Utvidgning av koncept

Till koncept tre konstrueras tv ˚a olika verktygsh ˚allare som sk ¨aret ska placeras i under anv ¨andning. Verktygsh ˚allarna ska ha kvadratiska skaft med dimensio- ner fr ˚an 8x8 upp till 16x16 mm d ˚a det ¨ar dessa skaftdimensionerna som ¨ar aktuella vid bearbetning av diametrar som ¨ar mindre ¨an 13 mm. Den f ¨orsta ¨ar en h ¨ogerorienterad verktygsh ˚allare avsedd f ¨or avstick i huvudspindeln med av- smalnande skaft l ¨angs fram f ¨or att g ¨ora plats till subspindeln att greppa tag om avstucken detalj. Den andra ¨ar en v ¨ansterorienterad verktygsh ˚allare avsedd f ¨or avstick mot subspindeln med avsmalnande skaft f ¨or att avsticket ska ske s ˚a n ¨ara huvudspindeln som m ¨ojligt. Tillsammans med h ˚allarna har ett komplett sortiment av sk ¨ar best ¨amts, detta nya sortiment baseras p ˚a tidigare erfarenhe- ter och ¨aven p ˚a tidigare sortiment. Det konstrueras tre olika sk ¨artyper utifr ˚an koncept tre d ¨ar de olika profilerna motsvarar det gamla sortimentet. De best ˚ar av olika frontvinklar d ¨ar vinklarna best ¨ams till 0, 6 och 15 grader. Sk ¨aren finns tillg ¨angliga i olika sk ¨arbredder och i vissa fall har sk ¨arspetsarna radier, bred- derna varierar fr ˚an 0,3 mm upp till 2,0 mm och radierna fr ˚an R0,03 till R0,05, se figur 19 f ¨or exempel p ˚a sk ¨arprofiler.

9

Resultat

Det kompletta systemet inneh ˚aller tv ˚a olika verktygsh ˚allare och tre olika sk ¨ar- profiler, se figur 20. Det nya systemet g ¨or att nedb ¨ojningen av sk ¨arspetsen kan minskas med 35% i f ¨orh ˚allande till konventionellt system. B ¨ojsp ¨anningarna vid den kritiska brottsytan har minskats med 35% vilket g ¨or att risken f ¨or att sk ¨aret bryts under avsticket minskar drastiskt. Tack vare att sk ¨aret har minskad nedb ¨ojning och ¨okad styvhet kan ett smalare avstick anv ¨andas, ett 1,0 mm brett WhizTwin sk ¨ar har samma b ¨ojmotst ˚and som ett konventionellt 1,5 mm brett avsticksk ¨ar.

Figur 20: Komplett system med tv ˚a olika verktygsh ˚allare, en f ¨or h ¨oger- respek- tive v ¨ansterbearbetning. Tre olika sk ¨arprofiler med 0, 6 och 15 graders profil- vinkel.

10

Diskussion

Syftet med detta arbetet ¨ar att minska material ˚atg ˚angen vid avsticksoperationer vid diametrar som ¨ar mindre ¨an 13 mm. Detta ska uppn ˚as genom att utveckla och konstruera ett stickst ˚al som kan sticka av samma diameter som konven- tionella system men minska sk ¨arbredden. Resultatet ¨ar ett tv ˚ask ¨arigt sk ¨ar med b ˚ada eggarna riktade mot arbetstycket. Detta unika tankes ¨att g ¨or det m ¨ojligt att minska nedb ¨ojningen och med det ¨aven vibrationerna som g ¨or avstickopera- tionen instabil. Tack vare att avsticket blir mer stabilt kan sk ¨arbredden minskas vilket leder till minskad material ˚atg ˚ang.

Till den interna informations ¨okningen valdes att anv ¨anda brainstorming ist ¨a- llet f ¨or andra metoder f ¨or ideframtagning. Anledningen var att eftersom det ba- ra var tv ˚a personer som var med under projektet s ˚a var det brainstormingen enklast att anpassa till v ˚ar situation. Produktutvecklingsprocessen gjordes utan att anv ¨anda konceptklassifikationstr ¨ad eller konceptkombinationstabeller, detta f ¨or att konceptgenereringen endast resulterade i tre olika koncept. Om betydligt fler koncept hade genererats hade detta varit alternativet f ¨or att v ¨alja koncept. D ˚a arbetet har en fast tidsram har det underl ¨attat att inte beh ¨ova g ¨ora detta steget i produktutvecklingen utan ist ¨allet l ¨agga tiden p ˚a att optimera det val- da konceptet genom att diskutera designen med b ˚ada personer fr ˚an WhizCut men ¨aven med tillverkare av h ˚ardmetallssk ¨ar och slutanv ¨andare f ¨or att samla information innan konceptet f ¨ardigst ¨alls.

Balkteori valdes d ¨arf ¨or att bland annat Sandvik anv ¨ander sig av det n ¨ar de r ¨aknar p ˚a nedb ¨ojning vid avstick av st ¨orre detaljer. Eftersom de r ¨aknar p ˚a sma- lare och l ¨angre balkar ¨ar balkteorin mer l ¨ampad i deras fall ¨an vid detta arbetet. Av denna anledningen valdes det att komplettera teorin med FE-analyser f ¨or att testa om balkteorin gick att anv ¨anda ¨aven vid mindre balkdimensioner. D ˚a FE-analysen inte ger samma resultat som balkteorin kan det konstateras att balkteori inte ¨ar en bra metod f ¨or att ber ¨akna nedb ¨ojningen vid sm ˚a ¨overh ¨ang och d ¨arf ¨or ¨ar det inte heller en bra metod att anv ¨anda hos f ¨oretag som inriktar sig p ˚a l ¨angdsvarvning.

D ˚a balkteorin inte uppn ˚adde ¨onskade resultat fick FE-analyserna mer plats i arbetet ¨an vad som var planerat. Detta g ¨or att j ¨amf ¨orelserna mellan konven- tionella sk ¨ar och nya sk ¨ar inte har ett enkelt s ¨att att utf ¨oras, vilket g ¨or att vi- dareutveckling av denna produkten ¨ar sv ˚arare och betydligt mer tidskr ¨avande. FE-analyserna hade kunnat g ¨oras mer detaljerade genom att anv ¨anda mer specifika materialdata och ¨aven anv ¨anda ett finare elementn ