Moderne produksjonsteknikk 1 [1] 8256233362 [PDF]

Zitiervorschau

Lennart Hågeryd Stefan Bjorklund Matz Lenner

Moderne produksjonsteknikk Del 1 Bokmål

Oversatt av Grete og Øivind Husø

^!NKI Forlaget

Originaltittel: Modern Produktionsteknik Del 1 © 1993 Lennart Hågeryd, Stefan Bjorklund, Matz Lenner och Liber Utbildning AB Norsk utgave: © NKI Forlaget, 1997

1. utgave 1. opplag 1997

Utgiver:

NKI Forlaget, Hans Burums vei 30 Postboks 111, 1341 Bekkestua Tlf.: Sentralbord: 67 58 88 00 Ordre kontor: 67 58 89 00 Telefaks: 67 58 19 02

Oversettelse: Grete og Øivind Husø Omslag: PrePress as Sats: PrePress as Trykk: GCSM AS Læreboka er godkjent av Nasjonalt læremiddelsenter i september 1997, til bruk i teknisk fagskole etter fagplan for tekniske fag ved maskinlinjen.

Det må ikke kopieres fra denne bok i strid med åndsverkloven eller avtaler om kopiering inngått med KOPINOR, Interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk. Kopiering i strid med lov eller avtale kan medføre erstatningsan­ svar og inndragning, og kan straffes med bøter eller fengsel.

ISBN 82-562-3336-2

Forord

Denne læreboka er skrevet for kurs i produksjonsteknikk ved tekniske fagskoler og ingeniørhøgskoler. Også i andre typer av utdanninger rettet mot produksjonsteknikk kan utvalgte deler nyttes. Boka er den første i en serie på to. Denne første boka tar for seg verkstedtekniske bearbeidingsmetoder og måleteknikk. I del to ser vi på verkstedteknisk automatise­ ring og databehandling innen produksjonsteknikken. Den viktigste hensikten med bøkene er å beskrive sammenhenger og med eksem­ pler øke forståelsen for produksjonstekniske vilkår. Mange tabelloversikter er utelatt, men vi kan finne dem i beskrivelser fra produsenter og i håndbøker innen fagområdet. Den matematikken og materiallæren som leses i ingeniørhøgskolen og den tek­ niske fagskolen, er tilstrekkelig for å tilegne seg innholdet i kurset. Bøkene kan leses hver for seg, men det er lettere dersom begge bøkene brukes til hele utdanningen i produksjonsteknikk. For å lette innlæringen er hvert kapittel avsluttet med repetisjonsspørsmål og i en del tilfeller også med beregningsoppgaver. For de mest krevende beregningsoppga­ vene finner du løsninger bakerst i boka. Det gjør at bøkene også egner seg for selvstu­ dier for fagfolk som trenger en oppdatering av teoriene bak all erfaring. Alle bildene i bøkene er tegnet av profesjonelle tegnere. Det har gjort sitt til at illustrasjonene har høy teknisk kvalitet. Forfatterne svarer samlet for innholdet. Ettersom bøkene skal avspeile moderne produksjonsteknikk, er vi klar over at de må kompletteres og revideres med jevne mellomrom. Forlaget

Innhold 1 Produktframstillingskjeden............. 1.1 Fasene i produksjonen ................. 1.1.1 Konstruksjonsfasen ............. 1.1.2 Den prosessforberedende fasen................................................... 1.1.3 Den operasjonsforberedende fasen................................................... 1.1.4 Tilvirkningsfasen .............. 1.2 Lagerproduksjon kontra kundeordrestyrt produksjon ......................... 1.2.1 Lagerproduksj on................. 1.2.2 Ordre produksjon................. 2 Verkstedteknisk måleteknikk........ 2.1 Innledning ................................... 2.1.1 Definisjoner ........................ 2.1.2 Målesituasjoner ................. 2.1.3 Toleranser og pasninger ... 2.1.3.1 Innledning.................... 2.1.3.2 Toleransesystem ........ 2.1.3.3 Pasningssystem.......... 2.1.3.4 Gjengetoleranser og gjengepasninger......................... 2.1.4 Form-og beliggenhetstoleranser........................................ 2.1.4.1 Oppmåling av form og beliggenhet ............................... 2.2 Fysikalske målebetingelser .... 2.3 Målefeil og måleusikkerhet .... 2.3.1 Beregning av feilgrenser ... 2.3.1.1 Direkte målemetode .. 2.3.1.2 Indirekte målemetode . 2.3.2 Feilforplantning ................. 2.3.2.1 Systematiske feil........ 2.3.2.2 Tilfeldige feil ............ 2.4 Målemetoder .............................. 2.4.1 Bruk av maler...................... 2.4.1.1 Bruk av lystette maler . 2.4.1.2 Måling med lysinterferens 2.5 Måleverktøy................................. 2.5.1 Faste måleverktøy............... 2.5.1.1 Passbiter...................... 2.5.1.2 Toleransetolkene........ 2.5.1.3 Andre faste måleverktøy 2.5.2 Visende måleverktøy ........ 2.5.2.1 Skyvelære.................... 2.5.2.2 Mikrometer................. 2.5.2.3 Lengdeindikator ........

11 11 11

11 11 12

12 12 12 15 15 15 17 19 19 19 21

22 24

25 32 33 34 34 34 35 35 35 36 37 38 38 38 40 40 42 46 47 47 48 48

2.5.3 Grenseposisjonsindikatoren 52 2.5.4 Valg av målemetode og måleverktøy .................................... 53 2.5.5 Koordinatmålemaskiner ... 55 2.5.5.1 Innledning................... 55 2.5.5.2 Prinsipiell oppbygning 56 2.5.5.3 Følere .......................... 57 2.5.5.4 Koordinatmålemaskinens nøyaktighet................................. 57 2.6 Måling av overflateruhet............ 58 2.6.1 Generelt .............................. 58 2.6.2 Formavvik............................ 58 2.6.3 Flateavvik............................ 58 2.6.3.1 Bølgethet...................... 58 2.6.3.2 Overflateruhet............ 58 2.6.4 Måling av overflateavvik . . 59 2.6.4.1 Begreper for å kunne be­ stemme overflateruhetskriterier 60 2.6.4.2 Kriterier for overflate­ ruhet 61 2.6.4.3 Symboler for overflate­ ruhet 63 2.6.4.4 Måleverktøy for over­ flateruhet .................................... 64 2.6.4.5 Valg av metode for overflateruhetsmåling ................ 65 2.6.4.6 Valg av målesett ........ 66 Repetisjons spørsmål...................... 67

3 Plastisk bearbeiding ........................ 69 3.1 Innledning ................................... 69 3.1.1 Spenningstilstand ............... 69 3.1.2 Flytelover............................ 72 3.1.3 Plastisitetsteori ................... 72 3.2 Formendring................................ 74 3.2.1 Plan deformasjonstilstand . . 78 3.2.2 Aksialsymmetrisk deforma­ sjonstilstand .................................... 78 3.2.3 Formendringshastighet .... 78 3.2.4 Formendringsarbeid .......... 79 3.2.5 Friksjonskraften og virkningen av smøremiddel............................... 79 3.3 Beregning av formendringskrefter og formendringsarbeid ...................... 82 3.3.1 Arbeidsmetoden ................. 82 3.3.2 Kraftlikevekt for et volum­ element snittmetoden .................... 84 3.3.3 Glidelinjeløsninger............ 87 3.3.4 Øvre grenselastmetoder ... 87

5

3.3.5 Oppsummering................... 88 3.4 Metallers egenskaper ved plastisk deformasjon ........................................ 89 3.4.1 Strekkprøven ...................... 90 3.4.2 Flytekurve, k^kurven........ 93 3.4.3 Hvordan vi beskriver flytekurven matematisk......................... 94 3.4.4 Metoder for å bestemme flytekurven ............................................. 98 3.4.4.1 Plan stukeprøve.......... 98 3.4.4.2 Plan kompresjonsprøve 99 3.4.5 Virkning av deformasjonshastighet og temperatur ............. 101 3.4.6 Spesielle egenskaper hos karbonstål...................................... 103 3.5 Bearbeidbarhet.......................... 104 3.5.1 Temperaturstigning ved bearbeiding.................................... 106 3.5.2 Virkning av hydrostatisk trykk............................................... 108 3.5.3 Superplastisitet................. 109 3.5.4 Tekstur og anisotropi .... 109 3.6 Plastiske formgivingsmetoder .. 110 3.6.1 Valsing................................. 110 3.6.1.1 Valseverkmetoder .... 111 3.6.1.2 Varmvalsing ............... 113 3.6.1.3 Kaldvalsing................. 114 3.6.1.4 Behandling av de ferdigvalsede produktene .................. 114 3.6.1.5 Teori for platevalsing . 115 3.6.1.6 Metodeoversikt........ 122 3.6.2 Stangpressing................... 124 3.6.2.1 Teori for stangpressing 127 3.6.2.2 Stangpressing av hulformede profiler........................ 129 3.6.3 Trekking............................ 130 3.6.3.1 Trådtrekking............. 130 3.6.3.2 Stangtrekking .......... 133 3.6.3.3 Rørtrekking............... 133 3.6.3.4 Teori for trekking ... 135 3.6.4 Smiing .............................. 137 3.6.4.1 Varmsmiing............... 139 3.6.4.2 Andre smimetoder ... 142 3.7 Plateforming.............................. 143 3.7.1 Dyppressing...................... 143 3.7.2 Trekkpressing................... 145 3.7.2.1 Trekkforholdene .... 146 3.7.2.2 Materialer som egner seg for trekkpressing .................... 146 3.7.2.3 Smøremiddel............ 147 3.7.2.4 Teori for trekkpressing 147 3.7.3 Strekkpressing ................. 150 3.7.4 Strekktrekking ................. 150 3.7.5 Kombinert strekk- og trekk­ pressing ........................................ 151 3.7.6 Dyppressing med fleksible verktøy.......................................... 151

6

3.7.6.1 Fluidformmetoden ... 151 3.7.7 Ekspandering/redusering av rørformede emner......................... 152 3.8 Bøying og knekking................. 153 3.8.1 Teori for bøying og knekking av plater ........................................ 155 3.8.2 Nøytrallinjen..................... 155 3.8.3 Enkel teori for å bestemme maksimal bøying........................... 157 3.8.4 Tilbakefjæring................... 159 3.8.5 Bøyekrefter, bøyemoment og bøyearbeid .................................... 159 3.9 Maskiner for plastisk bearbeiding 160 3.9.1 Presser................................ 160 3.9.1.1 Mekaniske presser .. . 160 3.9.1.2 Hydrauliskepresser . . 162 3.9.1.3 Stangpresser ............. 163 3.9.1.4 Hammere................... 164 Repetisjonsspørsmål.................... 165 4 Klippende bearbeiding ................. 169 4.1 Definisjoner ............................... 169 4.2 Klippeforløpet .......................... 169 4.2.1 Hvordan klippingen foregår 169 4.2.2 Hvordan snittflaten ser ut . 172 4.2.3 Hvordan klippespalten påvirker klipperesultatet............................. 173 4.2.4 Klippehastighetens virkning 175 4.3 Stansing ..................................... 177 4.3.1 Klippekraft og klippearbeid 177 4.3.2 Klaring og slipp ............... 179 4.3.3 Stanseverktøy ................... 180 4.3.4 Materialinndeling (nesting) 182 4.3.5 Virkning av smøremiddel ved stansing.......................................... 183 4.4 Rullesaks ................................... 184 4.5 Fasemaskin................................ 185 4.6 Gradsaks..................................... 186 4.6.1 Hvordan gradsaksen virker 186 4.6.2 Beregninger av klippekraften for gradsakser............................... 187 4.7 Bjelkesakser.............................. 188 4.8 Pullmaxsaks (kortslagklipping) 188 4.9 Nibling....................................... 189 4.10 Knivstanseverktøy ................. 190 4.11 Anlegg for klipping av plater fra bånd på haspel.................................... 190 4.11.1 Stasjonær klippelinje ... . 190 4.11.2 Flygesaksklippelinje .... 191 4.12 Finklipping.............................. 192 4.12.1 Verktøy............................ 195 4.12.2 Verktøymateriale............ 197 4.12.3 Ringegg............................ 197 4.12.4 Klippespalte ................... 198 4.12.5 Klippepresser ................. 198 4.12.6 Produkter ........................ 199 Repetisjonsspørsmål.................... 200

5 Sponskjærende bearbeiding........ 203 5.1 Teori for skjærende bearbeiding 203 5.1.1 Generelt ............................ 203 5.1.2 Verktøygeometri.............. 204 5.1.3 Spondannelse................... 206 5.1.4 Energiforandring i skjærsonen ............................................. 212 5.1.5 Dannelse av løsegg.......... 214 5.1.6 Teoretisk overflateruhet ved dreiing .......................................... 217 5.2 Verktøymaterialet..................... 218 5.2.1 Generelt ............................ 218 5.2.2 Verktøystål....................... 218 5.2.3 Hurtigstål .......................... 218 5.2.4 Hardmetall ....................... 220 5.2.5 Kombinasjonsmateriale . . 223 5.2.6 Keramiske skjær.............. 224 5.2.7 Diamant ............................ 225 5.2.8 Kubisk bornitrid............... 226 5.3 Beregning av skjærkraft og effektbehov ................................................. 227 5.3.1 Generelt ............................ 227 5.3.2 Kraftkomponenter .......... 227 5.3.3 Spesifikk skjærkraft kc skjærtrykk...................................... 228 5.3.4 Skjærkraftmåling og effektmåling ved dreiing...................... 229 5.4 Verktøy slitasje.......................... 230 5.4.1 Generelt ............................ 230 5.4.2 Plastisk deformasjon....... 231 5.4.3 Avskalling og oppflising . . 231 5.4.4 Fasslitasje og gropslitasje . 232 5.4.5 Slitasjekurven................... 232 5.5 Bearbeidingsøkonomi ............ 235 5.5.1 Produksjonstekniske basiskrav ...................................... 235 5.5.2 Tilvirkningskostnaden (kr/del).......................................... 236 5.5.3 Bearbeidingskostnaden og oppdeling i undergrupper........... 237 5.5.4 Matematisk modell.......... 238 5.5.4.1 Minimum bearbeidingskostnad per del......................... 239 5.5.4.2 Maksimal produksjonshastighet.................................... 241 5.5.4.3 Beregninger i modellen 242 5.6 Dreiing....................................... 245 5.6.1 Dreiebenker ...................... 247 5.7 Fresing....................................... 251 5.7.1 Formen på frese verktøyet . 251 5.7.2 Freseverktøyets inngrepsforhold .......................................... 255 5.7.3 Fresemetoder ................... 257 5.7.3.1 Valsefresing ............ 257 5.7.3.2 Planfresing ............... 257 5.7.4 Forskjellige typer freseverktøy.......................................... 259

5.7.4.1 Freser som er tilvirket av hurtigstål ................................. 259 5.7.4.2 Freser tilvirket av hard­ metall 262 5.7.5 Vendeskjærsgeometri til freseverktøy ................................. 263 5.7.6 Bestemmelse av skjæredata ved fresing .................................... 265 5.7.7 Beregning av midlere spontykkelse ved fresing .................... 268 5.7.8 Beregning av effektbehovet ved fresing .................................... 269 5.7.9 Vibrasjoner ved fresing .. . 270 5.7.10 Teknikk for bruk av fresing 271 5.7.11 Fresemaskiner................. 272 5.8 Høvling....................................... 275 5.9 Boring, forsenking og brotsjing 276 5.9.1 Beregning av skjærkrefter, vrimoment og effektbehov ved boring 279 5.10 Sliping ..................................... 280 5.10.1 Slipeskiven...................... 282 5.10.1.1 Slipemiddel............. 282 5.10.1.2 Komstørrelse.......... 282 5.10.1.3 Hardhetsgraden .... 282 5.10.1.4 Strukturen ............... 282 5.10.1.5 Bindemiddel .......... 282 5.10.2 Inngrepsforhold ved sliping 273 5.11 Oppspenningsinnretning ved sponskjærende bearbeiding............. 285 5.11.1 Oppspenning på bord ... 285 5.11.1.1 Fiksturer ................. 285 5.11.1.2 Magnetchucker .... 287 5.11.1.3 Maskinskruestikke . . 288 5.11.2 Oppspenning ved roterende spindler.......................................... 288 5.11.2.1 Generelt om forskjellige spindelneser............................. 288 5.11.2.2 Sentrerende trebakkchucker 290 5.11.2.3 Kraftmanøvrerte chucker 291 5.11.2.4 Planskiver og bakkskiver 293 5.11.2.5 Oppspennhylse .... 293 5.11.2.6 Ekspanderende dor . 294 5.11.2.7 Medbringere og pinol 294 5.12 Vedlikehold av verktøyet .... 294 5.12.1 Verktøy fly ten................... 295 5.12.2 Vedlikehold av skjærende egger 297 5.12.2.1 Slipemetoder.......... 297 5.12.2.2 Sliping av dreieverktøy298 5.12.2.3 Sliping av roterende verktøy 298 5.12.3 Verktøyadministrasjon . . 300 5.13 Skjærevæsker.......................... 300 5.13.1 Kjøling og smøring........ 301

7

5.13.2 Definisjoner på forskjellige typer av skjærevæske.................. 301 5.13.2.1 Grovemulsjon og finemulsjon ............................. 302 5.13.2.2 Vannløsning .......... 302 5.13.3 Kjemisk sammensetning av smøremiddelet ............................. 302 5.13.3.1 Mineralolje............. 303 5.13.3.2 Antioksidasjonsmiddel 304 5.13.3.3 Baktericider............ 304 5.13.3.4 EP-additiv.............. 304 5.13.3.5 Korrosjonsinhibitor . 304 5.13.3.6 Emulgatorer eller tensider .................................... 305 5.13.3.7 Andre additiver .... 305 5.13.4 Krav til skjærevæsken ved forskjellige skjæreoperasjoner . . 305 5.13.4.1 Dreiing ................... 305 5.13.4.2 Fresing ................... 306 5.13.4.3 Boring .................... 307 5.13.4.4 Sliping..................... 307 5.13.5 Skjærevæskens virkning på maskinen og arbeids stykket .... 307 Repetisjonsspørsmål.................... 308 6 Andre bearbeidingsmetoder........ 317 6.1 Innledning ................................. 317 6.2 Metoder for bearbeiding av kompliserte geometrier eller vanskelige materialer ...................... 318 6.2.1 Skjæring med væskestråle 318 6.2.2 Laserbearbeiding ............ 320 6.2.2.1 Laserlysets egenskaper 320 6.2.2.2 Prinsippet for laser . . 320 6.2.2.3 Laserstrålen............... 322 6.2.2.4 Bearbeidingsoperasjoner 322 6.2.2.5 Framtidsutsikter for laser­ bearbeiding ............................. 324 6.2.3 Elektronstrålebearbeiding (EBM - Electron Beam Machinin 325 6.2.3.1 Prinsipp...................... 325 6.2.3.2 Apparatur ................. 325 6.2.3.3 Maskindata............... 326 6.2.3.4 Materialavvirkning . . 326 6.2.3.5 Bearbeidingsoperasjoner 327 6.2.3.6 Bruksområder.......... 328 6.2.3.7 Fordeler og ulemper . 328 6.2.4 Elektrokjemisk bearbeiding (ECM - Electro Chemical Machining).................................... 329 6.2.4.1 Utstyr ........................ 330 6.2.4.2 Elektrolytt................. 332 6.2.4.3 Verktøyet - katoden . 334 6.2.4.4 Isolering ................... 334 6.2.4.5 Bearbeidingsoperasjoner 335 6.2.4.6 Bearbeidingsresultater 338

6.2.5 Gnistbearbeiding (EDM - Electrical Discharge Machining).................................... 339 6.2.5.1 Definisjoner............... 339 6.2.5.2 Prinsippet for gnist­ bearbeiding ............................... 339 6.2.5.3 Utladningsforløpet . . . 340 6.2.5.4 Erosjonsmaskinensenkgnistmaskinen............. 341 6.2.5.5 Reguleringsutstyr . . . 341 6.2.5.6 Generatorer......... 342 6.2.5.7 Elektrodemateriale . . 344 6.2.5.8 Spylevæske......... 344 6.2.5.9 Bruksområde....... 344 6.2.5.10 Toleranser......... 345 6.2.5.11 Overflateruhet ........ 345 6.2.5.12 Datastyrte bearbeidings­ operasjoner ............................... 346 6.2.6 Trådgnisting (EDWC Electrical Discharge Wire Cutting) 347 6.2.7 Kjemisk bearbeiding dypetsing........................................ 349 6.2.7.1 Prinsippet ................. 349 6.2.7.2 Utstyr.......................... 349 6.2.7.3 Arbeidsmateriale .... 349 6.2.7.4 Produkter................... 350 6.2.7.5 Toleranser og overflate­ ruhet 350 6.2.8 Fotokjemisk bearbeiding .. 351 6.3 Metoder for å oppnå ekstremt fine flater og toleranser........................... 352 6.3.1 Honing ............................... 352 6.3.2 Siselering .......................... 353 6.3.3 Grading.............................. 354 6.3.4 Blåstring............................ 355 6.3.5 Tromling............................ 355 6.3.6 Pussing .............................. 356 6.3.7 Polering.............................. 356 6.3.8 Vibrasjonsbearbeiding med ultralyd.......................................... 357 6.3.8.1 Innledning................. 357 6.3.8.2 Egenskaper ............... 357 6.3.8.3 Friksjonenes virkning 358 6.3.8.4 Kavitasjon................. 358 6.3.9 Ultralyd med skjærende bearbeiding.................................... 359 6.3.10 lonebearbeiding ............ 359 6.3.10.1 Utstyr for ionebearbeiding............................... 360 Repetisjonsspørsmål.................... 363

Svar til repetisjonsspørsmålene . .

