Målrettet læring.

/

Denne uken har vi fortsatt temaet fra forrige uke og begynt på et nytt prosjekt som involverer motor.

Vi har blitt delt opp i grupper på 2 som hver har fått en Meec gressklippermotor som vi skal demontere, dokumentere og sette sammen igjen. Dette er delvis for å lære hvordan en forbrenningsmotor fungerer, men også for å lære gode vaner ved mekking på ting og tang, og for å forberede en til å arbeide effektivt og organisert når man kommer ut i arbeidslivet.

En Meec General Power Engine. 1 sylindret 4-takts bensinmotor.

Vi skal lage en plan med mål for hva vi skal oppnå med prosjektet. Å skru motoren fra hverandre og sammen igjen slik at den fungerer er jo essensielt, men også dokumentere de forskjellige delene og kunne forklare funksjonen til en motor og hva de forskjellige delene gjør, etc. etc.

Forgasseren

Om man setter den korrekt sammen og får den til å fungere igjen er jo det vel og bra, men vi lærer som sagt å jobbe organisert og holde orden på ting, noe som gjør store forskjeller senere.

Det var ikke lett å få av svinghjulet.

Organisert!

Vi har lagt alt på ark med beskrivelse av hva delen er og hvor den skal. Dette sparer oss mye hodebry når vi skal sette den sammen igjen, samt at det gjør det enklere å dokumentere oppbyggelsen av motoren i ettertid.

Ventilvipper til luft- og bensintilførsel.

Spenningsgenerator / spole som skaper gnisten i tennpluggen når magnetene i svinghjulet nedenfor passerer den.

Et absolutt spennende prosjekt, jeg liker alt som er mekanisk, men jeg er ikke spesielt interessert i motor. Mine medelever er overbegeistret, hvilket er forståelig. Det er planlagt at vi skal bruke 3 uker på dette prosjektet, så vi får se om vi får det til til slutt. Det blir spennende.

Motor, motor og atter motor.

/

Denne uken har vært preget av det som får firbente metall- og gummidyr til å brøle og bevege seg fremover. Jeg har begynt på atter et nytt prosjekt, som har hovedsaklig med 3D printing å gjøre. Jeg har snakket litt om dette tidligere, men selve prosjektet er nytt.

Jeg har for øyeblikket flere prosjekter på gang, blant annet å bygge en robot arm som kan styres trådløst med en kontroll fra scratch, tegne og dreie en hammer, produsere et forlenget gjengeadapter til et styrestag, og nå dette.

Briller for skala.

Vi har printet en V6 motorblokk som vi fant på nettet i gipsprinteren vår og nå har vi funnet ut at vi vil lage en "fungerende" modell av hvordan en V6 motor fungerer. Med det så mener jeg at vi skal få en elektrisk motor til å drive veivakselen slik at man ser hvordan stemplene beveger seg og så videre.

Fjerning av gipspulver som modellen er laget i. Pulveret som blir til overs føres tilbake i pulverlageret.

Gipsprinteren printer ved å legge et lag gips for deretter å injisere lim der objektet skal være solid. Deretter beveger hele brettet seg nedover og det trekkes et nytt lag gips over modellen og prosessen gjentar seg. Slik kan den lagvis bygge svært komplekse former.

Planen er å kombinere flere produskjonsmetoder for å lage motoren. Selve blokken er av gips, og vi tegner veivaksel og stempler i SolidWorks (et avansert 3D-modell konstruksjons program) og printer det ut i plast. Veivakselen skal vi forsøke å dreie i metall. Hvis vi rekker det skal vi også prøve å vakumforme noen gjennomsiktige topplokk med lysdioder som viser når hvert stempel fyrer. Alt dette skal styres med en Arduino (mikrokontroller). Men dette er et stykke inn i fremtiden.

Vi tegnet og 3D printet også et stempel for å teste sylinder bredden og høyden.

Deretter begynte vi å tegne veivakselen og stempel råder i SolidWorks.

Simulering i SolidWorks

Vi har kommet godt i gang med dette prosjektet, men det er også et relativt stort prosjekt for de to som for øyeblikket jobber på det. Men utfodringer er alltid gøy og de utfordringene man setter seg selv er de man lærer mest av spør du meg.

