjälp av ett revolverhuvud byta verktyg på mycket kort tid. På
revolverhuvudet finns flera olika verktyg fastsatta. När man
vill använda ett annat verktyg snurrar man på revolverhuvudet
tills det önskade verktyget kommer fram. Revolversvarvar
används när man vill utföra flera olika bearbetningar på en
kort tid. Man slipper nämligen slösa tid på de ibland mycket
tidsödande verktygsbytena, där man måste justera varje verktyg
till rätt position efter varje byte.
Kopiersvarvar används när man ska svarva flera arbetsstycken till lika dana produkter. Man använder då en mall som maskinen svarvar efter.
Automatsvarvar har anordningar som kan starta och stoppa olika maskinfunktioner utan manuellt ingripande. En eller flera av maskinens funktioner kan vara automatiserade. Är alla maskinens funktioner automatiska samtidigt som de är automatiskt sammanbundna kallas maskinen för en helautomat. De maskiner som bara kan utföra vissa funktioner automatiskt kallas halvautomater.
Man kan utföra flera olika arbeten med en svarv, särskilt med en supportersvarv som kan utföra alla arbetsmetoder som vi förklarar här:
Borrning gör man lätt i en supportersvarv,
där man låter arbetsstycket rotera i spindeldockan
medan man borrar med ett vanligt borr som man har satt fast i dubbdockan.
Vill man göra större hål kan man sätta fast arbetsstycket i spindeldockan
och svarva invändigt med ett verktyg som man sätter fast på toppsliden.
När man vill borra långa hål igenom ett arbetsstycke kan det
vara lämpligt att använda sig av en metod som kallas
arborrning. Arborrning går ut på att man
låter stålet snurra på en axel som går igenom hålet som ska
borras. Arbetsstycket sätts fast på längssliden
som man kan skjuta längs axeln när man borrar. Man sätter
fast axeln från spindeldockan
till dubbdockan.
På axeln sätter man fast ett stål som ska skära i hålet.
Arbetsstycket förs nu fram längs axeln och stålet skär hålet
till önskad storlek enligt figur till höger. Det kan dock vara
svårt att ställa in stålet så att det skär den önskade
håldiametern.
Fräsning kan göras i en
vanlig supportersvarv.
Man sätter fast fräsdonet i spindeldockan
och sätter fast materialet i supporten.
Man kan då lätt fräsa materialet genom att låta fräsdonet
arbeta i det. Det krävs oftast vid denna typen av fräsning att
man kan skjuta materialet i höjdled och inte bara i sid- och
djupled som vid vanlig svarvning.
Tryckning är
en arbetsmetod där man trycker en roterande plåtskiva mot en
form som snurrar vid spindeldockan.
Plåten får då samma form som formens utsida. Tryckning är en
svårlärd konst, men även amatörer kan ibland uppnå goda
resultat. Man kan trycka en plåt till praktiskt taget vilken
form som helst tom ett ihåligt klot, men då krävs det att man
är mycket skicklig. Man trycker plåten manuellt med ett
handverktyg från centrum och utåt. Tryckverktyget har en
välpolerad stålände som oftast är smord med olja. Plåten
består vanligen av något lättryckt material såsom koppar,
mässing och aluminium.
För att åstadkomma gängor, gängskär man oftast med gängtapp, eller genom rullning när de tillverkas i stort antal. Man kan också använda den vanliga supportersvarven till gängskärning. När man gängskär i en svarv låter man materialet snurra med en precis hastighet, medan stålet skär en gänga i materialet, samtidigt som det matas fram i rätt hastighet med hjälp av ledarskruven. Genom att ändra ledarskruvens matningshastighet kan man ändra gängstigningen.
Konsvarvning kan man göra på flera sätt. De tre vanligaste sätten :
Man kan skjuta dubbdockan
lite i sidled utan att ändra toppsliden.
Det gör man bara om arbetsstycket ska vara lite koniskt.
Man kan ändra toppslidens vinkel med rundsliden
utan att ändra dubbarna. Denna metoden används bara för korta
arbetsstycken.
Man kan använda en konapparat. Apparaten ger den bästa formen,
därför inställningarna blir mycket exakta.
Det används när ett arbetsstycke ska svarvas på många ställen. För att minska arbetstiden så sätter man på flera verktyg på supporten samtidig och ofta används två supportrar fulla med verktyg. Detta gör att maskinen måste vara mycket stark för att driva runt spindeln.