365

Stikkordregister ...........................

371

I

Produktframstillingskj eden Når du har arbeidet med dette kapittelet, skal du kunne gjøre rede for disse begrepene:

• • • • •

Konstruksjonsfase Prosessforberedende fase Tilvirkningsfase Lagerproduksjon Ordreproduksjon

1 Produktframstilling skjeden

I produktframstillingskjeden inngår alle aktivitetene som et produkt gjennomgår fra idé til ferdig produkt, som oppfyller et behov hos en fornøyd kunde. Trinnene som gjennomgås, kan bli utført i en tidsrekkefølge eller som parallelle aktiviteter. Den raske utviklingen gjør at framstillingstiden for et produkt bør bli kort, men uten at vi tar unødig store risikoer. Med utvikling i parallelle grupper er det vik­ tig at informasjonen i de ulike gruppene er like.

1.1

Fasene i produksjonen

Hendelsene deler vi opp i disse fasene: • • • •

konstruksjonsfase prosessforberedende fase operasjonsforberedende fase tilvirkningsfase

Framstillingskjeden som vi beskriver, er et sterkt forenklet bilde av virkeligheten. Det finnes naturligvis flere momenter som kan inngå i kjeden, for eksempel administra­ sjon, for- og etterkalkulering, materialhåndtering og ulike kvalitetskontroller.

1.1.1

Konstruksjonsfasen

I denne fasen skjer utformingen av konstruksjonen, fra et idéutkast til en ferdig konstruksjonstegning. Med tegning mener vi her et dokument som beskriver konstruksjo­ nen på en entydig måte. Databasert konstruksjon, DAK, blir stadig vanligere. Her kan ulike beregningsprogrammer, for eksempel FEM, elementmetoden, lette konstruk­ sjonsarbeidet og gjøre produktene bedre.

1.1.2

Den prosessforberedende fasen

Her finner vi fram til den mest optimale produksjonsprosessen ved at vi velger pas­ sende metoder og utstyr.

1.1.3

Den operasjonsforberedende fasen

Her planlegger vi de enkelte operasjonene med hensyn til tilgjengelig prosessutstyr og tilvirkningsmaskiner.

11

1.1.4

Tilvirkningsfasen

Til slutt former vi emnet til det produktet som konstruktøren har beskrevet på tegnin­ gen. Tilvirkningen kan deles opp i to faser: bearbeiding og montering. Bearbeidingsfasen I denne fasen foretar vi en fysisk omforming av emnet gjennom ulike bearbeidingsmetoder til deler for videre foredling.

Monteringsfasen I denne fasen monteres de ulike delene til et ferdig produkt. Monteringen kan skje både manuelt og automatisk. Montering er ofte en personalintensiv håndtering, men vi forsøker å forenkle arbeidet slik at tyngre operasjoner i monteringen kan utføres av industriroboter, eller ved at vi innfører avlastningshjelpemidler. Den ergonomiske utformingen er viktig.

1.2

Lagerproduksjon kontra kundeordrestyrt produksjon

Det finnes mange måter å se tilvirkningen i en bedrift på. En innledende måte er å dele inn i lagerproduksjon og kundeordrestyrt produksjon. En annen måte er stykktilvirkning, serietilvirkning og kontinuerlig tilvirkning.

1.2.1

Lagerproduksjon

Vi baserer tilvirkningen på en prognose om forventet salg. Produksjonstakten kan sty­ res etter salgsvolum og produksjonsresurser. Både serietilvirkning og kontinuerlig til­ virkning er egnet for lagerproduksjon.

1.2.2

Ordreproduksjon

Ordreproduksjon betyr at tilvirkningen starter etter en bestilling fra en kunde. Denne typen produksjon forutsetter korte leveringstider. Produktene lages etter kundens ønsker. Ordreproduksjon er noen ganger stykktilvirkning, men kan naturligvis skje på andre måter. De tilfellene vi beskriver, kan gjelde i et og samme foretak.

Ordreproduksjon kan vi ha i disse tilfellene • • • • •

foretaket har lagerførte deler og komponenter deler og komponenter blir kjøpt og satt sammen til unike produkter tegningene er klare og tilvirkningen starter når ordren kommer konstruksjon etter gitte regler nykonstruksjon

Lagerførte deler og komponenter Markedets varierende behov tilgodeses gjennom kombinasjon av tilgjengelige kom­ ponenter (moduloppbygd produkt). Forutsetningen er et produktsystem der produkt­ enes hovedfunksjoner kan deles opp i delfunksjoner, som svarer til ferdige kompo-

12

nenter. Dersom komponentene er av standardkarakter, kan de tilvirkes etter prognose (lagerproduksjon).

Deler og komponenter kjøpes og settes sammen til unike produkter Produktene settes sammen av deler og komponenter som ikke behøver å konstrueres eller tilvirkes i foretaket. Vi kan kreve nykonstruksjoner eller omkonstruksjoner av underleverandører. Tegninger klare og tilvirkning starter når ordren kommer Kundekravene tilfredsstilles gjennom tilvirkning av produktene som er ferdigkonstruerte. Bakgrunnen for å starte tilvirkningen først ved ordre er å minimalisere den kapi­ talen som er bundet i lager. For å holde leveransetidene må kraftige tiltak settes inn for å minimere gjennomløpstiden i verkstedet.

Konstruksjon etter gitte regler Varierende krav fra markedet kan ikke imøtekommes med ferdige konstruksjonsvarianter. Tilpasning av konstruksjonen etter gitte regler og rutiner kreves for hver ordre. Nykonstruksjon Kundens krav kan bare imøtekommes ved nykonstruksjon av deler eller av hele pro­ duktet.

13

Verkstedteknisk måleteknikk I dette kapittelet skal vi se på

• • • • • •

Toleranser og pasninger Målebetingelser Målefeil og måleusikkerhet Målemetoder Måleverktøy Måling av overflateruhet

2 Verkstedteknisk måleteknikk

2.1

Innledning

Måling og kontroll kaller vi måleteknikk. Dette arbeidet utgjør en viktig del av kvali­ tetssikringen. De norske standardene for måling er basert på Sl-enheter. For lengdemål er meter grunnenhet, og alle lengdemål blir i denne sammenhengen oppgitt i 1/1000 m, det vil si i millimeter, om ikke annet er opplyst. Grunnenheten, meter, er definert ut fra tiden. «En meter er lengden av den strekningen som lyset tilbakelegger i fritt rom i løpet av 1/299 792 458 sekunder.» Den verkstedtekniske produksjonen er basert på krav og spesifikasjoner som er fast­ satt i konstruksjonstegningen. Det meste av disse kravene består av mål på dimensjo­ ner, opplysninger om form- og pasningstoleranser, overflateruhet osv.

Måling og kontroll har til hensikt • å stille inn og styre bearbeidingen slik at gitte krav blir oppfylt • å konstatere om deler eller partier oppfyller kravene for produktene og de reglene som gjelder for godkjenning av et parti Måling har til hensikt • å fastlegge en størrelse for å få generell viten om en egenskap hos et måleobjekt eller en prosess • å fastlegge måleverktøyets eller målemetodens kapabilitet (evne, dugelighet) • å fastlegge tilvirkningsprosessens kapabilitet ved et gitt tidspunkt

2.1.1

Definisjoner

absolutt målefeil: måleverdi minus målestørrelsens sanne verdi generell metrologi: område innen metrologien som behandler problemer som er felles for metrologien i sin helhet arbeidsnormal: normal som, vanligvis etter kalibrering mot referansenormalen, ruti­ nemessig brukes for kalibrering eller kontroll av materialiserte mål og måleinstru­ menter fast måleverktøy: måleverktøy som materialiserer en eller flere kjente størrelser. Eksempler: normalring, toleransetolk gruppenormal: oppstilling av likeartede måleverktøy som brukes sammen, og som utgjør en normal.

15

internasjonal normal: normal som gjennom internasjonal overenskomst er vedtatt for internasjonalt å fungere som grunn for å fastsette verdien på alle andre normaler for størrelsen det er snakk om kalibrering: handlinger som følger etter hverandre, som under spesifiserte betingelser slår fast forholdet mellom visningen til et måleinstrument, en måleoppstilling eller et materialisert mål og den tilsvarende kjente verdien på en målestørrelse kontroll av måleverktøy: undersøkelse for å bestemme om et måleverktøy tilfredsstil­ ler oppsatte krav, både når det gjelder en eller flere egenskaper korrigert måleverdi: måleverdi som vi får etter korrigering av den ukorrigerte måleverdien for antatt systematiske feil legal metrologi: område innen metrologien som er regulert av lov eller andre vedtak måleverktøy: innretning som alene eller i kombinasjon med annet utstyr skal brukes for måling målemetode-, i generelle termer en beskrevet rekkefølge av teoretiske og praktiske framgangsmåter, som er forbundet med gjennomføringen av måling etter et bestemt prinsipp måling: en serie handlinger som har til hensikt å bestemme en størrelsesverdi målenøyaktighet: grad av overensstemmelse mellom måleverdi og (konvensjonelt) sann verdi av målestørrelsen måleområde: område som målestørrelsen må ligge innenfor for å kunne måles med et bestemt måleverktøy med spesifisert unøyaktighet og ved normale bruksbetingelser måleusikkerhet/måleunøyaktighet: fastlegging av bredden på et verdiområde som målestørrelsens sanne verdi ligger innenfor måleresultat: verdi på en målestørrelse som vi får ved en måling målestørrelse: størrelse hos måleobjektet som vi ønsker å finne ved måling nasjonal normal: normal som gjennom en offisiell nasjonal beslutning er definert som basis for å fastsette verdien på alle andre normaler for størrelsen det er snakk om i dette landet nominelt måleområde: verdier på målestørrelsen som et måleinstrument ved en gitt omkoblerinnstilling viser verdier for innenfor skalaområdet normal: måleverktøy eller målearrangement som har til hensikt å definere, materiali­ sere, bevare eller reprodusere måleenheten eller en eller flere kjente størrelsesverdier for at dette eller disse skal kunne overføres til andre måleinstrumenter ved sammenligning ukorrigert måleverdi: måleverdi før korrigering for systematiske feil primærnormal: normal som har de beste metrologiske egenskapene for et gitt formål referansenormal: normal, vanligvis av den høyeste metrologiske kvaliteten som er til­ gjengelig på et sted, og som målingene som gjøres, er avledet fra registrerende måleverktøy, måleverktøy som på en varig måte nedtegner verdien av en størrelse relativ feil: delen av den absolutte målefeilen i forhold til målestørrelsens sanne verdi repeterbarhet: grad av overensstemmelse mellom resultatet av suksessive målinger på samme målestørrelse, som vi får under disse betingelsene:

16

-

samme målemetode samme observatør samme måleinstrument samme sted samme bruksbetingelser gjentatt over kort tid

reproduserbarhet: grad av overensstemmelse mellom resultatet av målinger av samme målestørrelse, som er utført etter forandring av betingelser som - målemetode - observatør - måleinstrument - sted - bruksbetingelser - tid sekundærnormab. en normal med en verdi som er bestemt ut fra en sammenligning med primæmormalen spesifisert måleområde/spesifisert arbeidsområde-, oppsatte verdier av en målestør­ relse der feilen i et måleinstrument skal ligge innenfor spesifiserte grenser sporbarhet: egenskap ved et måleresultat som innebærer at det kan relateres til pas­ sende normaler, vanligvis internasjonale eller nasjonale, via en ubrutt kjede av sammenligninger systematisk feil: den delen av målefeilen som under målinger av samme størrelsesverdi forblir konstant, eller som varierer på forutsigbar måte tilfeldig feil: den delen av målefeilen som varierer tilfeldig ved gjentatte målinger av samme størrelsesverdi visende måleverktøy: måleverktøy med visere og skala eller talltablå, for eksempel en lengdeindikator

Måle- og kontrolloperasjonene deler vi inn i: • Måling - serie handlinger som har til hensikt å bestemme en størrelsesverdi • Tolkning - med fast måleverktøy å slå fast om et arbeidsstykke oppfyller spesifi­ serte krav • Grenseindikering - med givere og signalarrangement å slå fast om et arbeids­ stykke oppfyller spesifiserte krav eller ikke • Okularkontroll - kontroll som kan være beregnet på farge, overflatefeil osv. Sam­ menligningen blir ofte lettere om vi bruker en referanse

2,1.2 • • • • •

Målesituasjoner

måling mellom flater som vender fra hverandre måling mellom flater som vender mot hverandre måling mellom flater som vender samme vei måling av avstand mellom senterlinjer eller avstanden deres til kantoverflaten måling av vinkler mellom motvendte og fravendte flater

17

De mest elementære målesituasjonene deler vi inn som vist på figur 2.1. Avhengig av den aktuelle delen blir målingene i praksis mer eller mindre kompliserte. Vanskelig­ hetsgraden avhenger blant annet av om målingen skjer i en, to eller flere koordinater. Vi viser dette på figur 2.2. Målesituasjon

Figur 2.1 De elementære målesituasjonene

18

Benevning

Eksempel

Måling mellom fravendte flater

Måling av utvendige avstandsmål og diametermål

Måling mellom motvendte flater

Måling av innvendige avstandsmål og diametermål

Måling mellom likevendte flater

Måling av avstanden mellom ansatser og dybde- eller høyde­ mål

Måling av avstanden mellom senterlinjer eller avstanden deres til kantoverflaten

Måling av posisjonen til et hull, aksler eller andre elementer

Måling av vinkler mel­ lom motvendte eller fravendte flater

Måling av vinkler som er begrenset av flater eller av sirkeldelinger

Målesituasjon

Sfære

Beskrivelse

Målesituasjon

Beskrivelse

Avstand langs en koordinat

Plan vinkel

Vilkårlig form i to koordinater

Plan vinkel og størrelse på radien, polart koordinatsystem

Vilkårlig form i tre koordinater, kartesisk koordinat­ system

Vilkårlig form i rett vinkel mot en flate med bestemte vinkler i flatens plan

Figur 2.2 Målesituasjon med en eller flere koordinater eller vinkler

2.1.3

Toleranser og pasninger

2.1.3.1 Innledning Det er umulig å utføre en eksakt måling på samme måte som det er umulig å tilvirke en del med eksakte mål. Men med tilpassede tilvirkningsmetoder og målemetoder kan feilen holdes innenfor snevre grenser - et toleranseområde. Når det gjelder størrelser og pasninger, velger vi dette toleranseområdet ut fra kra­ vene til delens funksjon. Det er utviklet flere toleransesystemer. Det gjeldende syste­ met er standardisert i henhold til ISO.

2.1.3.2 Toleransesystem Toleranser blir oppgitt med et basismål og et tilhørende grenseavvik, for eksempel:

30 + 0,03/-0,06 mm Basismålet er det referansemålet som toleranse og avvik henføres til, i vårt tilfelle 30 mm. Det øvre grenseavviket er +0,03 mm og det nedre grenseavviket -0,06 mm. Toleransen er summen av det øvre og det nedre grenseavviket, det vil si i vårt eksempel: 0,03 + 0,06 = 0,09 mm. Det øvre grensemålet er det største tillatte målet: 30 + 0,03 = 30,03 mm. Det nedre grensemålet er det minste tillatte målet: 30 + (-0,06) = 29,4 mm. For såkalte generelle toleranser finnes NS-ISO 2768-1, se figur 2.3.

19

Tillatte avvik for basismålsområdet

Toleranseklasse Betegnelse Beskrivelse

over 3 tom 6

0,5 1) tom 3

^

over 6 tom 30

over 30 tom 120

over 120 tom 400

over 2000 tom 4000

over 1000 tom 2000

over 400 tom 1000

f

fin

±0,05

±0,05

±0,1

±0,15

±0,2

±0,3

±0,5

—

m

middels

±0,1

±0,1

±0,2

±0,3

±0,5

±0,8

±1,2

±2

g

grov

±0,2

±0,3

±0,5

±0,8

±1,2

±2

±3

±4

v

svært grov

—

±0,5

±1

±1,5

±2,5

±4

±6

±8

1) for basismål under 0,5 mm skal awikene oppgis ved aktuelt basismål

Figur 2.3 Generelle toleranser (NS-ISO 2768-1)

Det er innført et toleransesystem som bygger på at basismål og toleransegrad oppgis. Figur 2.4 viser basismål med tilhørende toleranser og toleransegrader Basismål mm over

Grunntoleranser IT1

IT2 IT3 IT4 IT5

IT6

IT7

IT8

IT9 IT10 IT11

IT12 IT13 IT14 IT15 IT16 IT17 IT18

Toleranser

tom

pn1

mm

— 3 6

3 6 10

0,8 1 1

1,2 1,5 1,5

2 2,5 2,5

3 4 4

4 5 6

6 8 9

10 12 15

14 18 22

25 30 36

40 48 58

60 75 90

0,14 0,25 0,4 0,6 1 0,1 0,12 0,18 0,3 0,48 0,75 1,2 0,15 0,22 0,36 0,58 0,9 1,5

1,4 1,8 2,2

10 18 30

18 30 50

1,2 1,5 1,5

2 2,5 2,5

3 4 4

5 6 7

8 9 11

11 13 16

18 21 25

27 33 39

43 52 62

70 84 100

110 130 160

0,18 0,27 0,43 0,7 1,1 0,21 0,33 0,52 0,84 1,3 0,25 0,39 0,62 1 1,6

1,8 2,1 2,5

2,7 3,3 3,9

50 80 120

80 120 180

2 2,5 3,5

3 4 5

5 6 8

8 10 12

13 15 18

19 22 25

30 35 40

46 54 63

74 87 100

120 190 140 220 160 250

0,3 0,46 0,74 1,2 0,35 0,54 0,87 1,4 0,4 0,63 1 1,6

1,9 2,2 2,5

3 3,5 4

4.6 5,4 6,3

180 250 315

250 315 400

4,5 6 7

7 8 9

10 12 13

14 16 18

20 23 25

29 32 36

46 52 57

72 81 89

115 185 290 130 210 320 140 230 360

0,46 0,72 1,15 1,85 2,9 0,52 0,81 1,3 2,1 3,2 0,57 0,89 1,4 2,3 3,6

4,6 5,2 5,7

7,2 8,1 8,9

400 500 630

500 630 800

8 9 10

10 11 13

15 16 18

20 22 25

27 32 36

40 44 50

63 70 80

97 110 125

155 175 200

250 400 280 440 320 500

0,63 0,97 1,55 2,5 0,7 1,1 1,75 2,8 0,8 1,25 2 3,2

4 4,4 5

6,3 7 8

9,7 11 12,5

800 1000 11 1000 1250 13 1250 1600 15

15 18 21

21 24 29

28 33 39

40 47 55

56 66 78

90 105 125

140 165 195

230 260 310

360 420 500

0,9 1,4 2,3 1,05 1,65 2,6 1,25 1,95 3,1

3,6 4,2 5

5,6 6,6 7,8

14 9 10,5 16,5 12,5 19,5

1600 2000 18 2000 2500 22 2500 3150 26

25 30 36

35 41 50

46 55 68

65 78 96

92 110 135

150 230 370 175 280 440 210 330 540

6 7 8,6

15 23 9,2 11 17,5 28 13,5 21 33

560 660 780

600 920 1,5 2,3 700 1100 1,75 2,8 860 1350 2,1 3,3

3,7 4,4 5,4

Figur 2.4 Grunntoleranser for ISO-toleranser (NS-ISO 286-1) Vi bør ikke bruke de toleransegradene som står på figuren, hvor som helst. Vi bør følge disse reglene:

• IT 1-4 toleranser for faste måleverktøy • IT 5-7 nøyaktige pasninger

20

• IT 8-9 normale pasninger • IT 10-11 mindre følsomme pasninger • IT 12-16 arbeidstoleranser

IT er en forkortelse for internasjonal toleransegrad.

2.1.3.3 Pasningssystem Når flere mål som er toleransesatte, skal fungere sammen i en konstruksjon, setter konstruktøren ut en pasning. Det kan være press-, mellom- eller klaringspasning. Pasning er forholdet (før monteringen) mellom målene til to deler som skal settes sammen, og som blir bestemt av forskjellen mellom disse målene. Klaringspasning skal alltid gi klaring. Klaringen er forskjellen (før sammenset­ ning) mellom målet på et hull og en aksel når denne forskjellen er positiv.

HULL MINUS AKSEL ER LIK KLARING

Presspasning skal alltid gi et pressmonn eller en negativ klaring. Pressmonnet er for­ skjellen (før sammensetning) mellom målet til et hull og en aksel når denne forskjel­ len er negativ. HULL MINUS AKSEL ER LIK PRESSMONN Mellompasning er en pasning som enten kan gi klaring eller pressmonn.

Figur 2.5 Ulike typer pasninger

21

I en tegning oppgir vi toleransen med en bokstav for toleransebeliggenheten og med et tall for toleransegraden. For å eliminere antall kombinasjoner har vi innført to systemer: et med basis i akseltoleranser og et med basis i hulltoleranser. Hull oppgir vi med store bokstaver og aksler med små bokstaver. Hulltoleransene tilsvarer toleransene for elementer med motvendte flater. Akseltoleransene tilsvarer toleransene for elementer med fravendte flater. HULL-basis-systemet er vanligst, fordi akslene er enklere å tilvirke og kontrollere etter forskjellige toleransebeliggenheter og toleransegraden Vi viser til figur 2.6.

Basis hull

Figur 2.6 Eksempel på pasninger etter pasningssystemet HULL-basis

2.1.3.4 Gjengetoleranser og gjengepasninger Toleranser og pasninger er standardiserte for metriske ISO-gjenger. Systemet som vi presenterer her, bygger på NS-ISO 965. Systemet ligner systemet for aksler og hull som vi har beskrevet foran i boka. Det finnes både toleransegrader, toleransebeliggen­ heter og toleranseklasser. Toleransegradene er fra 3 til 9, som vi viser på figur 2.7. Gjengediameter

Toleransegrader

d

4

D1

4

5

6

7

8

4

5

6

7

8

4

5

6

7

8

d2 d2

3

Figur 2.7 Toleransegrader

22

8

6

Utvendige gjenger d = stordiameter d2 = midtdiameter

9

Innvendige gjenger Dt = lillediameter D2 = midtdiameter

Det finnes seks toleransebeliggenheter. Vi beskriver dem med en bokstav som på figur 2.8: • for innvendige gjenger G, H • for utvendige gjenger e, f, g, h Innvendige gjenger Utvendige gjenger

Figur 2.8 Toleransebeliggenheter

En utvendig gjenge kan for eksempel beskrives som M20x2 - 5h6h. M20x2 = gjengebetegnelsen 6h = klassebetegnelsen for utvendig diametertoleranse 5h = klassebetegnelsen for midtdiametertoleranse 5h6h = toleranseklassebetegnelsen

Pasningen for en skrueforbindelse oppgir vi med toleransebetegnelsen til den innven­ dige gjengen etterfulgt av toleransebetegnelsen til den utvendige gjengen. Eksempel: M6 - 6H/6g

For å redusere antall toleranseklasser anbefaler vi å bruke såkalte prefererte toleranseklasser: • fin: for presisjonsgjenger • middels: for vanlig bruk • grov: i situasjoner der det kan oppstå vanskeligheter i tilvirkningen

Inngrepslengdene er delt inn i tre grupper: S - kort, N - normal og L - lang. Markerte alternativer bør først og fremst velges.

Toleransekvalitet

Toleransebeliggenhet e

S

N

L

Toleransebeliggenhet f

N

S

L

Toleransebeliggenhet g

S

N

L

6e

7e6e

Grov

6f

5g6g 6g

8g

S

N

L

3h4h 4h

5h4h

7g6g 5h6h 6h

7h6h

Fin Middels

Toleransebeliggenhet h

9g8g

Figur 2.9 Utvendige gjenger

23

Toleranse -kvalitet

Toleransebeliggenhet G

S

N

L

Fin

Middels

5G

Grov

Toleransebeliggenhet H

6G

7G

7G

8G

S

N

L

4H

5H

6H

5H

6H

7H

7H

8H

Figur 2.10 Innvendige gjenger

2,1.4

Form- og beliggenhetstoleranser

For å beskrive tilvirkningsnøyaktigheten ved en del er det ikke tilstrekkelig bare å oppgi toleransen. En metode for å angi de andre avvikene, det vil si formen og belig­ genheten til et element, er utviklet og beskrevet i standarden NS 1420-ISO 1101. Toleransebestemt egenskap

For enkeltelement

Retthet

—

E o u_

Symbol

-—

Rundhet

Symbol

Planhet

Sylindrisitet

ff

777777.

—

—

Retning

For samvirkende element

Profilform

Flateform

Parallellitet

Rettvinklethet

//

Vinkelriktighet

77)77.

Kast

Beliggenhet

Posisjon

Symmetri

Sirkulært kast

Konsentrisitet/ koaksialitet

— f

Figur 2.11 Symboler for form- og beliggenhetstoleranser

24

Total kast

Lf

Formtoleransen angir innenfor hvilket område en linje eller formen på en flate kan variere. Beliggenhetstoleransen angir innenfor hvilket område posisjonen til et punkt, en linje, en overflate eller et symmetriplan kan variere. Toleranseområdet kan under visse forutsetniger være begrenset av et eller flere ele­ menter: • en sirkel • to konsentriske sirkler • en sylinderoverflate • to parallelle plan osv. For å forenkle framgangsmåten for målingene har en i NS 1420-ISO 1101 utarbeidet eksempler på hvordan vi skal utføre målingene. Standarden gir anvisning om måleprinsipper, målemetoder og måleutstyr. For nærmere studier viser vi til spesiallitteratur. Retningstoleranse angir det området som retningen til en linje, en overflate eller et symmetriplan kan variere innenfor i forhold til en referanse. Kasttoleranse angir det området som en linje eller en overflate kan variere innenfor ved rotasjon rundt en referanse. Dersom ikke annet er oppgitt, kan det toleransebestemte elementet ha en hvilken som helst form eller beliggenhet innenfor det gitte toleranseområdet for form, retning, beliggenhet og kast. • Når bare dimensjonstoleranse er gitt, gjelder: Dimensjonstoleransen begrenser ikke avvik i konsentrisitet, koaksialitet, kast eller symmetri. • Når både dimensjons- og formtoleranse er gitt, gjelder: Dimensjonstoleransen kan ikke gis for de mål som definerer formen til et element, dersom både toleransen for profilform og flateform er oppgitt for dette element ettersom formtoleransene erstatter dimensjonstoleransene.

Toleranseområdet er avhengig dels av hva som er toleransebestemt, dels av måten toleransen er angitt på, om den dreier seg om: • arealet innenfor en sirkel • arealet mellom to konsentriske sirkler • arealet mellom to ekvidistante linjer • arealet mellom to parallelle rette linjer • volumet innenfor en sylinder • volumet mellom to koaksiale sylindere • volumet mellom to ekvidistante flater • volumet mellom to parallelle plan • volumet innenfor en parallellepiped

2.1.4.1 Oppmåling av form og beliggenhet Retthetstoleranse • Toleranseområdet er begrenset av en sylinder med diameter t dersom toleranseverdien kommer etter symbolet ø. • Projeksjonen av toleranseområdet på et plan er begrenset av to parallelle rette linjer med en innbyrdes avstand t. • Toleranseområdet er begrenset av et parallellepiped med tverrsnittet • t2 dersom toleransen er oppgitt i to retninger som står vinkelrett mot hverandre.

25

A Retthet hos generatriser

1 2 3 4 5 6 7 8

måling i forhold til måleplan måling i koordinatmålemaskin måling i profilprojektor måling i profilregisterende retthetsmåler fargemerking måling med vater eller klinometer måling med autokollimator laserinterferometer

B Retthet hos senterlinje 1 Vi kan utføre målingen med to visende måleverktøy som er festet på et søylestativ på en slik måte at sentrum til mot­ svarende generatriser kan bestemmes. 2 Vi kan bruke retthetskontroll med funksjonstolk.

Figur 2.12 Måling av avvik i retthet i forhold til et måleplan

Planhetstoleranse Toleranseområdet er begrenset av to paral­ lelle plan med en innbyrdes avstand t. 1 måling i forhold til nærliggende over­ flate. Målingen blir utført på en planskive med en vippindikator som er mon­ tert på et målestativ 2 måling i forhold til en tangerende flate 3 måling med plantolk 4 måling med vater og mikrometer 5 måling i forhold til en linjal 6 måling med autokollimator eller laser­ interferometer

Figur 2.13 Måling av rettheten til sentrumslinjen

Figur 2.14 Måling mot en tange­ rende flate

26

Rundhetstoleranse Toleranseområdet er i det bestemte planet begrenset av to konsentriske sirkler med en innbyrdes radial avstand t. 1 måling med profilregistrerende rundhetsmåler 2 måling med profilprojektor 3 måling i koordinatmålemaskin 4 topunkts- og trepunktsmåling

Sylindrisitetstoleranse Toleranseområdet er begrenset av to koaksiale sylindere med en innbyrdes radial avstand t. 1 måling i profilregistrerende sylindrisitetsmåler 2 måling i koordinatmålemaskin 3 måling i L-støtte og V-blokk Profilformtoleranse Toleranseområdet er begrenset til to ekvidistante linjer som tangerer alle sirkler med diameter t, og der sentrum ligger på en linje som har den geometrisk riktige formen. 1 fargemerking - maling 2 profilprojisering 3 koordinatmåling

Flateformtoleranse Toleranseområdet er begrenset av to ekvidistante flater som tangerer alle kuler med diameteren t, og der sentrum ligger på en overflate som har den geometrisk riktige formen. 1 måling i forhold til formmal 2 kopieringsmåling 3 koordinatmåling Parallellitetstoleranse Parallellitetstoleranse for en linje i forhold til en referanselinje: A Toleranseområdet er begrenset av en sylinder som er parallell med referanselinjen og med diameteren t, om toleranseverdien kommer etter symbolet (j). B Projeksjonen av toleranseområdet i et plan er begrenset av to parallelle rette linjer med en innbyrdes avstand t og som er parallelle med referanselinjen, om toleran­ sen bare oppgis i en retning. C Toleranseområdet er begrenset av et parallellepiped med tverrsnittet ■ t2 og som er parallell med referanselinjen, om toleransen er oppgitt i to plan som står vinkel­ rett mot hverandre. Parallellitetstoleransen for en linje i forhold til et referanseplan: D Toleranseområdet er begrenset av to parallelle plan med en innbyrdes avstand t og som er parallelle med referanseplanet. Parallellitetstoleransen for en overflate i forhold til en referanselinje: E Toleranseområdet er begrenset av to parallelle plan med en innbyrdes avstand t og som er parallelle med referanselinjen.

27

F

Parallellitetstoleransen for en overflate i forhold til en referanselinje: Toleranseområdet er begrenset av to parallelle plan med en innbyrdes avstand t og som er parallelle med referanseplanet. Toleranseområde

Måleprinsipp

Måling av avstandsvariasjon i forhold til referanseelementet Bestemmelse av parallellitetsawik ved måling av vinkelawiket i forhold til referanseelementet

Kontroll av parallellitetsawiket ved bruk av sammenligningsprinsippet

A

B

C

D

E

F

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

—

—

+

-

Vinkelretthetstoleranse Vinkelretthetstoleransen for en linje i forhold til en referanselinje: A Projeksjonen av toleranseområdet i et plan er begrenset av to parallelle rette linjer med en innbyrdes avstand t og som står vinkelrett på referanselinjen. Vinkelretthetstoleransen for en linje i forhold til et referanseplan: B Toleranseområdet er begrenset av en sylinder med diameteren t og som står vin­ kelrett mot referanseplanet dersom det står en 0 foran toleranseverdien. C Projeksjonen av toleranseområdet i et plan er begrenset av to parallelle rette linjer med en innbyrdes avstand t og som står vinkelrett mot referanseplanet, dersom toleransen bare er oppgitt i en retning. D Toleranseområdet er begrenset av et parallellepiped med tverrsnittet tx ■ t2 og som står vinkelrett på referanseplanet, dersom toleransen er gitt i to retninger som står vinkelrett på hverandre. Vinkelretthetstoleransen for en overflate i forhold til en referanselinje: E Toleranseområdet er begrenset av to parallelle plan med en innbyrdes avstand t og som står vinkelrett på referanselinjen. Vinkelretthetstoleransen for en overflate i forhold til et referanseplan: F Toleranseområdet er begrenset av to parallelle plan med en innbyrdes avstand t og som står vinkelrett på referanseplanet. Toleranseområde

Måleprinsipp A

B

C

D

E

F

Måling av avstandsvariasjonen i forhold til et hjelpelement vinkelrett på referanse­ elementet

+

+

+

+

+

+

Bestemelse av vinkelretthetsawiket ved å måle vinkelawiket i forhold til referanse­ elementet

—

+

+

+

+

+

-1-

+

+

+

—

—

Kontroll av vinkelretthet ved bruk av sammenligningsprinsippet

28

Vinkelriktighetstoleranse Vinkelriktighetstoleransen for en linje i forhold til en referanselinje: Aa Linjen og referanselinjen i samme plan. Projeksjonen av toleranseområdet i et plan er begrenset av to parallelle rette linjer med en innbyrdes avstand t og som heller med en gitt vinkel mot referanselinjen.

Ab Linjen og referanselinjen i samme plan. Dersom linjen som er toleransebestemt og referanselinjen ikke ligger i samme plan, henfører vi toleranseområdet til pro­ jeksjonen av den toleransebestemde linjen på et plan som innholder referanselin­ jen og parallelt med linjen som er toleransebestemt. Vinkelriktighetstoleransen for en linje i forhold til en referanseoverflate: B Projeksjonen av toleranseområdet i et plan er begrenset av to parallelle rette linjer med en innbyrdes avstand t, og som heller med en gitt vinkel med referanseplanet. Vinkelriktighetstoleransen for en overflate i forhold til en referanselinje: C Toleranseområdet er begrenset av to parallelle plan med en innbyrdes avstand t og som heller med en gitt vinkel med referanselinjen.

Vinkelriktighetstoleransen for en overflate i forhold til et referanseplan: D Toleranseområdet er begrenset av to parallelle plan med en innbyrdes avstand t og som heller med en gitt vinkel med referanseplanet. Måleprinsipp

Toleranseområde A

B

C

D

Måling av avstandsvariasjon i forhold til referanseelementet

+

+

+

+

Bestemmelse av vinkelriktighetsawiket ved å måle vinkelawiket i forhold til referanseelementet

+

+

+

+

Kontroll av vinkelriktighet ved bruk av sammenligningsprinsippet

+

+

—

—

Posisjonstoleran.se Posisjonstoleransen for et punkt: A Toleranseområdet er begrenset av en sirkel med diameteren t og med sentrum i den teoretisk riktige beliggenheten til det toleransebestemte punktet.

Posisjonstoleranse for en linje: B Toleranseområdet er begrenset av en sylinder med diameteren t og med sentrumslinjen i den teoretisk riktige beliggenheten dersom det står en 0 foran toleranseverdien. C

Toleranseområdet er begrenset av to parallelle rette linjer med en innbyrdes avstand t som ligger symmetrisk om den teoretisk riktige beliggenheten til linjen, dersom toleransen bare er gitt for en retning.

D Toleranseområdet er begrenset av et parallellepiped med tverrsnittet ■ t2 og med senterlinje som faller sammen med den teoretisk riktige beliggenheten til linjen, dersom toleransen er gitt i to retninger vinkelrette på hverandre.

29

Posisjonstoleransen for en plan overflate eller et midtplan: E Toleranseområdet er begrenset av to parallelle plan med en innbyrdes avstand t som ligger symmetrisk om den korrekte posisjonen til den toleransebestemte overflaten. Toleranseområde

Måleprinsipp A

B

c

D

E

F

Måling av avstand eller koordinater

+

+

+

+

+

+

Kontroll av posisjon ved bruk av sammen­ ligningsprinsippet

+

—

+

+

+

—

Konsentrisitets- og koaksialitetstoleranse A Toleranseområdet er begrenset av en sirkel med diameter t og med sentrum som faller sammen med referansesentrum. B Toleranseområdet er begrenset av en sylinder med diameter t og med senterlinje som faller sammen med referanselinjen, dersom det står en 0 foran toleranseverdien. Toleranseområde

Måleprinsipp A

B

Måling av radievariasjonen fra fast rotasjonsaksel

+

+

Måling av avstand eller koordinater

+

+

Kontroll av konsentrisitet eller koaksialitet gjennom bruk av sammenligningsprinsippet

+

+

Symmetritoleranse A Projeksjonen av toleranseområdet i et plan er begrenset av to parallelle rette linjer med en innbyrdes avstand t og som ligger symmetrisk om referanselinjen (eller referanseplanet), dersom toleransen bare er gitt i en retning. B Toleranseområdet er begrenset av et parallellepiped med tverrsnittet t} • t2 og med senterlinje som faller sammen med referanselinjen, dersom toleransen er gitt i to retninger som står vinkelrett på hverandre. C Toleranseområdet er begrenset av to parallelle plan med en innbyrdes avstand t og som ligger symmetrisk om referanselinjen eller referanseplanet. Toleranseområde Måleprinsipper

30

A

B

c

Måling av avstand eller koordinater

+

+

+

Kontroll av beliggenhetsriktighet ved bruk av sammenligningsprinsippet

+

-

+

Kasttoleranse Toleranseområdet er i hvert måleplan vinkelrett mot referanseakselen begrenset av to konsentriske sirkler med en innbyrdes radial avstand t, og med sentrum som faller sammen med referanselinjen. Toleranseområdet for en vilkårlig radius er begrenset av to sirkler med en innbyr­ des avstand t og med en beliggenhet i en målesylinder der senterlinjen faller sammen med referanseakselen.