 

Tirsdagen og onsdagen gikk denne uken også med på å pirre interessen for TIP hos ungdomskole elever som var på besøk. Det er jo godt og blandet bøling som kommer, men det virket som de fleste var interessert i det vi drev med. Og det er jo bra.

Men på fredag var vi på Oslo Motor Show på norges varemesse i Lillestrøm! Mye fine og rare biler å se der, blandt annet verdens raskeste gate-lovlige bil, McLaren P1 GTR.

Mange fine biler, men hele messen er sterkt preget av harry. Men harry er gøy.

En uvanlig uke

/

Denne uken har gått både fort og tregt. Den har vært svært uvanlig med mange forskjellige ting som har skjedd.

På tirsdag og onsdag hadde vi besøk av aspirerende fremtidige TIP elever fra tiende klassinger fra diverse skoler. Vi hadde flere forskjellige stasjoner med ulikt innhold som de kunne bryne seg på. Aktivitetene bestod av 3D-printing, lodding, Arduino prosjekter, boring, dreiing m.m.

Jeg hadde ansvaret for å vise de besøkende litt om dreiing og overse når de forsøkte å lage en ring. Dette gikk stor sett greit, de fleste fikk det til og ble fornøyd med arbeidet sitt, selv om det var vanskelig å få diameteren korrekt, så det var ikke alltid fingeren fikk plass eller satt godt nok. Gullsmed skal jeg ihvertfall ikke bli.

 

Når jeg ikke hadde noen å undervise utførte jeg diverse vedlikeholdsoppgaver. Jeg lagde blant annet en foring til en del på søylebormaskinen, noe som gjorde at jeg fikk prøve å dreie nylon! Dette var meget interessant og resultatet ble ypperlig.

Nylon!

Perfekt.

Utover det monterte jeg en ny skrustikke på den ene fresen, så nå begynner de å bli klare til å brukes.

Jeg gleder meg som en liten unge til å begynne å bruke fresemaskinene!

 

Mandag og torsdag gikk med på teori om gjenger og gjengerelaterte ting, samt litt generell opprydding og sortering av bolter og ting og tang.

På fredag var vi på Oslo Skaperfestival på hovedbiblioteket til Deichmanske! Der var det samlet folk og utstyr fra alle Oslo's hjørner fra HIOA og UIO til camp arrangører, kunstnere, leverandører og produsenter. Mye moro der og fikk prtatet med mange som holder på med mye av det vi for øyeblikket lærer og skal lære.

Absolutt en spesiell uke.

Dreieøvelse 1 - Produksjon 2

/

Nå har vi begynt å lære å dreie, noe som jeg har gledet med veldig til. Dreiing er den mest tradisjonelle og grunnleggende delen av maskinering og er en sponskjærende materialfjernende bearbeidingsmetode for å lage runde objekter, slik som aksler og bolter.

Det er sagt om dreiebenken at den er det eneste verktøyet som kan lage seg selv.

Som første oppgave skulle vi lage en eller annen form for aksling. Sluttresultatets bruk var ikke spesifisert, men det er bare for å lære seg hvordan maskinen funker og hvordan men dreier.

Som man kan se på bildet til høyre skal den være 140mm lang med en senterseksjon på 60mm som skal være 30mm tykk. Det skal være en 24mm tykk seksjon, 40mm lang på hver side. Overgangen mellom den midterste seksjonen og endestykkene skal ha en radius på 2mm.

Som jeg forklarte om tidligere er det viktig å ha korrekt skjærehastighet og matehastighet når man dreier. Jeg startet med å bruke et wolfram kobolt karbid verktøy.

Dersom man ser på anbefalte skjærehastigheter på hardmetall bits kan man se at de krever en mye høyere skjærehastighet enn vanlig hurtigstål. Dette er fordi hardmetall bits er ekstremt harde men også veldig skjøre, så de foretrekker å "rive" vekk materiale fortere, i steden for å "dra" det av saktere, som skaper mer trykk på verktøyet og det kan knekke.

Denne skjærehastigheten kombinert med at jeg starter med 30mm stål gir meg et omdreiningstall på ganske nøyaktig 2500 RPM.