A Prisman | B Spindeldockan | C Dubbdockan | D Supporten |
E Ledarskruven | F Ledarskruvens axel | G Hållare för kugghjul |
En fullständigt utrustad supportersvar är en mångsidig verktygsmaskin. Den kan användas för alla svarvnigsoperationer, men även borrning och rundslipning. Supportersvarven är den mest grundläggande svarven. Om man ska ha en svarv hemma ska man ha en supportersvarv, för den är bra för nybörjare.
Maskinens ryggrad är prisman och bädden. Bäddens överdel ( prisman ) är försedd med glidskenor som man kan glida supporten och dubbdockan på. Bädden är gjort av legerat gjutjärn som är billigt, bra och verkar dämpande mot vibrationer. Ju stadigare prisman är uppbyggd, desto grövre spån kan skäras och desto noggrannare arbeten kan utföras. Prismans fina yta måste man vara rädd om. Man får inte lägga hårda föremål på den. På en del svarvar finns det gejdskydd, som är mycket bra. Den skyddar mot att spån kan lägga sig på prisman. Man ska helst ha prisman inoljad hela tiden.
Det är svarvspindeln eller
arbetsspindeln som gör att hela arbetsstycket roterar.
Varvtalsområdet kan sträcka sig från ca 0,5 till ca 40 r/m
(varv/min) vid stora valssvarvar, från ca 20 till 2500 vid
normala supportsvarvar och upp emot 20000 vid små
precisionssvarvar inom industrin. Supportersvarvarna har i regel
växellådor för spideldrivningen. Man kan ha 12 olika
spindelvarvtal på en växellåda, men med en speciell motor (
polomkopplingsbar motor ) kan man få 24 varvtal med skjuthjul (
kolla bild sid 56 ). Man får bara växla när maskinen står
still, annars skadas kuggarna. När man har lamellkopplingar (
frikoppling ) kan man växla under full hastighet på spindeln.
På moderna spindelväxellådor finns en broms som gör att
spindeln stannar mycket snabbare.
I motsats till spindeldockan
är dubbdockan skjutbar på prisman, för inställning av
arbetsstyckets längd. Det är viktigt att dubbspetsarna är
exakt mitt för varandra. Om det inte är det kan arbetsstycket
eller dubbarna ta skada. Man kan förskjuta dockan lite i sidled.
Det använder man när man ska svarva
svagt koniska former.
Det är i supporten man
sätter fast verktyget. Den kan röra sig längs prismans
skenor. På supporten finns det en längdslid, en rundslid, en
toppslid, en tvärslid och i vissa fall också en vertikal slid.
Med längdsliden kan man skjuta verktyget längs prismans skenor.
Med rundsliden kan man ändra toppslidens vinkel så att man kan svarva
koner. I toppsliden fäster man verktyget som man kan skjuta
ut och in längs en släde som finns på toppsliden. Med
tvärsliden kan man skjuta verktyget vinkelrätt mot prismans
skenor. Den vertikala sliden kan förflytta verktyget i höjdled.
Den används främst vid den fräsning av arbetsstycket som
beskrivs här.
Den sitter fast på spindeln och det är där man sätter fast arbetsstycket. Den roterande rörelsen överförs till arbetsstycket genom chucken.
Bilden till vänster visar ett
svarvstål som har en för liten släppningsvinkel. Då måste
man trycka hårt mot materialet och då slits svarvstålet upp
pga den höga friktionen som blir mellan verktyget och
arbetsstycket. Bilden till höger visar ett svarvstål med för
stor släppningsvinkel. Då kommer en stor del av eggen att
brytas ner ganska snabbt. Eggen hakar gärna in i materialet och
det blir en ofin yta.
Om man skär i mjuka och sega
material ska man ha stor spånvinkel. P1 blir inte så stor om
det är mjukt och segt. Om man skär i ett hårt och sprött
material med stor spånvinkel riskerar man att eggen går av.
När det är ett hårt och sprött material ska man använda små
spånvinklar, nästan 0 grader. Vid små spånvinklar får man
korta spån. Ju hårdare material, desto mindre spånvinkel. I
vissa fall kan man ha en negativ spånvinkel. Det används då
materialet är mycket eller när materialet inte tål
böjpåkänningar utan bara tryck.
Det finns två huvudgrupper inom svarvståltyper:
Stål för grovsvarvning
Stål för finsvarvning
Inom båda grupperna finns det standardstål och specialstål. Standardstålen uppdelas i också i grupper:
Raka svarvstål och böjda svarvstål.
Höger- och vänsterstål (Högerstål arbetas från höger och
tvärtom).
Skrubbstål (grovstål) och slätstål.
Ytterstål och innerstål.
Snabbstålsverktyg för svarvning tillverkas antingen som helstålsverktyg, dvs med skär och skaft av samma material, eller som sparskär (tool-bit) avsedda för att sättas fast på en särskild hållare. Snabbstål är ett ganska dyrt material (10-15 ggr dyrare än kolstål). För att inte göra det så dyrt så kan man göra ett verktyg med bara eggen av snabbstål. Ett annat sätt är att använda snabbstålsverktyg i en stålhållare. På det viset kan man utnyttja verktyget ända tills det bara finns en liten bit kvar av verktyget.
Helstålsverktyg framställs genom en rad processer som fräsning, värmebehandling, slipning. Värmebehandlingen gör man två gånger för att göra materialet riktigt hårt. Uppvärmningen måste ske långsamt pga materialets dåliga ledningsförmåga.
Hårdmetallerna är
1900-talets viktigaste uppfinning inom industrin. De har ökat
verkstadsindustrins kapacitet till det mångdubbla och även
revolutionerat många andra områden inom tekniken. Genom sin
hårdhet och slitstyrka är hårdmetallerna mycket bra vid
bearbetning av metaller etc.
Hårdmetallerna framställs ur metallpulver och består av två huvudtyper av komponenter, nämligen bindemedel och hårdämnen. Hårdämnen ger styrka och slitstyrka medan bindemedlet ger seghet. Vanligtvis är det 70-90 procent hårdämnen och 10-30 procent bindemedel i en hårdmetall.
1969 kom den första belagda hårdmetallen, som var ett stort framsteg. Beläggningsprincipen innebar att man la på ett skikt av karbider( en förening av kisel eller bor och kol ) som ökar förslitningsmotståndet på skäreggen. 1976 kom en hårdmetallsort med dubbla skikt. Ett skikt består av aluminiumoxid och det andra med karbider.
verka som kylmedel genom att sänka temperaturen i skäreggen.
verka som smörjmedel genom att minska friktionen mellan spån
och verktyg. Det medför att värmeutvecklingen minskar.
verka som korrosionsskydd för de färdiga arbetsstyckena.
Oljeemulsioner ( oljeemulsioner framställs genom att man blandar
olja och emulator i vatten under kraftig omrörning ) använder
man om man tycker att nedkylningen är viktigast. Det används
mest när man arbetar med hårdmetallsverktyg.
Skäroljornas bästa egenskaper är att den smörjer bra.
När man svarvar med snabbstålsverktyg
är skärhastigheten så låg att de bildade spånen kan
kontrolleras med en spånkrok som böjer bort spånen. Hårdmetallsverktyg
har så hög skärhastighet och det kan bli långa, heta och
vassa spån. Det kan skada verktygen och användaren. För att
undvika detta har man slipat in en spånbrytare på verktyget,
som formar spånen till spiraler eller korta rullar så det inte
kan skada något eller någon. Ibland kan man forma spånen utan
spånbrytare, genom tex att man slipar en mindre eller en negativ
spånvinkel.
Den vanligaste spånbrytaren är den plana spånbrytaren.
Spånbrytaren tvingar spånen att böja sig och brytas ner i
mindre bitar eller bilda spiraler.
Om spiralerna blir för täta - öka spånbrytarbredden.
Om det uppstår "flygande" spån - öka
spånbrytarbredden.
Om spiralerna blir för vida - minska spånbrytarbredden.
Vid alla bearbetningar så
vill man göra det så billigt som möjligt. En skärhållare med
vändskär kan minska kostnaderna. Vändskärplattor tillverkas
med 3-8 skärkanter. När en kant blivit slö, lossar man plattan
och vänder fram en ny kant, därför kallar man den vändskär.
Det är oftast mycket billigare att ersätta en liten hårdmetallsplatta
än att slipa om 6-8 gånger. Om spånvinkeln
är negativ kan man använda båda sidornas skärkanter, och
kallas därför dubbelsidigt vändskär. Det positiva
vändskäret är däremot ensidigt.
Ingen omslipning eller lödning av skärplattor.
Bättre verktygsmaterial kan användas.
Jämna och likformiga resultat under hela bearbetningen.
Enklare och säkrare hantering av verktygen.