Toleranseområdet er begrenset av to sirkler med en innbyrdes avstand t for en vil­ kårlig målekon som er koaksial med referanseakselen. Totalkasttoleran.se Toleranseområdet er begrenset av to koaksiale sylindere med en innbyrdes radial avstand t der senterlinjene faller sammen med referanseakselen.

Toleranseområdet er begrenset av to parallelle plan med en innbyrdes avstand t og som står vinkelrett mot referanseakselen.

Måleprinsippet innebærer at vi måler avstands variasjonen til den toleransesatte overflaten i enkelte snitt i forhold til referanseakselen. Måleobjektet skal være aksialt fiksert.

31

2.2

Fysikalske målebetingelser

Når vi måler opp en lengde, må temperaturen, luftfuktigheten og lufttrykket holdes under kontroll fordi disse fysikalske faktorene kan virke inn på måleresultatet. Temperaturen kan føre til store målefeil. Referansetemperaturen for målinger er satt til +20 °C. Måleverdien referere seg til denne temperaturen dersom ikke annet er gitt. Dersom måletemperaturen avviker fra referansetemperaturen kan vi enkelt regne ut måleavviket. Fra fysikken kjenner vi det lineære forholdet: A/ = L-(xAt

AZ a L Ar

= = = =

(2:1)

lengdeavviket (m) lengdeutvidelseskoeffisienten lengden av måleobj ektet (m) temperaturdifferansen (temperaturen til måleobjektet referansetemperaturen)

Figur 2.15 Lengdeutvidelsen per °C for forskjellige materialer og lengder

I tillegg til temperaturen har luftfuktigheten (relativt damptrykk) og luftrykket en viss betydning, spesielt når vi måler med lysbølgelengder. Det relative damptrykket ved interferensmåling er 59 %. Vi må ta hensyn til luftfuktigheten dersom måleobjektet eller måleverktøyet er hygroskopisk. For eksempel kan enkelte plasttyper suge til seg fuktighet og dermed forandre lengden. Normalt skal det relative damptrykket ved måling ligge mellom 35 % og 55 %. Lufttrykket skal ligge på 1013,25 hPa [1 hPa (hektoPascal) = 1 mbar]. Ved mange målinger er det nødvendig at vi bruker måleverktøy som er kalibert etter normaler. Normalene som vi bruker, må også være kalibrert på en slik måte at vi kan følge en ubrutt kjede fra internasjonale måleprototyper til måleverktøyet.

32

2.3

Målefeil og måleusikkerhet

Resultatet av en måling er avhengig av disse faktorene: • måleoperatøren • måleverktøyet

• måleobj ektet • målemiljøet Feilkilde

Tiltak

Operatørfeil

Ukyndighet Ufullstendige rutiner Menneskelige faktorer

Utdanning Erfaring Selvdisiplin

Måleverktøyet

Konstruksjonsfeil Tilvirkningsfeil Visningsfeil Slitasje

Abbes komparatorprinsipp, se avsnitt 2.5 Kvalitetshøyning Korreksjon Kontroll

Måleobjektet

Form- og overflateawik Deformasjon

Valg av passende måleverktøy og måle­ metode Taylors prinsipp, se avsnitt 2.5, korrekt opplegging

Målemiljø

Temperatur Fuktighet Vibrasjoner

Målerommet, korreksjon Målerommet Tunge, isolerende fundamenter for måleplate og måleverktøy

Figur 2.16 Eksempler på målefeil og mottiltak

Dersom disse faktorene varierer, fører det til feil i måle verdien. Feilen kan være sys­ tematisk eller tilfeldig. Ifølge definisjonen kan vi forutse de systematiske feilene og dermed korrigere for dem. Et eksempel på systematikk på dette er måling med ulik temperatur på måleverktøyet og måleobjektet. Vi kan dele de systematiske feilene inn i tre grupper: måleverktøyfeil, temperaturfeil og målekraftfeil. For at vi skal kunne si noe om hvor store de tilfeldige feilene er, må vi ha et statis­ tisk signifikant dataunderlag i form av gjentatte målinger. Måleverdiene blir normalfordelt for at vi skal kunne bestemme middelverdien og spredningen. På figur 2.17 viser vi fordelingen av måleverdiene i et tilfelle.

Figur 2.17 Fordelingen av måleverdiene

33

På figur 2.17 gjelder: = aritmetisk middelverdi = virkelig middelverdi = systematisk feil = standardavvik

x xv e s

Aritmetisk middelverdi er summen av antall verdier dividert med antall verdier. (2:2)

x 1

x x( n

= aritmetisk middelverdi = måleverdi = antall måleverdier

Tilfeldig feil er definert som x. - x

Standardavviket, som er et mål på spredningen i måle verdiene i en måleserie rundt den aritmetiske middelverdien, er bestemt av: I

n

s = .hTiXO.-fl2 X

5

(2:3)

1

= standardavvik

Fordi hver måleverdi er beheftet med tilfeldige, vilkårlige feil, er det sannsynlig at vi får en ny middelverdi dersom vi gjentar måleserien. Middelverdiens standardavvik er et mål på spredningen i middelverdi, uttrykt ved standardavviket til en enkelt måleverdi i en måleserie dividert med kvadratroten av antall målinger. (2:4)

2.3.1 Beregning av feilgrenser 2.3.1.1 Direkte målemetode e = t • s-

(2:5)

t = en konstant som er beregnet ved hjelp av Students t-fordeling.

2.3.1.2 Indirekte målemetode Størrelsen p er en funksjon av m, av størrelsene i £/i = 1, 2,..., m)

n =

34

(2:6)

Middelverdien x; av n, måleverdier av = 1, 2, nt) er en beregning av med standardfeilen s_ . i Da er y = (xp x2, xw) en beregning av den søkte størrelsen med standardfei­ len 5 som vi kan beregne ut fra det approksimerte forholdet, m

der

dti

er den partiellderiverte av r| med hensyn på

= x{(i = 1, 2,

m).

Går vi ut fra at y er normalfordelt, får vi feilgrensene ± e for en beregning av y ut fra forholdet

e y ~ ty ■ s-y

(2:8)

der t er den verdien på Students t, som vi får for valgt konfidensnivå og for det ekvi­ valente antall «måleverdier» av y, nekv. ( n \2

«ekv -

1=

(2:9)

2 k Ot2 sUi j \

*

y

der

(2:10)

= (^J2'sx2

Til slutt avrunder vi nekv til nærmeste heltall.

2.3.2 Feilforplantning Vi kan sette målefeilen fra hver enkelt måling sammen til en totalfeil.

2.3.2.1 Systematiske feil Ved addisjon eller subtraksjon av størrelser blir totalfeilen lik summen av delfeilene. /tot = /i

+fi +

+ ••• +fn

(2:11)

Ved multiplikasjon eller divisjon av størrelsene subtraherer eller adderer vi de relative feilene. De relative feilene er størrelsens feil dividert med størrelsen.

2.3.2.2 Tilfeldige feil /tot = ±

7/i2 + /22+

+/?

(2:12)

35

2.4

Målemetoder

Vi kan bestemme måleverdien ut fra disse metodene: Direkte målemetode - målemetode som gir oss målestørrelsen direkte, og ikke ut fra målinger av andre størrelser som har et kjent forhold til målestørrelsen, se figur 2.18. Indirekte målemetode - målemetode som gir oss målestørrelse ved å sammenligne målingen med andre størrelser som har et kjent forhold til målestørrelsen, se figur 2.18. Direkte metoder

Indirekte metoder

H lill mil III 111 llllll 11 Ull ll

Skalalinjal

Sammenligne passbit (P) og arbeidsstykke (A)

Sammenligne innstillingsring (I) og arbeidsstykke (A) (absoluttmåling)

Figur 2.18 Direkte metoder gir direkt avlesning av måleverdien. Ved indirekte meto­ der må vi sammenligne måleverdien med en målenormal

Måling definerer vi som en serie handlinger som har til hensikt å bestemme en størrelsesverdi. Det innebærer å finne de aktuelle, dimensjonsbestemmende punktene på måleobjektet som vi må lokalisere mot måle verktøy ets måleflate. I tabellen på neste side beskriver vi de vanligste metodene for lokalisering av måle­ objektet.

36

Beskrivelse

Eksempel

1 Skalastrek mot begrensningsoverflate

Skalalinjal Målestokk Målebånd

2 Måling med mekanisk kontakt

Skyvelære Mikrometer Lengdeindikatorer Koordinatmålemaskiner

3 Kontaktfri måling

Med luft Med mikroskop Med induksjon

Før vi begynner målingen, bør vi tenke gjennom målesituasjonen for å eliminere eventuelle målefeil ved kontaktmåling. I tabellen under viser vi en oversikt over hvilke målespisser vi bør bruke ved forskjellige målinger. Måleobjekt

Måling i vertikal retning

Måling i horisontal retning

Parallellepiped

Kule mot plan Kule mot kule

Kule mot kule

Sylinder

Kule mot kule Kule mot plan

Kule mot kule Egg mot egg

Kule

Plan mot plan Kule mot plan

Plan mot plan

Vi må alltid kunne røre måleobjektet mellom målespissene, slik at vi kan få en største eller minste avlesning.

2.4.1

Bruk av maler

Ved tolkning med maler bruker vi fargemerking for å få arbeids stykket til å stemme overens med malen. Fargemerkingen er avhengig av fargesjiktet som er lagt på. Ned­ enfor viser vi en oversikt over forskjellige sjikttykkelser: Håndpålagt sjikt: minste sjikttykkelse: 0,1 pm ordinær sjikttykkelse: 0,2 pm

Sjikt av parafinvoks: minste sjikttykkelse :0,1-0,15 pm mer vanlig: nøyaktige arbeider :0,2 pm ikke så nøyaktige arbeider: 0,3-0,4 pm

Blå farge: minste sjikttykkelse: 0,15-0,2 pm mer vanlig: ved kontrollflekking: 0,3-0,4 pm ved finskaving: 0,8-1,0 pm ved ordinær skaving: 1-2 pm

37

2.4.1.1 Bruk av lystette maler Vi bruker maler til forskjellige slags målekontroller, og de foregår slik at kontaktlin­ jen mellom en mal og arbeidsstykket gjennomlyses. Hvor grensen mellom den lys­ tette og den synlige lysspalten ligger, avhenger av utformingen av malen og av lyskil­ den. Vanligvis bruker vi dagslyset eller en lampe. Da kan vi få en lysspalte med bredde på 0,5-1 pm dersom vi bruker passende lyskasse og et forstørrelsesglass som forstør­ rer om lag tre ganger. Bruk av lystette maler er en subjektiv metode, og vi bør om mulig erstatte den med måling.

2.4.1.2 Måling med lysinterferens Med en plantolk og et monokromatisk lys kan vi avlese feil ned til en halv bølge­ lengde for lyset. De beste kvalitetene av planhetstolkene har en planhetsfeil på ±0,05 pm. Fenomenet som framkommer mellom overflaten til arbeidsstykket og plantolken, er et interferensmønster eller et såkalt interferogram. På figur 2.19 viser vi et eksem-

2.5

Måleverktøy

Abbes komparatorprinsipp Et instrument for lengdemåling skal konstrueres slik at strekningen som vi skal måle, er den rettlinjede forlengelsen av måleskalaen.

Figur 2.20 Skyvelæret oppfyller ikke Abbes komparatorprinsipp. Mikrometeret oppfyller Abbes komparatorprinsipp

Taylors prinsipp for faste måleverktøy Engelsmannen W. Taylor tok i 1905 patent på en metode for å tolke grensemålet for tolkene: • På bearbeidingssiden (gåsiden) skal tolken kontrollere alle foreliggende mål samti­ dig. • På kasseringssiden (stoppsiden) skal tolken så langt som mulig kontrollere alle foreliggende mål hver for seg.

38

Måleverktøyet kan deles inn i grupper av faste, visende og andre måleverktøy som vi viser på figur 2.21. De forskjellige typene kompletterer hverandre. Faste måleverktøy har bestemte mål eller former, og visende måleverktøy har avlesningsmuligheter.

MÅLEVERKTØY

Faste måleverktøy

Visende måleverktøy

Andre måleverktøy Grenseindikator Koordinatmålemaskin

Figur 2.21 Inndeling av måleredskap etter forskjellige måleprinsipper

39

2.5.1

Faste måleverktøy

2.5.1.1 Passbiter I siste halvdel av 1800-tallet brukte de ofte tolker (såkalte masterdetaljer) ved målin­ gene. Tolkene ble brukt til å sammenligne viktige mål på maskindeler og våpendeler. Det ble laget en tolk for hvert viktig mål. Men en mistet raskt oversikten dersom en ikke hadde et system for nøyaktig merking. Tolkene gav ikke et nøyaktig mål på delen, men bare en sammenligning med et annet emne. Først med passbiten og kombinasjonsmålesettet, som svensken Carl Edvard Johansson oppfant i 1896, kom systematiseringen av alle disse tolkene. Johansson kom fram til kombinasjonsmålesettet ut fra erfaringene han hadde fra arbeid ved for­ skjellige industribedrifter som benyttet tolker. Målesettet består av 102 passbiter (parallellepipediske stålbiter) som er tilvirket med stor nøyaktighet og svært fin over­ flate, under nitidig kontroll hele veien fra emne til ferdig passbit. Vi kan få 20000 forskjellige mål fra 2 mm og oppover, i trinn på 0,01 mm, ved å kombinere passbitene. Det spesielle med passbiten er at vi tilvirker endeflatene innen­ for svært snevre grenser samtidig med et ujevnhetene i overflaten blir holdt så små som mulig for at det ikke skal gå ut over målkombinasjonene. Det maksimale overflateavviket på endeflatene er mindre enn 0,05 pm. To rengjorte flater med denne overflateruheten hefter ved hverandre. Det skal en relativt stor kraft til for å dra pass­ bitene fra hverandre igjen. At de henger så sterkt sammen, kommer av adhesjon. I gunstige situasjoner kan flatetrykket være opp til 4 N/mm2, og det må da til en kraft på 1200 N for å dra passbitene fra hverandre igjen. Vi tilvirker passbiter med forskjellige nøyaktighetsgrader. I tabellen under viser vi en oversikt over gradene og bruksområdene. Grad

Bruksområde

00

Målnormal For målinger med de høyeste krav til nøyaktighet. Kan brukes til kontroll av passbiter med lavere nøyaktighetsklasser

0

For kontroll og innstilling av måleverktøy og til kontroll av arbeidsstykker hvor vi krever høy nøyaktighet

01

For kontroll og innstilling av måleverktøy og ved kontroll av arbeidsstykker med middels nøyaktighetskrav

1

For kontroll i produksjonen, det vil si for kontroll og besiktigelse i verkstedet

2

For innstilling og justering av maskiner der det kan være fare for slitasje

Vi merker passbiten med dimensjon og nøyaktighetklasse og med settnummer på måle- eller sideflaten avhengig av måleverdien på passbiten. Figur 2.22 Passbiter med forskjellige størrelsesserier

40

Standardpassbitene tilvirkes i herdet stål som har en hardhet på 800 HV og en lengde utvidelseskoeffisient på (11,5 ± 1,0) 10“6 millimeter per grader Celsius. I den senere tiden er det også tilvirket passbiter av hardmetall og kvarts. De blir tilvirket i overens­ stemmelse med de standardene som gjelder for passbiter av stål. ISO 3650 er gjeldende internasjonale standard for passbiter. Passbitene blir tilvirket med såkalt progressiv toleranse. Det betyr at en passbit eller en kombinasjon av passbiter for samme mål har lik toleranse (avvik). Figur 2.23 viser vi tillatt avvik for ulike passbitlengder ifølge ISO 3650. Mange produsenter av passbiter kan leverere kombinasjonsmålesett med snevrere toleranser enn standarden.

Figur 2.23 Avvik for passbiter

Dersom vi ønsker et større mål enn det vi kan få av settene, kan vi benytte de såkalte kompletteringssettene. De inneholder for eksempel passbiter med størrelsene 125, 150, 175, 200, 250, 300, 400, 500 mm, som er tilvirket med samme nøyaktighetsklasser som passbitene for øvrig. Valg av passbiter for et mål skjer etter en subtraktiv metode. Vi velger fortrinnvis en slik passbit at den siste desimalen forsvinner. Vi bør ha færrest mulig passbiter i en kombinasjon, se figur 2.24.

41

1,005 1

1,450

2

Figur 2.24 Kombinasjon av passbiter

Som vi viser på figuren, setter vi sammen passbitene ved å skyve den ene delen fra siden over den andre, slik at eventuelle fremmede partikler ikke kommer inn mellom måleflatene. Passbitene festes ved hverandre ved vridning. Demonteringen av passbi­ tene skjer også ved vridning. Det kan oppstå skader på måleflatene dersom passbiter med høy nøyaktighetsklasse ligger sammenheftet i lang tid.

2.5.1.2 Toleransetolkene En toleransetolk består dels av en gåtolk, dels av en stopptolk. Gåtolken kontrollerer målet på bearbeidingssiden og stopptolken tilsvarende mål på kasseringssiden.

Vi tilvirker forskjellige tolker til ulike formål. De viktigste typene er • • • • •

slette hulltolker for kontroll av hull eller flater som vender mot hverandre haketolker for kontroll av aksler eller flater som vender fra hverandre ringtolker for kontroll av aksler eller flater som vender mot hverandre gjengetolker for kontroll av gjenger kontolker for kontroll av koner

Merking av toleransetolker bør omfatte • • • • •

basismålet og toleransesymbolet til måleobjektet gå- og stoppsiden typebetegnelsen fra produsenten identifikasjonsnummeret i bedriftens måleverktøysystem fargemerking etter kalibreringsdato

For å kontrollere om en eventuell formfeil ligger innenfor toleransegrensene, skal det faste måleverktøyet oppfylle Taylors prinsipp: • Gåtolken skal kontrollere alle eksisterende mål samtidig. • Stopptolken skal kontrollere hvert enkelt mål for seg.

42

Tolker blir tilvirket med snevre toleranser. Størrelsen på toleransen avhenger av tole­ ransen og toleransebeliggenheten som vi skal kontrollere. Et eksempel på et toleransebilde for et måleverktøy viser vi på figur 2.25.

Figur 2.25 Toleransebilde for hull og hulltolker a) for 180J7 b) for 150J7 Forklaringen på betegnelsene på figurene 2.25 og 2.27 er:

y, yx z, Zj ot, ot] /, yf

= marginal utenfor gågrensen til måleobjektet når det gjelder slitasjemonnet = avstanden mellom sentrum av toleransevidden for et nytt gåmåleverktøy = sikkerhetsmarginen for å kompensere for måleusikkerheten - forskjellen i absoluttverdien mellom y og ot

Figur 2.26 viser eksempler på måleverktøytoleranser for hulltolker. Toleransegrad

D mm

IT8 pm

z pm

y pm

1,5 1,5 1,5

14 18 22

2 3 3

3 3 3

2,5 3 3,5

2 3 3

27 33 39

4 5 6

4 4 5

30 35 40

4 5 6

3 4 4

46 54 63

7 8 9

5 6 6

46 52 57 63

7 8 10 11

6 7 8 9

72 81 89 97

12 14 16 18

7 9 9 11

IT7 pm

z pm

y pm

1 1 1

10 12 15

1,5 2 2

2 2 2,5

1,5 1,5 2

18 21 25

19 22 25

2,5 3 4

2 3 3

29 32 36 40

5 6 7 8

4 5 6 7

IT6 pm

z pm

y pm

- 3 (3)- 6 (6)- 10

6 8 9

1 1,5 1,5

(10)- 18 (18)- 30 (30)- 50

11 13 16

(50)- 80 (80)-120 (120)—180 (180)-260 (260)-315 (315)-400 (400)-500

8

7

6 y' pm

2 2 2 2

a pm

2 3 4 5

y' pm

3 3 2 2

a pm

3 4 6 7

y' pm

a pm

3 3 2 2

4 5 7 9

Figur 2.26 Måleverktøytoleranser for hulltolker (utdrag fra NS 1562)

43

For aksler, haketolker og ringtolker gjelder betegnelsene som på figur 2.27.

a)

b)

Figur 2.27 Toleransebilde for aksler, haketolker og ringtolker a) for 80f6 b) for 300g6 Figur 2.28 viser eksempel på måleverktøytoleranser for haketolker og ringer.

Toleransegrad

7

6

a1 IT7 Zl gm gm gm

Yi gm

1,5 1,5 1,5

10 12 15

1,5 2 2

2,5 3 3,5

2 2 3

18 21 25

19 22 25

4 5 6

3 4 4

29 32 36 40

7 8 10 11

5 6 6 7

IT6 gm

Zl gm

Yi gm

- 3 (3)- 6 (6)- 10

6 8 9

1,5 2 2

(10)- 18 (18)- 30 (30)- 50

11 13 16

(50)- 80 (80)-120 (120)-180

(180)-260 (260)-315 (315)—400 (400)-500

D mm

y'i gm

3 3 2 2

2 3 4 6

8

IT8 Zl gm gm

Yi y'i «1 gm gm gm

1,5 1,5 1,5

14 18 22

2 3 3

3 3 3

2,5 3 3,5

2 3 3

27 33 39

4 5 6

4 4 5

30 35 40

4 5 6

3 4 4

46 54 63

7 8 9

5 6 6

46 52 57 63

7 8 10 11

6 7 8 9

72 81 89 97

12 14 16 18

7 9 9 11

y'i gm

3 3 2 2

«1 gm

3 4 6 7

3 3 2 2

4 6 7 9

Figur 2.28 Måleverktøytoleranser for haketolker og ringer (utdrag fra NS 1562)

Toleransetolker finnes av og til i enkeltsidet utførelse. Ved store tolkdimensjoner opp­ når vi da en vektreduksjon. I andre tilfeller har vi bare behov for gåtolken fordi den øvrige kontrollen blir foretatt med visende instrumenter. Sylindriske tolker kan ha et entringsspor for å gjøre innføringen lettere, se figur 2.29.

44

Entringsspor

Figur 2.29 Forskjellige typer toleransetolker

For kontroll av aksler er haketolken den dominerende toleransetolken. På figur 2.30 viser vi oppbyggingen og bruksområdene til haketolken. Haketolker med forskjellige måletapper A

Merknad Måletappdiameteren mindre enn stammetykkelsen. For eksem­ pel til kontroll av spor

Måletappdiameteren større enn stammetykkelsen. For kontroll inntil ansatser

Lik B, men med hel måleplate på den ene skanken. Gir en mer kontinuerlig kontroll av gåsiden og stoppsiden

Lik C, men med sfæriske måleflater på måletappene. Som oftest med hardmetall på måleflatene. Eliminerer parallellitetsfeil på måletappene og gir den mest nøyaktige kontrollen

Figur 2.30 Haketolker

45

Det finnes to typer haketolker, faste og stillbare. Fordelen med de stillbare er at de kan stilles om for å kompensere for slitasje og andre toleransefeil. Formen på måleflaten til haketolken kan variere. Sfæriske måleflater har den fordelen at vi slipper å bekymre oss for dårlig parallellitet av måleflatene. På den andre siden kan vi ikke bruke sfæriske måleflater for kontroll inntil ansatser. Slitasjen og kontrolltiden blir mindre dersom haketolken har en felles måleplate for gåsiden og stoppsiden. Ringtolkene bruker vi bare når det stilles spesielle krav til gåsiden i forbindelse med krav til rundhet eller retthet hos en aksel. Toleransetolkene er vanligvis laget av herdet stål. For spesielle formål kan vi hardforkromme måleflatene eller lage tolken av hardmetall.

Figur 2.31 Eksempel på gjengetolker ror gjengetolker gjelder Taylors prinsipp: • Gåsiden skal ha full gjengeprofil. Målet skal skal være det samme som toleranse­ grensen for bearbeidingssiden. • Stoppsiden skal ha avstumpede flanker. Målet skal være det samme som toleranse­ grensen for kasseringssiden.

For toleranser på gjengetolker viser vi til spesiallitteratur og internasjonal standard.

2.5.1.3 Andre faste måleverktøy Andre typer faste måleverktøy er målepinner, kuler og dorer. Målepinner Pinnene blir laget av herdet stål som blir sise­ lert til mål med toleranser på 1 p.m. Det min­ ste intervallet er vanligvis 0,01 mm innenfor området fra 0,1 til 10 mm. Målepinnene blir levert i sett med varier­ ende intervall og antall målepinner. På figur 2.32 viser vi et sett som består av 91 målepin­ ner. Bruksområdet er blant annet tolking av hull, spesielt ved små hulldiametere. Vi kan også bruke målepinneer til å bestemme avstand mellom hull og til å måle vinkler mel­ lom hull og plan.

46

Figur 2.32 Målepinner

Måledor Ved større dimensjoner bruker vi dorer for å måle avstanden mellom hull og til kon­ troll av rettvinklethet. Dorene blir spesialtilvirket for et mål og et formål, og de blir laget svakt koniske.

Målekuler Kuler er et allsidig kontrollredskap. Vi kan bruke kulene til å stille inn lengdeindikatorer og måleapparater og for å kontrollere parallelliteten mellom plane måleflater i mikrometere og målemaskiner. Sett med hardmetallkuler kan brukes generelt når vi skal bestemme sentrum i hull, måle konisitet osv. Det finnes målekuler av herdet stål, hardmetall, rubiner og kvarts, alle med et spesielt bruksområde.

2.5.2

Vis ende måleverktøy

2.5.2.1 Skyvelære Skyvelæret er et universalmåleverktøy som vi bruker til måling av motvendte og fravendte mål. Skyvelærene finnes for forskjellige målelengder, og de har ofte en nonieskala for avlesning av avstanden. En nonieskala kan ha forskjellig avlesningsnøyaktighet: 0,1, 0,05 eller 0,02. Se figur 2.33.

Figur 2.33 Skyvelære med nonieskala

Nøyaktigheten til skyvelæret er avhengig av skalainndelingen til nonien. Vi kan bestemme det tillatte visningsavviket/til skyvelæret med formelen: /=±(50 + 0,l • L)

|im

(2:13)

der L er lengden av måleskalaen i millimeter. Moderne skyvelærer er utstyrt med digi­ tal avlesning, men det forandrer ikke målenøyaktigheten. Fordi Abbes komparator­ prinsipp ikke er oppfylt i skyvelæret, bør måleobjektet ligge så nær måleskalaen som mulig for å unngå målefeil. Det finnes flere spesielle typer av skyvelærer i handelen, men alle bygger på det samme måleprinsippet. Av disse kan vi nevne

• tannviddeskyvelære • dybdeskyvelære • høydeskyvelære (rissmål) Vi kan kontrollere nøyaktigheten til skyvelæret med passbiter.

47

2.5.2.2 Mikrometer Mikrometeret er sannsynligvis det mest brukte måleverktøyet. Det finnes i forskjel­ lige former. Med et mikrometer måler vi avstanden ved å sammenligne med stignin­ gen til måleskruen. Målet kommer fram ved en viss mengde hele og brøkdeler stig­ ninger på skruen. Det mest brukte mikrometeret har stigningen 0,5 mm, og skankehylsen har en strekdeling som tilsvarer stigningen, det vil si 0,5 mm. Det er imidlertid en fare for feil i avlesning av halve millimetere. Skalaen har 50 delstreker, og det er derfor mulig å lese av 0,01 mm.

0-25mm

C.E. JOHANSSON Figur 2.34 Mikrometer

Mikrometeret oppfyller Abbes komparatorprinsipp. Konstruksjonen følger ISO 3611. Ifølge denne standarder kan mikrometeret ha et maksimalt visningsavvik lik /max =

±(4 + 0,2 • L)

pm

(2:14)

der L er den nedre grensen for måleområdet oppgitt i millimeter. Husk at vi bør kon­ trollere og justere mikrometeret etter produsentens anvisninger. Det finnes flere typer mikrometere i handelen, som er tilpasset forskjellige måleoppgaver. Avhengig av måleoppgaven kan mikrometeret utstyres med forskjellige målespisser. Noen eksempler er

• • • • •

toleransemikrometer rørmikrometer mikrometerdybdemåler valseverkmikrometer hullmikrometer

Mikrometeret kan utstyres med digitale avlesningsskalaer eller elektronisk innretning for digital avlesning.

2.5.2.3 Lengdeindikator En lengdeindikator er et visende måleverktøy for indirekte måling. Lengdeindikatorene blir montert på et målestativ, se figur 2.35.

48

Presisjonslengdeindikator

Tannstangmåleur

Mikrokator

Figur 2.35 Ulike typer av måleur montert på stativ Målestørrelsens avvik fra en innstillingsnormal blir for eksempel overført via en målesylinder og en utvekslingsinnretning til en forstørret visning på en skala. Se figur 2.36.

49

Det visende måleinstrumentet kan være av flere typer: • mekaniske lengdeindikatorer - måleur - mikroindikatorer - vippeindikatorer • mekanisk-optiske lengdeindikatorer • elektroniske lengdeindikatorer • numeriske indikatorer

Måleur er lengdeindikatorer der bevegelsene til målesylinderen blir overført via en tannstang til en viser, som forflytter seg foran en skala. Viseren vris med flere omdrei­ ninger. Skalaoppdelingen er 0,01 mm og måleområdet fra 1 til 10 mm. De vanligste feilene på indikatorene er visningsavvik og dårlig repeterbarhet. Figur 2.37 viser tillatt avvik for måleur og figur 2.38 tillatt målekraftsvariasjon. Innenfor visningsområdet

Visnings­ avvik

Nøyaktig­ hetsgrad

3 mm

f,

Repeter­ barhet

Hysterese

10 mm

ft

f,

1

5

10

12

15

17

3

3

2

8

15

18

25

28

5

5

Figur 2.37 Tillatt visningsavvik i millimeter for måleur. f = visningsavvik, f = totalt visningsavvik Visningsområde i mm DIN 878

Visnigsområde Antall skaladeler DIN 879

Forskjell mellom største og minste målekraft i N Ved samme bevegelses­ retning til målestempelet

Ved samme bevegelses­ retning til målestempelet

3

< 100

0,4

0,5

10

> 100

0,6

0,5

Figur 2.38 Tillatt målekraftsvariasjon og hysterese ifølge DIN 878 og DIN 879

Mikroindikatorene er lengdeindikatorer med skalaoppdeling 0,005 mm og et måleom­ rådet mindre enn 0,25 mm. De har ganske lik oppbygging uavhengig av fabrikat og størrelse. Det er mange lengdeindikatorer som vi klassifiserer som mikroindikatorer. Tillatte visningsavvik går fram av figur 2.39. Nøyaktig­ hetsgrad

Visnings­ avvik /j

Totalt visnings­ avvik ft

Hysterese

Repeterbarhet

Skalaoppdeling

Skalaoppdeling

< 1 pm

> 1 pm

< 1 pm

> 1 pm

SMS 1365

±1,5%

DIN 879 1

1

1,2

0,5

0,3

0,5

0,3

DIN 879 2

2

2,5

0,8

0,6

0,8

0,6

0,1 pm

0,2 pm

Figur 2.39 Tillatt visningsavvik for mikroindikatorer

50

Utvekslingsprinsippet for mikroindikatorene er basert på tann- og hevarmutveksling. De kan gi en utveksling opp mot 1 500 ganger. En så høy utveksling kan gi problemer med gjennomføringen av målingene. Det er friksjonen, glipper og avvik i lineariteten til utvekslingen som kan gi problemer. Med mikrokatorprinsippet kan vi få en glippfri utveksling opp mot 10 000 ganger. Prinsip­ pet for en mikrokator viser vi på figur 2.40.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Målespiss Målestempel Membran Bladfjær Hevarmfjær Feste Torsjonsbånd Visere Skala Målekraftfjær Viserdemper

Figur 2.40 Prinsippet for en mikrokator Utvekslingen hos mikrokatoren får vi med et vridd metallbånd. Midtpunktet til båndet er vridd relativt til endepunktene. På den måten får vi en permanent formendring. Vriretningen er forskjellig på hver side av midtpunktet. Når båndet blir strukket, blir midtpunktet vridd, og størrelsen på vridningen er proporsjonal med strekkingen av båndet. Måleviseren er festet på midtpunktet til båndet. Måleviseren følger bevegel­ sene til båndet. Viseren er tilvirket av et glassrør for å oppnå lav vekt. Målebevegelsen blir overført via målestempelet som er festet til enden av båndet. Den andre enden er festet i en justeringsinnretning. Mikrokatorsystemet har flere fordeler:

• Det har tilnærmet lineær utveksling. • Det gir mulighet til stor utveksling med høy pålitelighet. • Det har glippfri og friksjonsfri utveksling, og det eliminerer terskelverdi, hysterese og spredning (vendesprang).

Vippeindikatoren er en spesiell type av måleur, se figur 2.41. Den rettlinjede bevegel­ sen er erstattet med en vippebevegelse. På grunn av det praktiske formatet og utfor­ mingen av målespissen er vippeindikatoren et måleverktøy med et stort bruksområde. Med vippeindikatoren kan vi måle i områder som ellers er vanskelige å komme til i. Gal bruk, for eksempel for stor helning av målespissen, kan raskt føre til målefeil.

51

Figur 2.41 Vippearmindikator

2.5.3 Grenseposisjonsindikatoren Grenseposisjonsindikatoren gir beskjed om en størrelse ligger innenfor gitte grenser. Signalfunksjonen skjer ved hjelp av elektriske grenseindikatorer. De kommer ofte som et tillegg til andre måleverktøy. Eksempler på dette er

• gåtolk og stoppetolk ved flerpunktsmåling • givere ved mer eller mindre automatisert måling og sortering av et eller flere mål • posisjonsfølere i maskiner for sleidebevegelse, for å forebygge overbelastninger

På figur 2.42 viser vi den prinsipielle oppbyggingen av en elektrisk lengdeindikator. Den grønne lampa lyser når hevarmen befinner seg mellom kontaktene. Den røde lampa indikerer at målet er et undermål, kasseringsgrensen. Den gule lampa viser overmål, altså ytterligere bearbeiding. Det kan forekomme opp til fire kontakter der tre kan vise godkjent mål, og overmål og undermål. Å indikere grensemålet kan føre med seg problemer. Ofte er det nødvendig med et innstillingsredskap for hver av toleransegrensene. Ved flerpunktsmålinger bruker vi en mal. Vi kan også foreta grenseindikeringer med pneumatiske systemer, der luftbaserte ventiler gir grensfunksjonen.

52

Nett

1 2 3 4 5

Hevarmsutveksling Målespiss Måleobjekt Kontakt som kan stilles Kontakt som kan stilles

Figur 2.42 Prinsippet for en grenseindikator

2.5.4

Valg av målemetode og måleverktøy

Sammenhengen som måleoperasjonen skal skje ved, bestemmer valget av måleme­ tode. Figur 2.43 viser faktorer som vi bør ta med i vurderingen. Faktorer vi bør vurdere

Eksempel

Bestemmer blant annet

Egenskaper som skal kontrol­ leres

Diameter, lengdemål,overflateruhet

Type måleverktøy

Bearbeidingens art

Sponfraskillende, klippende, støping

Trendkontroll eller stikkprøve­ kontroll

Verkstedets organisasjon

Funksjonelt verksted, flytgruppe, linjetilvirkning

Krav til fleksibilitet

Dimensjoner og toleranser

Store/små mål og grove/snevre toleranser

Størrelse og nøyaktighet ved måleverktøyet

Materialet i arbeidsstykket

Stål, aluminium, plast

Målekrefter, temperaturkrav

Kontrollomfang

Allkontroll eller ulike former for delkontroll

Målemetode

Miljøkrav og andre betingelser

Temperatur, forurensninger, tid Bedømmelse av aktuell posisjon/behov for forbedringer

Operatør

Utdanning, erfaring, omdømme

Bedømmelse av egnethet, behov for trening

Figur 2.43 Viktige faktorer ved valg av måleverktøy og målemetode

53

Kravene som står på tegningen, gir informasjon om hvilken målemetode som passer. Vi kan vurdere disse forholdene: • • • • • • • •

hvordan den ser ut delens plassering og funksjon i produktet spesifiserte kvalitetskrav referanseflatene for tilvirkning og kontroll operasjonsgangen hvilke mål som er bundet i festet hvilke mål som er styrt av maskinen hvilke mål som er styrt av operatøren

Innenfor en bedrift kan vi utarbeide modeller for hvilke måleverktøy som vi bør bruke for forskjellige deler, delfamilier eller bearbeidingsoperasjoner. Da slipper vi å gå gjennom forutsetningene hver gang. Det er tidsbesparende å standardisere måleverk­ tøyene. Det finnes også bedrifter som har utarbeidet oversikter over hvilke egenskaper som skal kontrolleres. På dette grunnlaget har vi laget regler for hvilke måleverktøy som skal brukes til en bestemt dimensjon og toleranse. Både ISO og norsk standard gir anbefalinger ved valg av måleverktøy og måle­ metoder. Her får vi informasjon om prinsippene for måling og kontroll av produktegenskapene.

Når det gjelder valg av kontrollmetoder, kan standarden gi disse anvisningene: • måleobjekt som blir kontrollert med faste eller visende måleverktøy: - Fordelen med faste måleverktøy etter Taylors prinsipp er at både formen og stør­ relsen til måleobjektet kan kontrolleres. - Visende måleverktøy bør brukes ved måleobjekt med snevre toleranser. Da kan en serie målinger gi beskjed om når målet nærmer seg grenseverdien.

Hovedregler ved valg av måleverktøy kan vi formulere slik: • For tilvirkning: - Bruk visende måleverktøy for å bestemme målet i forhold til toleransegrensene. Stikkprøve med gåtolk kan gjøres for å minske effektene av formfeil som vis­ ende måleverktøy ikke avslører.

• For sluttkontroll: - Bruk faste måleverktøy. • For løsning av tvister: - Både innenfor bedriften og mellom produsenter og kjøpere skal kontroll med faste måleverktøy være utslagsgivende. • For kjøperens kontroll: - Kontrolløren bruker tilvirkerens tolker. - Kontrolløren bruker kjøperens egne tolker, som bør ligge nær slitegrensen. - Kontrolløren bruker egne tolker som ikke følger standarden, under forutsetning av at det ikke fører til at kjøperen avviser et objekt med mål innenfor tillatte grenser.