Dreiebenken jeg bruker går ikke høyere enn det så da er det bare å sette den så fort den kan gå og håpe på det beste.

Over ser man et diagram over hvordan spakene på dreiebenken må stå for å få spesifikke turtall.

Som man kan se her er det fire spaker som må flyttes. Hver spak har 2 mulige posisjoner. For å få 2500 RPM må de to øverste stå til høyre og de to nederste stå rett opp og ned.

Da setter vi i gang!

Jeg begynte med å gjøre lengden på arbeidstykket korrekt, ved å først skjære endene fine og flate og så måle med skyvelære og ta av det som trengtes på en ende. Deretter begynte jeg å lage den ene seksjonen på 40mm ved å føre skjæret innover arbeidsstykket i flere passeringer. Jeg gikk 0,5 til 1 mm innover i arbeidsstykket for hver passering. 1mm fungerte greit, men 0,5mm skapte en finere overflate.

Helt til slutt lot jeg det være igjen 0,5 millimeter og tok arbeidsstykket ut av kjoksen, verifiserte med skyvelæret hvor mye som måtte fjernes, satte stykket tilbake i kjoksen og rekalibrerte verktøyet.

Dreiebenken har også en fin digital avleser som gjorde arbeidet meget eksakt.

Det første resultatet ble veldig eksakt med tanke på målene, men overflaten ble jeg ikke fornøyd med. Vi ble også fortalt å ignorere radiusen i overgangen ettersom vi ikke hadde noen verktøy som kunne produsere den, men da satte jeg ut for å slipe mitt eget.

Man kan i tillegg til hardmetall bits bruke hurtigstål, som er svært hendig ettersom man kan slipe og forme det nøyaktig til den jobben man skal utføre.

Jeg trengte et skjær med en radius på 2mm. Jeg tok et stykke dreiestål og slipte det ned til jeg fikk den formen jeg trengte.

Når man sliper et skjær er det viktig at det er spisst, slik at man ikke skaper for mye kontantflate mot det som skal dreies. Dette skaper unødvendig motstand og kan skade skjæret eller påvirke overlfate-finheten.

Det er også viktig at det har en nedadgående vinkel på to akser fra kuttestedet for å ha et effektivt skjær og slik at sponet her en rask og enkel måte å evakuere på slik at det ikke blir sittende i skjæret og påvirker kuttingen. Det er viktig å passe på at den skjærende delen av skjærehodet er det eneste som er i kontakt med arbeidssykket og at de andre flatene har god klaring.

Verktøyholderen som holder hurtigstålet har en litt annen utforming enn det som holder hardmetallet, så holderen må sentreres på nytt for å sikre god skjæring, det vil si midt på arbeidsstykket slik at det går en vannrett linje fra senter av det som dreies og ut til skjæret.

Jeg brukte radiuslære for å finne korrekt form på skjæret.

Ved å benytte hurtigstål måtte jeg senke skjærehastigheten, som gav meg et nytt omdreiningstall på mye lavere 350 RPM. Det nærmeste dreiebenken hadde var 315 RPM. Denne hastigheten fungerte fint.

DSC_0269.jpg

Hele denne delen ble dreiet med det egenslipte hurtigstålet.

Denne ble bedre, med litt grovere overflate, men jevnere og uten synlige skader. Målene ble eksakte og radiusen ble nokså korrekt.

Dette var en nokså enkel oppgave, men den har vært en god introdusksjon til dreiing og jeg har lært mye om hva man skal og ikke skal gjøre. Jeg er ikke helt fornøyd med sluttresultatet, hovedsaklig så ble radiusen på den ene siden litt feil, men det var på grunn av at skjæret ble litt skadet. Jeg har mye igjen å lære og til det gleder jeg meg veldig.

Ventilblokk - Produksjon 1 - Del 2

/

I del 2 av produksjonen av ventilblokken skulle vi lære å bruke søylebormaskin og gjengetapp. Det skulle bores en del diverse hull i blokken slik som på tegningen under. Noen hull skulle ha gjenger og noen skulle forsenkes.

Klikk på bildene for å se en større versjon

Jeg begynte med å markere opp på arbeidstykket hvor hullene skulle være. Alle hullene på baksiden har en avstand fra hverandre på 14mm.

Søylebormaskin

Jeg benyttet rissepenn, kjørner, målestokk, vinkel og skyvelære.

Rissepenn, markerer linjer og streker i metall.

Kjørner, lager små merker i metall for å indikere hvor linjer krysser, viktige punkter eller hvor det skal bores. Hjelper til å sentrere mindre bor.

Som nevnt i Del 1 så er ikke dimensjonene på blokken helt eksakte, den er ikke nøyaktig 60mm bred siden den ble pusset ned gankse mye, så dersom jeg hadde målt 30mm inn fra en side, som man på tegningen kan se er der senterlinjen skal være, ville den ikke blitt sentrert korrekt. Derfor målte jeg bredden på begge sidene og delte denne i to for å få senter. Det viste seg at senter var ca 29,7mm inn, som er halvparten av 59,4, så blokken er litt over en halv millimeter for tynn. Jeg tenkte det var viktigere at alle hullene var sentrert korrekt, i steden for at avstanden til veggene var korrekt, det vil si at jeg så målte 14mm ut fra senter i steden for å måle 16mm inn fra hver side.

Dette er presisjonsarbied, men det er vanskelig å gjøre det presist. Hvor man legger målestokken eller vinkelen inntil merkene man har laget for å trekke en linje, kombinert med hvordan men holder rissepennen og hvordan den hviler mot det man bruker til å føre den med kan gjøre store endringer i hvor linjen ender opp med å være. Det kan være fiklete å trekke en korrekt strek, men det kommer vel med trening. 

Jeg ble stort sett fornøyd med oppmerkingen. Jeg er ikke helt sikker på hvordan det kunne gjøres bedre med det verktøyet jeg hadde til rådighet, men jeg endte opp med å ikke følge oppmerkingen så veldig uansett. Mer om det senere.

 

Diameter, skjærehastighet, matehastighet og omdreiningstall

Når man borer, dreier, freser eller utfører annen sponskjærende bearbeiding er det viktig at det som roterer, enten det er verktøyet eller arbeidsstykket, gjør det med optimal hastighet.

Jeg er personlig mer vant til å bruke engelske begreper som "revolutions per minute", "cutting speed" og "feed rate".

Jeg skal forsøke å forklare på norsk, men det er en veldig god forklaring om konseptet på engelsk på Wikipedia her.

Skjærehastighet (cutting speed)

Skjærehastighet (Vc), som måles i meter per minutt (m/min), er hvor fort arbeidsstykket "løper" over skjæret eller skjæret "løper" over arbeidsstykket. Det er altså overflatehastighet.

Skjærehastighet er ikke noe vi "vet". Det må regnes ut. Eller rettere sagt, det brukes til å regne ut omdreiningstallet. Alt vi vet er diameteren på boret og hastighetene vi kan bruke. Selve skjærehastigheten er funnet ut av produsentene av materialet og verktøy og lignende. Etter mye eksperimentering har de funnet ut hvilken hastighet som er best å bruke på hvilket materiale.

Skjærehastighet er et direkte produkt av diameter og omdreiningstall (RPM). Når noe spinner så er det sagt at antallet rotasjoner i minuttet er konstant uansett hvor bredt det som spinner er. Altså har det ingen betydning hvor langt fra senter noe er, det bruker like lang tid på å gå en runde rundt senterpunktet.

Grunnen til at vi deler på 1000 er fordi diameteren oppgis i millimeter og for å konvertere millimeter til meter så deler vi på 1000. Så millimeter per minutt (mm/min) blir til meter per minutt (m/min).

Vi kan, mye på samme måte som Ohms lov, benytte en formeltrekant for å se sammenhengen mellom diameter og omdreiningstall.

Tiden det tar for boret å rotere en gang er konstant, men hastigheten boret møter materialet på er større jo tykkere boret er. Jo lenger ut fra senter man kommer jo fortere går det. Hastighet er avstand delt på tid, så skjærehastigheten kan endres ved å endre på de variablene.

Bruker du tynnere bor går avstanden (diameteren) ned, altså må tiden boret bruker på å gå rundt en gang også ned for å opprettholde samme skjærehastighet, derfor må vi øke omdreiningstallet (turtallet).

