Skolarbete om svarvning 1997

Av Per Bondesson bjorkemala@hotmail.com

och Johan Johansson skruvemala@hotmail.com

Förord

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

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.

Historik

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!

Olika svarvtyper

Supportersvarvar

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.

Plansvarvar

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

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

Kopiersvarvar används när man ska svarva flera arbetsstycken till lika dana produkter. Man använder då en mall som maskinen svarvar efter.

Automatsvarvar

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.

Arbeten som kan utföras av svarvar

Man kan utföra flera olika arbeten med en svarv, särskilt med en supportersvarv som kan utföra alla arbetsmetoder som vi förklarar här:

Borrning och arborrning

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

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

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.

Gängskärning

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

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.

Flerstålssvarvning

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.

Supportsvarven

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.

Den principiella uppbyggnaden

Prisman eller bädden

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.

Spindeldockan

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.

Dubbdockan

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.

Supporten

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.

Chucken

Den sitter fast på spindeln och det är där man sätter fast arbetsstycket. Den roterande rörelsen överförs till arbetsstycket genom chucken.

Släppningsvinkel

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.

Spånvinkel

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.

Svarvstål

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

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.

Hårdmetallsverktyg

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.

Sammansättning

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.

Historik

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.

Skärvätskor vid svarvning

Skärvätskornas uppgift är att :

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.

Det finns två typer av skärvätskor :

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.

Spånbrytare

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.

Några regler:

Om spiralerna blir för täta - öka spånbrytarbredden.

Om det uppstår "flygande" spån - öka spånbrytarbredden.

Om spiralerna blir för vida - minska spånbrytarbredden.

Svarvverktyg med vändskär

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.

Fördelarna med vändskärssystemet är :

Ingen omslipning eller lödning av skärplattor.

Bättre verktygsmaterial kan användas.

Jämna och likformiga resultat under hela bearbetningen.

Enklare och säkrare hantering av verktygen.

back to the top of the page