54

Huskeliste ved valg av måleverktøy 1 Velg alltid måleverktøy som garanterer den målenøyaktigheten toleransen krever. 2 Kontroller at måleverktøyet fungerer. Det gjelder også nye måleverktøy. Kontrol­ ler innstillingen. 3 Se etter at kontakten mellom måleverktøyet og arbeidsstykket ikke blir påvirket av skitt, spon eller grader. Tørk av målespissen og måleobjektet før målingen. 4 Vær oppmerksom på alle feil som kan oppstå ved målingen. 5 Ta hensyn til temperaturen i måleverktøyet og i måleobjektet. 6 Vær objektiv ved avlesningene. Gjenta målingene flere ganger for sikkerhets skyld. 7 Hold rede på plusstegn og minustegn. 8 Oppgi måleusikkerheten i måleresultatene. 9 Dersom det ikke framgår på annen måte, bør vi oppgi hvilket måleverktøy vi har brukt. 10 Ikke stol på produsentens opplysninger om nøyaktigheten til måleverktøyet før du har gjort kontrollmålinger selv. 11 Oppgi aldri et mål med flere sifre enn måleinstrumentets nøyaktighet tillater. 12 Tenk over resultatet. Virker det sannsynlig? 13 Skriv tydelig protokoll med tydelige tall. 14 Måleverktøy er kostbart og skal behandles med omsorg.

2.5.5

Koordinatmålemaskiner

2.5.5.1 Innledning På midten av 1950-tallet ble det lansert et nytt konsept for måling, den såkalte koordinatmålemaskinen. Hensikten med maskinen var å forenkle visse spesielle måleoppgaver. Tidligere var mange måleproblemer løst ved hjelp av planskive og høydeskyvelære. Slike målinger gav resultater med varierende måleusikkerhet, og de krevde ofte mange kompliserte geometriske beregningen Derfor ble koordinatmålemaskinen en tids- og kostnadsbesparende maskin. Men prisen var for høy på den tiden til at den ble en suksess. Da utviklingen av NC-styrte verktøymaskiner kom i gang på 1960-tallet, ble det mulig å produsere kompliserte deler i små serier. Den første delen fra NC-maskinen blir nøye kontrollert for å avgjøre om den stemmer overens med tegningen. Under kontrollen står verktøymaskinene stille. Fordi de produserte delene har kompliserte mål, tar det lang tid å utføre målingene med en planskive og konvensjonelt måleverk­ tøy. Med koordinatmålemaskinen kan vi redusere kontrollmåletiden betydelig. Det øker produktiviteten. Koordinatmålemaskinen har disse fordelene uavhengig av hvor i produksjonen den brukes: • fører til rasjonalisering • reduserer kvalitetskostnadene • forbedrer kvalitetsstyringen Brukt i produksjonen bidrar koordinatmålemaskinen til reduserte stillstandstider og økt produksjonskapasitet på grunn av kortere kontrolltider. En går ut fra at resultatene som målemaskinen gir, er sikre og objektive. Brukt i mottakskontrollen, sluttkontrollen eller målerommet bidrar koordinatmålemaski­ nen til kortere kontrolltider, økt kontrollkapasitet og redusert behov for spesialfiksturer.

55

2.5.5.2 Prinsipiell oppbygning Koordinatmålemaskinen bruker vi til å måle opp deler i tre koordinater. De tre akslene benevner vi på samme måte som på en numerisk styrt verktøymaskin. Z-akselen er høydebevegelsen, og den er samtidig bærer av målehodet. De andre akslene er i planet og utgjøres av X- og Y-akselen. Vi kan motorisere samtlige aksler slik at maskinen kan bli styrt av et numerisk måleprogram. Måleresultatet fra de respektive akslene blir overført til målemaskinens måledatamaskin. Den mekaniske oppbyggingen er robust, og tre hovedprinsipper er tilgjengelige, som vist på figur 2.44: • portalmaskin • konsollmaskin • horisontalspindelmaskin Posisjonangivelsen skjer i de fleste tilfellene med lineære måleverktøy. De gir større målesikkerhet fordi stigningsfeilen er eliminert. Prinsippene som vi benytter, er parallellgitterlinjaler eller induktosynskalaer. Rattstyringene til maskinen er utformet som planstyringer som er utført i steinmateriale i nøyaktigere maskiner.

Figur 2.44 Ulike typer koordinatmålemaskiner

Datamaskinen til målemaskinen er utstyrt med dels styreprogram for maskinens aks­ ler, dels måleprogram for forskjellige måleoppgaver. Alle elementære plan og volu­ mer som forekommer, er forprogrammert. Koordinatforskyvninger og andre beregninger kan bli utført. Føleren er montert lengst ut på Z-akselen. Føleren skal gi beskjed til systemet når en koordinat skal overføres til måledatamaskinen. Målemaskinen kan også være utstyrt med et styresystem. I manuelle målemaskiner forflytter vi føleren for hånd mellom målepunktene, mens styrte maskiner er utstyrt med et servosystem som kan programmeres for hver måleoppgave.

56

2.5.5.3 Følere Føleren er montert i maskinens målespindel enten direkt eller via en vinkelholder.

Mekaniske følere Mekaniske følere benevner vi etter utseendet: konisk føler (A), sfærisk føler (B), sylindrisk føler (C) og skiveføler (D). De kan ofte kombineres, men da må de utstyres med en innretning som opprettholder målemaskinens nullstilling. A Koniske følere bruker vi til å lokalisere hull. Kon vinkelen ligger mellom 7° og 20°. Sentrum i et hull øker med avtakende konvinkel. Det er viktig at det oppsøkte hul­ let er feilfritt. B Sfæriske følere bruker vi til å måle avstanden mellom plane flater, og de kan unn­ taksvis brukes til å lokalisere sentrum i et hull. C Sylindriske følere bruker vi som erstatning for type B i tilfeller hvor følingen skjer mot egger, kanter, faser og lignende. D Skivefølere bruker vi til å måle posisjoner og dimensjoner til spor, bommer og ansatser. Optiske følere Disse følerne bruker vi til målinger hvor de mekaniske følerne er er uegnet, for eksempel ved myke materialer og punkter som ligger tett, og til lokalisering av linjer og punkter. De vanligste optiske følerne er sentreringsmikroskop og sentreringsobjektor. Ut fra et arbeidsmiljøsynspunkt er sentreringsobjektoren best. Men med sentreringsmikroskopet får vi større skarphet og mer nøyaktig innstilling.

Elektroniske følere Måleusikkerheten er til en viss grad avhengig av operatørens følsomhet. Varierende målekrefter resulterer lett i gal lokalisering. En elektronisk føler vil eliminere disse ulempene, og måleforløpet kan lett automatiseres. Målekraftene blir alltid like, vanligvis 0,1-0,4 N. Den brytende funksjonen til målegiveren kan vi bruke til å gi signal til elektronikken om å lese av måleskalaenes posisjon og overføre koordinatverdiene til siffertablået og datamaskinen. Elektroniske følere er en forutsetning for CNC-styrte koordinatmålemaskiner.

2.5.5 A Koordinatmålemaskinens nøyaktighet Det er flere feilkilder i en målemaskin. De ytre feilkildene er disse: • Målemiljøet: temperatur, vibrasjoner, lufttrykk, luftfuktighet og elektriske forstyr­ relser • Arbeidsstykket: oppretting, overflateruhet, formfeil • Føleren: mekanisk stabilitet, formfeil, sentreringsfeil, avkjenningsfeil • Operatøren: dårlig fastspenning av arbeidsstykket og følere, ved manuelle maski­ ner gjelder: varierende målekrefter, unøyaktig avkjenning, gal målerekkefølge

De indre feilkildene er disse: • feil i målesystemet for akslene • rettvinklethet mellom akslenes bevegelser og rattstyringer • friksjonen i drivsystemet

57

Mange av feilkildene som vi har listet opp, kan vi eliminere ved å lære opp operatø­ rene og innføre CNC-styrt måling. Måleunøyaktigheten bestemmer vi ved kontrolloppmåling ved hjelp av laserinterferometri. Denne kalibreringen og feiloppmålingen kan vi lagre i måledatamaskinen slik at den kan kompensere for målefeilen. Måleunøyaktigheten blir • portalmålemaskiner: ±4-20 |im • konsolmålemaskiner: 3-15 pm • horisontalspindelmaskiner: ±5-15 pm

2.6

Måling av overflateruhet

2.6.1

Generelt

En overflate kan i tillegg til avvik i form og beliggenhet også ha et geometrisk avvik. Dette geometriske avviket fra den tenkte teoretiske overflaten kan gjelde formavvik og overflateavvik, for eksempel bølgethet, overflateruhet og lokale overflatedefekter. Flateavvikene spenner over et stort dimensjonsområde både i høyde- og lengderetning. Det er vanskelig å definere skillelinjen mellom formavvik og overflateavvik fordi den i stor grad avhenger av størrelsen på overflaten og av type bearbeiding.

2.6.2

Formavvik

Formavvik, som vi også kaller makrogeometriske avvik, er variasjoner i en overflates utstrekning i høyderetning på et toleransesatt element. Vi har beskrevet slike avvik i avsnittet om form- og beliggenhetstoleranser.

2.6.3

Flateavvik

Flateavvik, som vi også kaller mikrogeometriske avvik, er mindre variasjoner i over­ flatens utstrekning i høyderetning enn variasjonene ved form- og beliggenhetsavvikene. Vanligvis pleier vi å dele opp overflatefeilen i bølgethet og overflateruhet.

2.6.3.1 Bølgethet Bølgethet er variasjoner i overflatens utstrekning i høyderetning. Det er ofte snakk om periodiske variasjoner i flatene. De langbølgede avvikene betrakter vi som makrogeometriske feil, mens de kortbølgede avvikene anser vi som mikrogeometriske feil. I praksis betrakter vi ikke bølgethet som et separat fenomen, men noe vi inkluderer i formavviket eller i overflateruheten, avhengig av karakteren og av benyttet måleprinsipp.

2.6.3.2 Overflateruhet Overflateruheten er definert som den delen av overflateavvikene som er det mikrogeo­ metriske resultatet av overflatebearbeidingen eller overflatebehandlingen. Overflatens karakter trer fram som et overflatemønster eller en overflatestruktur som er avhengig av bearbeidingsoperasjonen. Overflateruheten er verken definert eller målt ut fra en gitt referanse på tegningen. Overflateruheten beregner vi alltid ut fra målenes middelverdi. Prinsippene for måling

58

av overflateruheten er altså at overflateavvikene får bestemme «sin egen» referanse, og at vi aldri prøver å få et absolutt skille mellom det høyeste eller laveste punktet på hele overflaten. Lokale defekter i overflaten er isolerte variasjoner i overflatens utstrekning i høy­ deretning, som porer, sprekker og riper. Slike feil og defekter inngår ikke i overfla­ teruheten. En sammenstilling over de forskjellige avvikene i en overflate er vist på figur 2.45. Type avvik Formavvik

Feil ved produksjonsmaskinen, gal innstil­ ling av produksjonsmaskinen, utbøying av maskin eller arbeidsstykke

Avvik fra retthet, rundhet osv. Bølgethet

”

_

■

-—

Overflate­ avvik

Lokale overflatedefekter

Eksempel på årsaken til avviket

Prinsippskisse

Utbøying av maskin eller arbeidsstykke, rundhetsawik eller kast i roterende skjære­ verktøy, deformasjon av arbeidsstykke ved varmebehandling, vibrasjoner i maskinen, verktøyet eller arbeidsstykket.

Overflateru­ het

Form og mating av skjærende verktøy, materiale fjernet ved slitasje, bortfresing eller deformasjon av materialkorn ved bearbeiding eller behandling

Porer, gro­ per, sprek­ ker, riper osv.

Feil i formvarer eller emner. Håndteringsskader -------------------------

Sammen­ Samtlige satte avvik avvik overlagrer hveran­ dre

Figur 2.45 Flateavvik og formavvik

2.6.4

Måling av overflateavvik

Overflateruheten er av interesse ved bearbeiding av overflaten og ved overflatens funksjon. Hver bearbeidingsmetode eller framstillingsmetode for en overflate resulte­ rer i en overflateruhet med spesiell karakter og størrelse. Opplysninger på tegningen om overflateruheten gir oss en indikasjon på hvilken formgivingsmetode som menes. Figur 2.46 gir oversikt over overflateruhetverdier som vi kan oppnå ved forskjellige bearbeidingsprosesser.

59

Overflateruhetsverdier um

Bearbeidingsmetode

flz 0,1 0,2 Ra 0,012 0,025

0,4 0,7 0,05 0,1

1,25 0,2

2,2 0.4

4 0,B

Siselering Honing Polering Trykkpolering

8 1,6

12,5

3,2

25 8,3

50 12,5

100 25

200 50

L—

Elektropolering Tromling Elektrokjemisk bearbeiding Gnistbearbeiding

—.

------

Sliping Elektrosliping Drifting Brotsj ing

rø

Diamantdreiing Dreiing Utboring med diamant Utboring

”lll,n'1

.......

Fresing Boring Klipping Høvling

Saging Strengpressing Trekking Kaldvalsing Varmvalsing Smiing Presstøping Presisjonsstøping

Permanent formstøping Sandstøping Normalt resultat

Mindre vanlig resultat

Figur 2.46 Eksempel på overflateruhetsverdier som er oppnåelig ved forskjellige bearbeidingsmetoder

2.6.4.1 Begreper for å kunne bestemme overflateruhetskriterier Definisjoner Referanselinje: en bestemt linje som profilparameteme blir bestemt ut fra Referanselengde (l): del av referanselinjen som vi bruker for å identifiere de avvikene som karakteriserer overflateruheten. Tilsvarer cut-offlengden på måleinstrumentet. Evalueringslengde (ln): den lengden som vi bestemmer overflateruhetsparameterne ut fra. Evalueringslengden kan bestå av flere referanselengder.

60

Evalueringslengde

Figur 2.47 Evalueringslengden og referanselinjen

Profilordinater (y): ordinater til et enkelt profilpunkt i normalretningen mot den ide­ elle overflaten og med middellinjen brukt som x-akse. Minste kvadraters profilmiddellinje (ni): referanselinje som har form som et geome­ trisk profil, og som deler profilet innenfor referanselengden slik at summen av kvadratene av profilavvikene målt fra middellinjen, blir minst mulig. Profilets bærelengde (T[p): summen av dellengdene som vi får om vi skjærer profiltoppene med en linje parallelt med middellinjen innen referanselengden og ved gitt bærefaktor. Profilets bærefaktor (t ): forholdet mellom profilets bærelengde og referanselengden. Profilets bærenivå (c): avstanden mellom en profiltopplinje og en parallell linje som skjærer profilet.

2.6.4.2 Kriterier for overflateruhet Profildybde H Tidligere har dette vært den vanligste måten å oppgi overflateruheten på i mekanisk industri. Hittil er det ikke utviklet et måleinstrument som kan gi oss H-verdien direkte. Vi må gå via en annen verdi og så omgjøre den til H-verdien. Profildybden H er definert som avstanden mellom to innbyrdes linjer som er parallelle med middel­ linjen. Den øvre linjen skjærer toppene der overflatens bærefaktor er 5 %, t = 0,05. Den nedre linjen går gjennom profilet hvor bærefaktoren er 90 %, t = 0,90, se figur 2.49.

61

Referanselengde L

Figur 2.49 Profildybden H

Profildybden H har gått ut av standarden (NS-ISO 4287-1), og den bør derfor erstattes med en annen metode for å oppgi overflateruheten.

Aritmetisk middelavvik Ra Den aritmetiske middelverdien av de absolutte verdiene av profilkurvens avvik fra middellinjen, m, innenfor referanselengden. i Ra = j/tødx (2:13) 0

Største høyde Ry Høydeforskjellen mellom den høyeste toppen og den dypeste bunnen i profildiagrammet, målt i vertikal retning innenfor referanselengden, se figur 2.50.

Figur 2.50 Middelavviket og maksimum overfiateavvik

Tipunktshøyde for uregelmessighet R. Den gjennomsnittlige høydeforskjellen mellom de fem høyeste toppene og de fem dypeste bunnene i profildiagrammet innenfor referanselengden. (/?! + R + R + R4 + R5) — (R6 + Ry + R% + Rg + ^10)

62

(2.14)

Figur 2.51 Tipunktshøyden

TIPS For overslagsberegninger kan vi bruke disse formlene: Rz = 4Ra + 0,3 |im Ry = 7Ra+ 0,2 pm Fm Ra > 0,1 pm , Ry > 1 pm og Rz > 1 pm Rz = °’6/?maks + °’2

Ved valg av overflateruhetsverdier bør vi velge den største standardiserte verdien som vi kan akseptere av hensyn til overflatens eller formålets funksjon. Vi kan bruke disse retningslinjene for valg av overflateruhet: = II_II a ~ 16 12 Rz

2.6.4.3

IT 4

IT 3

Symboler for overflateruhet

NS 1419 (ISO-1302) beskriver alle tegningsregler som gjelder for beskrivelse av overflateruhet, se figur 2.52. b___ a /cifT e\/d V77//77

Slipt Of/0,25 0.2 \/± 77777777777

Figur 2.52 Symbol for overflateruhet

a = aritmetisk middelavvik Ra oppgitt i millimeter eller med overflateruhetsnummer, se figur 2.53. b = tilvirkningsmetode c = referanselengde d = bearbeidingsretning (symbol) e = bearbeidingstillegg (arbeidsmonn) i millimeter f = andre overflateruhetskriterier enn Ra (i parentes) i millimeter

63

Standard verdi Ra pm

Overfiateruhets­ nummer

Standard verdi Ra pm

Overfiateruhets­ nummer

0,025 0,05 0,1

N1 N2 N3

1,6 3,2 6,3

N7 N8 N9

0,2 0,4 0,8

N4 N5 N6

12,5 25 50

N10 N11 N12

Figur 2.53 Overflateruhetsnummer

2.6.4.4 Måleverktøy for overflateruhet Overflatenormaler Overflatenormaler er det enkleste og billigste hjelpmiddelet for å bestemme og kontrollere overflateruheteskriteriene, Ra og Ry. Se figur 2.54. Forsøk viser at overflateruhetskriteriene blir mer nøyaktig bestemt om vi bruker følelsene i fingertuppene i til­ legg til den visuelle bedømmelsen. Normalene er ofte laget i svart materi­ ale for å hindre at vurderingen bare blir gjort med øynene. Det beste er å ha tilgang til to norm­ aler med en overflateruhet like over og like under prøveoverflaten som vi skal bedømme. Ved å skrape vekselvis på prøve­ overflaten og på normalen med pekefingemeglen eller tommelfingemeglen kan vi avgjøre om flatene skiller seg ut. Nøyaktigheten i bedømmelsen med to normaler er oppgitt til ±10 %. Med en endenormal blir unøyaktigheten større. Vi kan med fordel bruke subjektive metoder for relativt grove til fine flater, mens det er vanskelig å bestemme po­ lerte og siselerte flater på en slik måte.

Figur 2.54 Overflatenormaler

Snittmetoder I starten gikk snittmetoden for måling av overflateruheten ut på at vi laget et snitt i overflaten og studerte overflateprofilet i mikroskopet. Etter hvert som målemetodene er videreutviklet, har begrepet snittmetode fått en videre mening. Nå omfatter begre­ pet alle de metodene som baserer seg på analyser av profilkurven. Vi skiller mellom mekaniske og optiske metoder.