Bruker du tykkere bor går avstanden (diameteren) opp og for å opprettholde samme skjærehastighet må tiden boret bruker på en revolusjon også opp, altså må omdreiningstallet (turtallet) ned.

Her kommer nomogrammet inn. I stedenfor å regne ut omdreiningstallet manuelt med formelen

kan vi istedenfor se på nomogramet til høyre og fylle inn de variablene vi vet for å finne ut hvor fort vi skal stille verktøyet til å gå. Når vi vet skjærehastigheten som er optimalt for det materialet vi jobber med, som vi får opplyst fra godt etablerte kilder som for eksempel Verkstedhåndboka, og vi vet diameteren kan vi følge de to linjene på monogramet til de krysser og se hvilken katergori det faller i.

I eksempelet til høyre skal vi bruke en skjærehastighet på 26 m/min og diameteren på boret er 22mm. Hvor fort må boret gå rundt for å oppnå en hastighet, der det er tykkest, på 26 m/min? Vi ser at de to linjene møtes såvidt over 350 RPM . Hvis vi regner det ut med formelen får vi 376 RPM, så dette stemmer godt.

Dersom vi vet omdreiningstallet og diameter, og vil finne skjærehastigheten, kan vi benytte en snudd versjon av formelen slik:

Matehastighet

Matehastighet er hvor fort verktøyet beveger seg inn i arbeidsstykket, eller arbeidsstykket beveger seg inn i verktøyet.

På bildet til venstre representerer pilene følgende:

Skjærehastighet og matehastighet er essensielle verdier når det kommer til optimal sponskjæring.

Matehastighet måles i millimeter per revolusjon (mm/r), det vil si hvor mange millimeter innover i arbeidsstykket verktøyet trygt kan bevege seg per omdreining. Dette er et veldig lite tall, for eksempel 0,15, som betyr at verktøyet bør kutte vekk 0,15 mm med materiale på en omdreining. Dette kan ganges med omdreiningstallet for å finne hastigheten, det vil si millimeter per minutt (mm/min).

Så ved å se på tabellen under, dersom vi borer med hurtigstål i NS-EN 10025 FE430C konstruksjonsstål med et bor på 15mm og bruker en matehastighet på 0,15 mm/r får vi en skjærehastighet på 40 m/min. Dette gir oss et omdreiningstall på  ca. 840 r/min.

Hvis vi ganger matehastigheten med omdreiningstallet får vi en matehastighet på 126 mm/min. Dersom man freser må man også gange med antallet tenner på verktøyet for å fordele arbeidet optimalt mellom tennene, men dette kan sløyfes om man dreier siden man kun bruker én "tann".

FR = Feed rate (matehastighet oppgitt i mm/min)

RPM = Revolutions per minute (omdreiningstall)

T = Number of teeth (antall tenner på verktøyet)

CL = Chip load (matehastighet oppgitt i mm/r)

For å sikre optimal sponkjæring og maksimal vertøylevetid er det viktig å vite disse to hastighetene.

Diagram over effekten av skjærehastighet og matehastighet

 

Senterbor

Senterbor brukes for å enklere og mer presist lage hull i materialer, og for å skåne større bor. Det har en liten tynn tapp på bare noen få millimeter, som gradvis blir større, opp til 5mm på bildet over. Den har en liten spiss for å gjøre det enkelt å posisjonere det nøyaktig og sentrere hullet korrekt som gradvis sklir over til en større diameter for å klargjøre hullet for større bor som ikke kutter like godt nær senter, samt at den tykkere kroppen bidrar til økt stabilitet og presisjon. Hullet senterboret lager er også kjent som "pilot hole" på engelsk, hvilket forklarer at hullet leder og fører etterfølgende bor på rett vei. Uten det kunne bor som ikke kutter så godt i senter begynt å "vandre" og hullet ville endt opp på feil sted og boret ville boret skjevt og potensielt knukket.