64

Med optiske snittmetoder mener vi de metodene hvor avføling av overflaten blir gjort med optiske hjelpmidler, for eksempel lyspunkter, lysspalter, interferensteknikk og laserteknikk. Av de mekaniske snittmetodene er slepenålsmetoden mest brukt. Det finnes også andre metoder med mekaniske eller elektroniske filtre. Slepenålsmetoden hører inn under metoden med mekaniske filtre. Vi skal bare behandle metoden med mekaniske filtre fordi disse er de vanligste. Prinsippet for oppbygging av instrumentet går fram av figur 2.55. Moderne instru­ menter er ofte bygd på moduler, og de kan kompletteres etter som måleoppgavene blir forandret. Det viktigste er slepenålarrangementet. Nålen (giverspissen) har en spissradius på 5 pm og en spissvinkel på 90°. Figur 2.56 viser slepenålarrangementet. A Målebord med tilbehør for forskjellige oppstillingsbehov B Pickup med målespiss i drivenheten C Forsterker (A/D-omformer) D Skriver E Styre- og analyseenhet F Datamaskinenhet G Nettenhet H Batterienhet

Figur 2.55 Overflateruhetsmåler basert på slepenålsmetoden

2.6.4.5 Valg av metode for overflateruhetsmåling Det er vanskelig å gi enkle retningslinjer for valg av måleutstyr. Her følger noen enkle råd fra industrien:

• Før kontroll i produksjon er overflatenormaler velegnet. • Ved måling i tilknytning til produksjonslinjen kan det brukes bærbare overflateruhetsmålere. For enkle arrangementer er det stor fare for slitasje og fare for skader. • Avanserte instrumenter, som større overflateruhetsmålere, bør plasseres i spesielle målerom og håndteres av utdannet personale. • Enklere overflateruhetsmålere bør ha induktive givere. • Ekstremt fine flater bør måles optisk fordi måleunøyaktigheten også øker for de avanserte måleinstrumentene som er beregnet på overflateruheter Ra < 0,1 pm.

65

• Faren for målefeil ved mekanisk måling av myke flater er overdrevet. Flater i alu­ minium, plast og lakk går normalt bra å måle på denne måten. • Å måle dobbeltkrummede flater med et nålinstrument er vanskelig og bør unngås dersom personalet ikke er spesialtrent til oppgaven. Faren for målefeil er stor også om vi følger gitte retningslinjer. Optisk måling er å foretrekke.

I standarden for overflateruhetsmåling finner vi flere anbefalinger om blant annet valg av såkalt grensebølgelengde eller referanselengde for forskjellige bearbeidingsmetoder, se figur 2.57.

2.6.4.6 Valg av målesett Ved måling av grove overflater eller ved høye krav til nøyaktigheten bør vi unngå en såkalt pickup med slepesko. Vi bør i stedet foreta målingen med en fast referanse. Dersom målingen må foretas på en krummet overflate og skal gjentas med jevne mel­ lomrom, lønner det seg som oftest å investere i en spesial pickup. Standardpickupen med universalhjelpemidler gir ofte en langsom og usikker måling på krummede flater. Ved måling av Ra på flater som er så korte at målelengden ikke rekker til ønsket referanselengde, er det galt å minske denne for å klare målingen. Det er bedre å ta fram et profildiagram og måle R. eller Ry og deretter regne ut Ra. Vi bør bruke samme framgangsmåte ved måling av Ra på grove flater, spesielt om vi mangler tilgang til fast referanse. Referanselengde eller grensebølgelengde (cut-off) mm Bearbeidingsmetode Siselering Honing, bryning Slippolering

Trykkpolering Elektropolering Gnistbearbeiding

x x X

x X X

X X X

X X

X

X X X

Sliping Drifting Brotsjing

X

X X X

X X X

Diamantdreiing Dreiing Utboring med diamant

X

X X X

X

X X X

X X X

X X X

X X X

X

X X X X

X

X

Utboring Fresing Kipping Høvling .Strengpressing Trekking

Kaldvalsing Varmvalsing

X

25

8

2,5

0,8

0,25

0,08

X

Figur 2.57 Referanselengder etter bearbeidingsmetode

TIPS For å forstå informasjonen i diagrammet riktig er det viktig å velge rett lengde- og høydeforstørrelse. En selvfølgelig regel er at vi skal ha samme forstørrelse dersom vi skal sammenligne forskjellige flater.

66

Repetisjonsspørsmål 1 Beskriv de bakenforliggende faktorene som har bidratt til at vi kan bruke kombinasjonsmålesettet (passbitsettet) som tolker ved innstilling av andre måleverktøy. 2 Beskriv prinsippet for en mikrokator.

3 Hva mener vi med at et måleverktøy er sporbart? Forklar betydningen av sporbar­ het. 4 Hva mener vi med komparatorprinsippet? På hvilket måte er det viktig for nøyak­ tige oppmålinger? Beskriv med dine egne ord metoden og nevn noen måleverktøy som bygger på dette prinsippet. 5 Hvordan definerer vi middelavvik?

6 Beskriv prinsippet for oppbyggingen av slepenålsinstrumentet. 7 Beskriv forskjellene mellom reproduserbarhet og repeterbarhet. Nevn noen eksempler på reproduserbarhet og repeterbarhet.

8 Gi eksempler på flater som vender fra hverandre, mot hverandre og samme vei.

9 Hva slags pasningskarakter får vi ved presspasning? Hvordan beregner vi størrel­ sen på pressmonnet? 10 Hvordan oppgir vi en retthetstoleranse på en tegning?

11 Hva mener vi med Taylors prinsipp ved hulltolker? 12 Gjør rede for forskjellen mellom indirekte og direkte måling. 13 Hvilke tre miljøfaktorer bør vi ta hensyn til når vi foretar lengdemålinger?

14 Hva mener vi med grensebølgelengde? 15 Hva mener vi med vendesprang i en mekanisk lengdeindikator?

16 Forklar hva en arbeidsnormal er.

67

Plastisk bearbeiding I dette kapittelet skal vi se på

• • • • • • •

68

Plastisitetsteori Formendring Bearbeidbarhet Plastiske formgivingsmetoder Plateforming Bøying og knekking Maskiner for plastisk bearbeiding

3 Plastisk bearbeiding

3.1

Innledning

Dersom et legeme av metall utsettes for ytre krefter, fører det til ytre formendring, indre deformasjoner og spenninger. Så lenge kreftene er små, reagerar metallene som regel elastisk, og Hookes lov gjelder med god nøyaktighet. Elastisitet er en egenskap hos materialer eller legemer som består i at det raskt inn­ treffer en formendring når legemet utsettes for ytre krefter. Denne formendringen går raskt og fullstendig tilbake når kreftene tas bort. Dersom kreftene, og dermed de indre spenningene, blir tilstrekkelig store, utsettes legemet for en plastisk formendring, og Hookes lov gjelder ikke lenger. Plastisitet er en egenskap hos et materiale eller et legeme som består i at legemet under påvirkning av krefter gjennomgår en slik formendring at denne fortsatt er der også etter at kreftene er fjernet. Plastisitetsteori er matematisk beskrivelse av sammenhengen mellom spenninger og deformasjoner i plastisk formendrede legemer av metaller eller metallegeringer.

Plastisitetslærens oppgave er å gi svar på to spørsmål:

• Hva er betingelsen for at en plastisk formendring skal inntreffe? • Hvilke sammenhenger er det mellom spenninger og deformasjoner ved plastisk formendring? Det første spørsmålet behandles også i elastisitetsteorien, der det gjelder å bestemme de høyeste spenningene som får opptre uten at materialet slutter å være elastisk. Sva­ ret kan formuleres som et flytevilkår Det andre spørsmålet behandles i plastisitetsteorien og gjelder hva som hender med materialet når det flyter. Svaret kan formuleres som en flytelov.

3.1.1

Spennings tilstand

Ved enakset spenningstilstand inntreffer plastisk flyting dersom størrelsen på spennin­ gen overskrider en bestemt verdi. Denne verdien kaller vi flytegrensen. Symbolet er Gt. Flytevilkåret uttrykker at plastisk deformasjon er mulig.

|o| = gs

(3:1)

Flytehypotesen kan generaliseres til en generell flerakset spenningstilstand. I et iso­ tropt materiale er flytevilkåret uavhengig av hovedspenningenes retninger og kan der­ for uttrykkes som en kombinasjon av de tre hovedspenningene Oj, a2, a3 og flytegren-

69

sen os i det øyeblikket plastisk flyting inntreffer. Se figur 3.1. Ved studium av flytehypotesen, kan derfor spenningstilstanden oppgis som et punkt i et rettvinklet koordinatsystem der de tre hovedspenningene er koordinater. Origo O i dette spenningsrommet svarer til den spenningsfrie tilstanden. Økende belastning på legemet fører til at punktet flytter seg bort fra origo lenger ut i spenningsrommet. Til slutt får vi en tilstand der plastisk flyting oppstår. I spenningsrommet kan vi derfor angi en grenseflate omkring origo, slik at det råder en elastiskt tilstand i alle punkter P som ligger innenfor denne overflaten, mens plastisk flyting oppstår dersom P ligger på overflaten. Oppgaven å bestemme flytevilkåret er altså lik den å bestemme den geo­ metriske formen til denne flytegrenseoverflaten.

Figur 3.1 Flytegrenseoverflaten

Dette skjer eksperimentelt slik at forskjellige spenningstilstander påføres prøvelegemer som belastes til det blir flyting. Vi finner da at flytegrensen for de fleste materialer er den samme både ved trykk og strekkbelastning. Det innebærer at flytegrensen skjæ­ rer koordinataksene i punktene og -

dr = r

2h

(3:62)

Innsatt i (3:57) gir:

pmdh = kf • h ■ dh + t •

| • — ■ dh

(3:63)

Sett t = p. • kf. Det gir (3:64)

p

=kh + l-n-rT' A 3 hJ

(3:65)

83

Det går fram at presstrykket stiger under hele stukingen, fordi - øker n hele tiden. Dersom materialet er deformasjonsherdende, blir øknin­ gen kraftigere. Se figur 3.11. Det finnes flere metoder for å beregne laster på verktøy og materi­ ale. I tabell 3.1 ser vi en sammenlig­ ning av de vanligste metodene. Nedenfor finner du en gjennomgang av to metoder som kan brukes for å analysere påkjenninger i selve verk­ tøyet. Grunnen til at vi har valgt disse metodene, er at de er relativt enkle å bruke.

Kraft

Pmaks

Vei

Figur 3.11 Kraft-veidiagram ved stuking

3.3.2 Kraftlikevekt for et volumelement - snittmetoden I forrige avsnitt beregnet vi middelverdien for presstrykket på deformasjonsoverflaten med arbeidsmetoden. Det er tilstrekkelig for å bestemme maskindataene. Ved verktøyberegningen derimot er vi interessert i de lokale påkjenningene som kan fore­ komme i forskjellige punkter av randsonen mellom arbeidsmaterialet og verktøyet. I slike tilfeller er snittmetoden og den øvre grenselastmetoden en approksimativ løs­ ning. I begge metodene antar vi at • materialet er isotropt og inkompressibelt • vi kan se bort fra den elastiske formendringen av materialet og verktøyet • flytespenningen og temperaturen er konstant innenfor den analyserte delen av materialet • von Mises’ flytevilkår gjelder • den friksjonsbetingede skjærspenningen (t) er konstant mellom verktøyet og mate­ rialet

Som ved arbeidsmetoden antar vi at hovedspenningsretningene i alle punkter i defor­ masjonssonen kan låses til noen passende koordinatakser. Metoden kjennetegnes av at vi antar at spenningene varierer i en av hovedspenningsretningene og er konstant i de to andre. Fordi vi antar at effekten fra friksjonen bare foreligger i overflatesjiktet nær verktøyet, kan friksjonen superposisjoneres på dette spenningssystemet. Ved denne antakelsen blir hovedspenningsretningene konstante innenfor det meste av legemet. Ved en slik spenningstilstand får vanligvis den statiske likevektsligningen den enkle formen do 1 -F + -.F^x,-----F f aj3

h] lnh F2 b

(3:144)

Men dette uttrykket gir for lave verdier. Fordi det ytre arbeidet alltid er større enn det ideelle indre arbeidet, har vi en valsevirkningsgrad T|. W H = (3:145) Fi

der T| avhenger av tapet i valsestoldrivverket og friksjonstapet mellom valsene og emnet. I praksis ligger r| mellom 40 % og 90 % ifølge forsøk. De høyeste verdiene får vi ved liten valsediameter og tykt gods, mens de lavere verdiene får vi ved store val­ ser og tynt gods. En høy virkningsgrad er en av fordelene med flervalseverk.

120

Trykkspenning

Strekkspenning

Ved liten reduksjon

—► Valseretning

Figur 3.46 Egenskaper som vi ikke ønsker hos det valsede materialet

Resultatet av en valseoperasjon er avhengig av forskjellige prosessparametere. Vi kan dele feilene som kan oppstå i geometriske feil og materialtekniske feil. Materialtekniske feil er gjenværende spenninger og anisotropi. Disse feilene kan elimineres ved kraftig varmebehandling som reduserer materialets flytegrense og endrer platens bruksområde. De geometriske feilene kommer ofte av feilstilte prosessparametere. Eksempel på forskjellige feil går fram av figur 3.47. Typisk for disse feilene er at de oppstår dersom reduksjonen varierer i platens tverretning. De forebygges ved at vi korrigerer valse­ kraften eller bearbeider valsene slik at valsegeometrien blir plan.

Figur 3.47 Eksempler på geometriske feil

121

3.6.1.6 Metodeoversikt De produktene vi framstiller ved valsing, er plate, bånd, profiler og rør. De forskjel­ lige geometriene stiller forskjellige krav til utformingen av valsene. Figur 3.48 er en oversikt over moderne produksjon fra tilvirkning av stål til framstilling av rør, profiler

Ståltilvirkning

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11 12 13 14 15

16 17 18 19

122

Innsetting av råvarer. Skrapjern Nedsmelting av råvarene i lysbueovn Slagget skilles ut, stålet raffineres og legeres Stigestøping i kokiller Stripping, dvs. støpet tas ut av støpeformen Transport til støpevalseverkets gropovner Oppvarming i gropovner til ca. 1200 °C Støpen valses til emnedimensjoner Klipping av emnelengder i en varmesaks Kontroll med magnetfelt og ultralyd for å avdekke overflatefeil og indre feil Eventuelle overflatefeil slipes vekk. Videretransport til ferdigverk Emnet varmes til ca. 1200 °C i en karusellovn En trykkluftdrevet dubb gjør en markering i enden I et såkalt hullverk driver roterende valser opp emnet over en dubb hvor hullet lages Veggtykkelsen bestemmes via en valsing i et såkalt asselverk I reduserverket blir rørets ferdige mål bestemt I den siste valseoperasjonen finjusteres ytterdiameteren og rettheten til røret Røret kjøles på en såkalt kjølebedd De varmvalsede rørene går videre til et av alterna­ tivene: kaldvalsing, grovdreiing, varmebehandling, til kunde

Støp- og emnevalsing

Ringvalsing

Ringsmiing

E

og tråd. Legg spesielt merke til hvordan hulling av rørene foregår ved hjelp av Mannesman-metoden. Figur 3.48 Prosessene fra stål til ferdige produkter

Rør, kaldvalsing

Rør, varmvalsing

Trådvalsing 29

24

20 Kaldvalsing som gir røret mindre dimensjoner, økt holdfasthet, snevrere toleranser og bedre bearbeidbarhet 21 Rør til kunden 22 Før levering slipes eller skalldreies enkelte rør 23 Under tilvirkingen og før utlevering foretas for­ skjellige kontroller av røret 24 Før levering til kunde blir røret rustbehandlet 25 Ved ringvalsing blir emnet varmet opp til ca. 1200 °C i en induksjonsovn og kappes opp til mindre deler 26 Delene trykkes sammen og blir holdt i press og valses til ferdig ring i et ringvalseverk 27 Ved ringsmiing kappes emnene opp i mindre deler som varmes opp til 1150 °C. Etter sammenpressing og grovsmiing lages hullet i en presse. Deret­ ter foretas ferdigsmiingen 28 Ringene kontrolleres før levering 29 Ved trådvalsing varmes emnet opp til 1150 °C og renses for glødeskall med høytrykksvann 30 Emnevalsing 31 Gjennom valsing i 23 forskjellige trinn kan diame­ teren reduseres fra 140 mm til 5,6 mm 32 Trådene kjøles i et vannbad 33 Trådene blir haspet til ringer og etterpå kontrollert og eventuelt oljet før utlevering

123

3.6.2

Stangpressing (Ekstrudering)

Stangpressing er en plastisk formgivingsmetode for framstilling av stenger, rør eller profiler med forskjellige stør­ relser og tverrsnitt. Produktene som egner seg til metoden, er aksialsymmetriske geometrier. Se figur 3.49.

Figur 3.49 Deler med aksial­ symmetriske geometrier som egner seg for stangpressing

Figur 3.50 viser metoden skjematisk. Vi legger emnet som vi kaller bolten i den såkalte containeren. Stempelet blir plassert bak med stor kraft, og produktet blir pres­ set ut gjennom matrisen som en lang stang. Tverrsnittet til delen bestemmes av for­ men på hullet i matrisen. Disse to verktøyene og høy deformasjonsgrad karakteriserer bearbeidingsmetoden varmpressing. Ved varmpressing legger vi et vanligvis sylind­ risk emne av metallet, som skal presses, i containeren. Metallet blir forvarmet til en temperatur litt under smeltepunktet for å minske deformasjonsmotstanden og øke formendringsevnen. Under pressingen plastiseres emnet i den egentlige deforma­ sjonssonen straks før det passerer gjennom matriseåpningen.

Figur 3.50 Prinsippet for stangpressing

124

I plastisk tilstand kan metallet oppfattes som en formbar deig. Formbarheten avhenger av en rekke faktorer, først og fremst materialet, temperaturen, deformasjonshastigheten og det hydrostatiske trykket. De hydrostatisk overlagrede spenningene fører til at materialet bare utsettes for trykkspenninger, og det gjør at materialer som er varmsprø, kan formendres. Lettpressede materialer som kobber, messing og aluminiumlegeringer kan vi presse til svært tynne dimensjoner fra grove emner. De materialene som dominerer når det gjelder stangpressing, er aluminium, aluminiumlegeringer, kobber og kobberlegeringer. Dessuten forekommer stangpressing av karbonstål, rustfritt stål, wolfram, molybden og titan.

Vi skiller mellom direkte og indirekte stangpressing. • Ved direkte stangpressing beveger materialet seg i samme retning som presstempelet. Under utpressingen blir materialet i containeren skjøvet mot matrisemunningen. På grunn av det høye trykket i containeren blir friksjonskraften stor i berøringsoverflaten mellom emnet og containeren. Nødvendig presskraft øker derfor med økende lengde på emnet. • Ved indirekte stangpressing tettes den ene enden i containeren med en brikke. Den rørformete matriseholderen med matrisen virker som et stempel. Matrisen presses i dette tilfellet mot emnet. Dermed blir bevegelsesretningen til materialet den mot­ satte av matrisens. Fordi emnet ikke forskyves i containeren, blir nødvendig press­ kraft ca. 30 % lavere enn ved den direkte metoden. Til tross for dette er metoden lite brukt. Det er også vanskelig å håndtere de lange profilene som vi får med meto­ den. En annen ulempe er at vi ved indirekte stangpressing av grove profiler presser oksider fra emneoverflaten inn i profilet i høyere grad enn ved direkte stangpress­ ing.