 

Gradvis forstørring

Etter at senterboret hadde plassert hullet økte jeg gradvis størrelsen på hullet, først helt gjennom med 5mm, deretter fullførte med 8mm bor som var det hullet skulle være. Dette er for å skåne 8mm boret som slipper å gjøre like mye arbeid i midten, samt at det ikke trenger å produsere like mye spon og sponet som blir produsert har en enkel vei å evakuere, ned.

5mm og 8mm bor

Da jeg boret hullene på sidene brukte jeg en trekloss til å holde arbeidsstykket på plass vannrett og for å ikke bore ned i tvingen på grunn av overhenget.

Etterhvert som jeg ble mer kjent med maskinen oppdaget jeg den digitale avleseren. Den var innstilt på tommer av en eller annen grunn, men etter at vi fant ut hvordan man endret enhetene til metrisk viste denne seg å være ekstremt mye mer nøyaktig enn mitt øyemål og gjorde hele operasjonen mye mer nøyaktig og enklere.

Med en oppløsning helt ned til 5 mikrometer og et godt utgangspunkt gjorde jeg mesteparten av den gjenstående boringen med hjelp av denne. Resultatet ble veldig bra.

 

Morsekonhylse / konisk tange

Det er koniske hylser som man trer inni hverandre til man når diameteren på boret man skal bruke. De holdes kun på plass av friksjon, men de låser seg fast inni hverandre og selve dreiemomentet blir overlevert via toppen som går inn i et lite hakk.

14mm hullene måtte bores på en litt annerledes måte enn de mindre hullene. De fleste kjokser aksepterer ikke bor større enn 10-15mm så dersom man skal ha slike tykkelser må man gruke noe som heter morsekonhylser.

For å få dem fra hverandre må man benytte en konisk tange-nøkkel for å brekke dem fra hverandre.

0691700046-nn_l.jpg

Forsenker

Fire av hullene skulle forsenkes. Det vil si at det bores en kon eller forstørret hull et lite stykke ned i det hullet skruen eller bolten skal gjennom slik at når den er skrudd inn ligger den flatt med overflaten og stikker ikke ut.

Forsenkningene skulle være 10mm i diameter ved overflaten. Forsenkeren er 90 grader, det vil si at forsenkningen er 5mm dyp.

Dette gikk relativt greit. Dybdemåleren på søylebormaskinen var i ustand så jeg endte opp med å forsenke litt og sjekke med skyvelæret. Dette gjentok jeg til forsenkingen ble korrekt. Det finnes mer nøyaktige og bedre måter å gjøre det på, men det funket greit slik jeg løste det.

 

Gjenging

Helt til slutt skulle fire av hullene gjenges med M8 gjenger. M står for "metrisk" og 8 er diameter på bolten. Når det kommer til innvendige gjenger så er 8 mm diameteren mellom dalene i gjengene. For å lage gjenger borer man med et bor som er litt mindre enn gjengene man skal bruke. Dette kalles et gjengebor og er spesiallaget for dette formålet.

6,8mm gjengebor for M8 hull

6,8mm gjengebor for M8 hull

Etter at hullet er boret bruker man en gjengetapp for å skjære ut korrekte gjenger i hullet. Grunnen til vi bruker 6,8mm bor er for å ha nok materiale til overs når vi gjenger til å lage gjengene.

8 - 6,8 = 1,2 Gjengene blir altså da 0,6mm dype.

Det er viktig å være varsom og gå rolig til verks. Selv om gjengetappen er selv-sentrerende, er det viktig når man starter å sørge for at den står rett. Tar man for hardt i kan man strippe gjengene. Det er også lurt å stoppe og vri litt tilbake med jevne mellomrom for å løsne på og få ut sponet, slik at det ikke bygger seg opp og skader eller misformer gjengene.

Bolter er ofte beskrevet med mange forskjellige tall:

M8 x 1,25 x 40 betyr for eksempel Metrisk 8mm bolt med gjengestigning 1,25mm som er 40mm lang.

Gjengestigning er hvor langt oppover bolten gjengene har beveget seg på en runde rundt bolten.

Forskjellige typer gjenger.

 

Oppsummering

Dette har vært en interessant og utfordrende oppgave som jeg har lært mye av. Noe har blitt gjort riktig og noe har blitt gjort mindre riktig, men det er feilene man lærer av. Presisjon er ikke gjort på 1-2-3!