Vi benytter et spesielt stangpresseforløp ved bly- og aluminiummantling av kabel. Prosessen er vist på figur 3.51.

Figur 3.51 Kabel påføres blymantel ved stangpressing

Vi skiller mellom disse profiltypene: a Massivt profil b Halvåpent profil c Hulprofil

125

For å få et korrekt resultat må vi utforme verktøyet slik at materialstrømmen blir lik over hele tverrsnittet. Det kan lettere gjøres dersom konstruktøren følger disse reglene ved profilutformingen: 1 Profiltverrsnittet skal om mulig gjøres symmetrisk. 2 Godstykkelsen skal variere så lite som mulig. 3 Overgangen fra tykk til tynn seksjon skal skje langsomt og uten skarpe overganger. Svært tynne utstikkende ender skal unngås. 4 Hjørner og hulkiler avrundes. 5 På U-formede profiler skal avstanden mellom skankene gjøres tilstrekkelig stor. 6 Usymmetriske hulrom, mange hulrom og ekstremt tynne vegger øker vanskelig­ hetene ved stangpressing av hulprofiler. For legeringer som er lette å presse, er minste godstykkelse normalt 1,5 mm unntatt ved små profiler da det kan aksepteres 1 mm. Den store fordelen med stangpressing er mulighe­ ten til å integrere funksjo­ ner i konstruksjonen, for eksempel spor for tetningslister, låsefunksjoner eller spor for skruer. Det utgjør et meget stort potensial for framtidige konstruktører.

Figur 3.52 Integrert lås og skruespor i konstruksjoner som er stangpresset

Skruespor

Ved lettpressede legeringer som kobber, messing og aluminium er presshastigheter på 50-100 m/min vanlige. For stål er stempelhastigheten ca. 15 m/min, og det gir en profilhastighet på 450 m/min ved et arealforhold på 15 : 1. Den høye hastigheten er nødvendig for at emnet ikke skal rekke å bli avkjølt i containeren. Det er framfor alt vanskelighetene med å ta hånd om profilene som setter en øvre grense. En annen begrensning er såkalt skjelldannelse. Ved friksjon mot matriseveggene blir det utpres­ sede profilet utsatt for strekkspenninger i overflate sjiktet og trykkspenninger i sent­ rum. Ved deformasjonen øker materialets temperatur. Det er først og fremst overflate sjiktet som oppvarmes, fordi mesteparten av friksjonsarbeidet utføres der. Dersom presshastigheten er høy, rekker ikke overflatesjiktet å bli avkjølt gjennom matrisen. Holdfastheten til overflatesjiktet avtar ved økende temperatur og kan ikke ta opp de strekkspenningene som virker i overflaten. Resultatet blir brudd i overflaten på tvers av pressretningen. Materialet i stangen kan også bli overhetet og sprøtt ved korngren-

126

sesmelting eller oksidasjon. I vanskelige tilfeller, for eksempel herdbare aluminiumlegeringer, kan det være nødvendig med presshastigheter mindre enn 1 m/min på den utgående stangen. Presseprosessen går lettere ved bruk av smøremiddel. I en del tilfeller er smøre­ midler nødvendig, for eksempel ved pressing av stål, i andre er det ikke nødvendig, for eksempel ved varmpressing av aluminium. Valget av smøremidler blir bestemt av pressmetallet og temperaturen. Temperaturen gjør at vi må bruke forskjellige smøre­ midler ved varm- og kaldpressing. Smøremiddelet skal danne et sjikt mellom emnet og pressverktøyet. Oppgaven til smøremiddelet er: 1 2 3 4 5

minske nødvendig tilført presskraft lette flyteforløpet forhindre momentan adhesjon og sveising mellom emnet og verktøyet minske verktøyslitasjen ved varmpressing minske varmeavledningen fra emnet til verktøyet

Ved kaldpressing av stål og en del andre metaller blir presstrykket svært høyt. For å få fullgod smøring må vi overflatebehandle emnene, slik at det smøremiddelbærende sjiktet ikke brytes ned under pressingen. Den vanligste behandlingen er fosfatering. Rustfrie stål behandles spesielt. Ved varmpressing skjer smøringen av emnene etter at emnene er varmet opp. Til­ førselen av smøremiddel skjer ved spraying eller pensling på matrise, container og/ eller emne. Smøringen skal fungere gjennom hele pressoperasjonen. Derfor må det være et visst overskudd av smøremiddel til stede. Det kan føre til problemer, fordi smøre­ middelet påvirker overflaten til produktet. Derfor må vi nøye vurdere mengden smø­ remiddel som vi setter til, slik at det ikke oppstår defekter i overflaten.

3.6.2.1 Teori for stangpressing Vi skal utlede et uttrykk for å bestemme nødvendig presskraft ved direkte stangpress­ ing med hensyn til friksjon mot containeroverflaten. Figur 3.53 viser pressforløpet. Fordi stempelet på grunn av kraften P forflyttes strekningen lx, får vi en stang med lengden Z2.

Figur 3.53 Krefter som virker ved stangpressing

127

Arbeidsmetoden: Ytre energi Wy.

Tt ■ Df ~ Pmiddel

(3:146)

4

Indre energi W,: Jt ■ D,2

(3:147)

W. = l2 0

Setter vi Wy = W{> får vi

l2 • Z)22 V»?

^middel

(3:148)

♦l Pm.ddel = fM

(3:149)

0

Ai

(3:150)

6 = In— = In — v A-, VdJ der A = tverrsnittsarealet.

Som følge av skjæringsarbeidet ved retningsendringene ved matrisens innløp og utløp må ligningen multipliseres med en konstant C som er av størrelsesorden 1,5:

(3:151)

• d(|)

^middel ~ C • 0

I ligningen tar vi ikke hensyn til friksjonskrefteene, og den viser derfor god overens­ stemmelse med pressing utført etter den indirekte metoden. Ved direkte stangpressing kommer friksjonen mot containerveggen i tillegg. Der­ som vi antar coulombisk friksjon, det vil si |1 = konstant, kan pmidde] beregnes med hensyn til friksjon. Se figur 3.53.

Likevekt i z-retningen gir 7C • D2

((pz + åp f) - pf) ■

Pr = Pz

= 4p Pz Di

128

= n • Dx • p • pr • dz

(3:152) (3:153)

(3:154)

Integrasjon gir lnp=^z + C ‘

(3:155)

Di

Randbetingelser: !

Daz = Zer

pz = Omidde,)Ll = 0 = C ■

■ dø

(3:156)

0

Cl

= In^ddeP^o-^-'

(3:157)

01

Inn = z

(z-Z) +ln C- |X-d(J) J J

(3:158)

0 4g(z-Q

^middel =

Pz = «

D|

1

c j^ d

(3.159)

0

Dersom vi kjenner friksjonskoeffisienten og ^kurven, kan vi bestemme /7mjddei. Ligningen tar ikke hensyn til friksjonen mot matriseoverflaten (dødsonen). Med god smøring gir den et tillegg på 10 %.

3.6.2.2 Stangpressing av hulformede profiler I de senere årene har den største teknike utviklingen skjedd når det gjelder utformin­ gen av matrisen. Dette gjelder spesielt matriser for tilvirkning av hule profiler. Den metoden som hittil har vært mest brukt, er stangpressing ved hjelp av dor. Se figur 3.54. Emnet plasseres i containeren. Doren presses deretter gjennom emnet ut i matriseåpningen. Den gjør deretter tjeneste som verktøy for å skape den innvendige overflaten i røret.

Figur 3.54 Stangpressing av rør ved hjelp av dor

Ved en annen metode ved stangpressing som brukes mer og mer og spesielt ved press­ ing av lettere materialer, bruker vi materialets halvsmeltetilstand i området rett bak matrisen. Ved å henge opp et nav med eiker og la materialet flyte rundt eikene kan vi skape et sentrum i matrisen. Fordi materialet også utsettes for et svært høyt trykk, vil det bli sveiset sammen igjen etter at det har passert eikene. Fordelen med denne meto­ den er at det ikke behøves noen dor, og at vi får større muligheter til å skape vilkårlige multiple hulprofiler. Et eksempel på matrise med inngangskon ser du på figur 3.55.

129

Figur 3.55 Matrise for stangpressing av hulformede deler

3.6.3

Trekking

Trekking er en plastisk bearbeidingsmetode der tråd-, stang- eller rørformet materiale trekkes gjennom en trekkdyse. Dermed får materialet endret tverrsnitt. Ved trekking av tråd og rør er det snakk om en kraftig deformasjon av materialet. Det må skje i flere trinn. Ved stang og profilframstilling er deformasjonene beskjedne. Vi prøver først og fremst å forbedre målenøyaktigheten og overflatejevnheten, men samtidig får vi en forbedring av rettheten til emnet. Hensikten med trekking er minst en av disse forbedringene:

a arealreduksjon b snevrere dimensjonstoleranser c økt holdfasthet som følge av kaldbearbeidingen

3.6.3.1 Trådtrekking Ved varmvalsing kan vi av økonomiske og valsetekniske årsaker ikke få tynnere valsetråd enn ca. 5 mm. Dersom vi skal framstille tynnere dimensjoner, må vi benytte trekking. Men vi trekker også grovere dimensjoner for å få en bedre overflate, snev­ rere toleranser og økt hardhet hos materialet og hos den valsete tråden. Som regel har trukket tråd et rundt tverrsnitt, men valsetråd i trekant, firkant, seks­ kant, plate eller oval form og andre spesielle seksjoner kan også trekkes. Ved relativt små dimensjoner av seks- og åttekant går vi ut fra rundt tverrsnitt. Eksempler på materialer som trekkes, er stål, kobber, aluminium, bly, tinn og sink. Vi skiller prinsipielt mellom to metoder, nemlig enkelttrekking og kontinuerlig trekking.

Enkelttrekking Ved enkelttrekking plasserer vi utgangsmaterialet på et avspolingsarrangement, en såkalt haspel. Ved hver trekking dras tråden gjennom en enkel trekkdyse og spoles opp på en trekkblokk. Trekkblokken gir både den nødvendige trekkraften og tjeneste­ gjør som spolingshaspel. Trekkblokken er svakt konisk. Tråden spoles på i den grove

130

enden av blokken, og den skyter automatisk opp trådviklingene som tidligere er spolt på, slik at tråden blir liggende løst på trekkblokken. Etter hver trekking løftes tråden fra trekkblokken over til haspelen og dras gjennom en ny trekkskive med mindre hulldimensjon. Figur 3.56 Prinsippet for enkelttrekking av tråd Kontinuerlig trekking Tynn tråd trekkes alltid i trekkbenker som arbeider kontinuerlig. I disse er flere trekk­ dy ser og trekkblokk satt opp i serie. Tråden løper gjennom en trekkskive til en annen trekkblokk og derfra videre til neste trekkskive osv. Hver trekkblokk er utstyrt med en separat elektromotor med automatisk hastighetsregulering. Trekkblokkene er lave, og tråden går bare et par omdreininger rundt hver. Motorreguleringen er slik at tråden ligger under trekkspenning når den forlater trekkblokken. Denne spenningen kaller vi mottrekksspenning. Fordelen med dette arrangementet er at kraften på trekkskivene avtar, og det fører til forlenget levetid. Vi kan også kjøre trekkbenker med mottrekk med høyere trekkhastighet.

Figur 3.57 Prinsippet for kontinuerlig trekking av tråd med mottrekk

Trekking av tråd til små diametere skjer oftest i fintrådsbenker. De har ofte en spesiell oppbygning. Se figur 3.58. De har to trappetrinnformede trekkblokker som roterer med konstant hastighet. Trekkskivene sitter på en arm mellom trekkblokkene.

Figur 3.58 Prinsippet for en fintrådbenk

131

Trekkblokkens diametere slipes til fine flater og nøyaktige mål som tilnærmelsesvis stemmer overens med de teoretiske utvekslingene. Tråden ligger bare et par omdrei­ ninger rundt trekkblokken. Utvekslingsfeil blir utlignet ved at tråden glir på trekk­ blokken som smøres med rikelige mengder olje. Til tross for dette slites trekkblokken. For å redusere slitasjen blir de laget i herdet eller hardforkrommet stål. Verktøy Verktøyet vi benytter ved trådtrekking, er først og fremst trekkskiver og kjøledor. Trekkskivene kan vi dele inn i disse hovedgruppene:

1 2 3 4

støpte skiver smidde skiver hardmetallskiver diamantskiver

De eldste trekkdysene var støpte eller smidde. De ble meget fort slitt, og de er der­ for svært sjelden i bruk i dag. I stedet bruker vi trekkdyser av hardmetall og diamant.

Figur 3.59 Prinsippskisse av en trekkskive Trekkhullet har en inngangskon med konvinkelen a, fulgt av en sylindrisk del, og en utløpskon med vinkelen |3. Inngangsvinkelen a avpasses etter det trekte materialet og smøringsbetingelsene. Jo større reduksjonsgraden er og mer lettrukket materiale eller bedre smøring vi opererer med, desto større inngangsvinkel kan vi velge. For hver materiale- eller smøremiddelkombinasjon kan vi velge en optimal inngangsvinkel. Se

På figuren er VFv det ytre arbeidet, VF( formendringsenergien, Wfr friksjonsarbeidet og VFS skjærarbeidet. Som vi ser, kan vi finne en optimal verdi på .

Ved trekking kan det oppstå en del egenskaper og effekter som vi ikke ønsker. Eksem­ pler på slike virkninger er

1 indre sprekker. Sprekkdannelse i midten av materialet som følge av inhomogen deformasjon ytrer seg som midjedannelse og brudd. Vi kan unngå sprekkdannelsen ved å redusere trekkvinkelen . Kontaktflaten for samme reduksjon blir da større, og vi må sette i verk tiltak for å redusere friksjonskraften.

132

2 langsgående riper som følge av skjæring. De kommer av dårlig overflate hos trekkskiven og/eller dårlig smøremiddel. 3 glødeskallrester kan trenge inn i materialet og gjøre det svakere.

3.6.3.2 Stangtrekking Kaldtrekte stenger bruker vi når det stilles store krav til overflatebeskaffenheten, tole­ ranser og holdfastheten. Ved varmebehandling, for eksempel i beskyttelsesgass, kan vi beholde toleransene og de gode flatene til materialet både i mykglødet og i herdet tilstand. Utgangsmaterialet for kaldtrekt stangstål er varmvalset materiale, som er klipt opp i lengder som egner seg for trekking. Ved dimensjoner under ca. 20 mm bru­ ker vi også materialer som er valset i ringer, og som først ved trekkingen deles opp i stenger. For kobber, messing, lettmetaller og andre ikkejemmetaller bruker vi ofte som utgangsmateriale stenger som er framstilt med stangpressing. Normalt tilvirker vi trekte stenger opp til ø 65 mm. Ved dimensjoner under ø 20 mm går vi over til trådtrekking. Trekkbenker Stenger og profiler trekkes i spesielle stangtrekkbenker, der de spissede stengene en etter en blir dratt gjennom trekkskiven med en tangvogn som går fram og tilbake. En stangtrekkbenk består av en lang maskinbedd, den egentlige trekkbenken. I den ene enden er trekkskiven festet. I bedden løper et endeløst kjede på ruller. På maskinstativet ruller tangvognen, som med en hevstangmanøverert krok kan hektes på kje­ det. Samtidig som kroken føres ned mot kjedet, griper en tang fast i stangspissen, som stikker ut gjennom trekkskiven. Stangen trekkes med samme hastighet som kjedet beveger seg. Når hele stangen har passert trekkskiven, slipper tangen automatisk taket rundt stangspissen og mister samtidig taket til kjedet. Tangen er festet i en lang fjær som fører tilbake tangvognen til utgangsposisjonen. Stangtrekkbenker kan gjøres så godt som helautomatiske.

3.6.3.3 Rørtrekking Med rørtrekking mener vi at et hult emne av metall trekkes gjennom en trekkdyse slik at vi får et redusert tverrsnitt. Med et innvendig verktøy kan vi også oppnå en reduk­ sjon av godstykkelsen. Rørformen er oftest sirkelrund, men det forekommer også trekantete, firkantete, sekskantete og dråpeformede rør og rør med spor eller flenser.

Figur 3.61 Kjedetrekkbenk for trekking av rør

133

Kaldtrekking av rør bruker vi der vi på grunn av valsetekniske begrensninger ikke kan få de dimensjonene vi ønsker. I første rekke gjelder det tilstrekkelig tynt gods, eller der det stilles store krav til overflatebeskaffenheten og toleransene. Utgangsmaterialet ved kaldtrekking av rør er et røremne. Røremnet blir som oftest framstilt av et massivt emne som blir hullet i varm tilstand og deretter valset ut til minst mulig dimensjon. Den minste dimensjonen som det går an å framstille på denne måten, er en godstykkelse på 3,5 mm. Dessuten er det vanskelig å få en ripefri inneroverflate fordi varmvalsingen blir foretatt på dor. I dag bruker vi sveisede rør som utgangsmateriale for kaldtrekkingen. Normalt tilvirkes kaldtrekte rør med ytterdiameter fra 4 til 120 mm og godstykkelser fra 0,5 til 10 mm.

Metoder for rørtrekking Trekking av rør skiller seg fra trekking av tråd ved at vi må kalibrere innerdiameteren til røret. Det gjør at vi får en fin inneroverflate og muligheten til å redusere veggtykkelsen i røret. Dersom vi utfører trekkingen uten kalibrering, vil veggtykkelsen i røret øke. Faren for sprekkdannelse i inneroverflaten er til stede. Vi kan arrangere mottrykket på forskjellige måter. På figur 3.62 skjer det ved at vi trer røret på en lang dor som posisjoneres i sentrum av trekkskiven under trekkingen. En ulempe med metoden er at det er vanskelig å trekke lange rør.

Pluggstang

Den spisse enden festes til vognen

Krok Trekkbenk Pluggstang Smøremiddel

Snitt av trekkskiven, rørstørrelsen og snittflaten reduseres

Trekkskive. ” Hullet i trekk­ skiven har mindre dia­ Skinner meter enn røret

Spalten mellom pluggen og hullet i trekkskiven bestemmer veggtykkelsen

b

Røret trekkes ~grro o~T[o

o] fp o

Kroken hakes fast til kjedet som trekker vognen med røret

Trekkbenken er svært kraftig bygd. En stor benk kan være 35 m lang og ha en trekkraft på 1,5 MN. Trekkhastigheten kan være 50 m/min. Røret skyves over pluggen og pluggstangen. Spis­ sen føres inn i trekkskiven, tangvognens bakker festes til spis­ sen, kroken på tangvognen hefter seg fast i kjedet, og røret trekkes gjennom den ringformede åpningen mellom pluggen og trekkskiven. Det endeløse kjedet er festet på samme måte som sykkelkjedet. Det drives av en kraftig motor.

Figur 3.62 Trekking av rør ved hjelp av dor

Alternativt kan vi benytte en løsplugg. Se figur 3.63. Løspluggen må utformes slik at den dan­ ner et passelig mottrykk i røret uten å kile seg fast.

Figur 3.63 Trekking av rør ved bruk av løsplugg

134

Trekkskive

3.6.3.4 Teori for trekking I dette avsnittet skal vi se på trekking av homogene materialer, men teorien kan lett tilpasses til andre profiler. Arbeidsmetoden

Figur 3.64 Krefter som virker på en trekkskive

Deformasjonen: A D2 ø = In—- = In—a2 d2

(3:160)

A = tverrsnittsarealet Strekkspenningen ved et ideelt forløp uten friksjon er 01

((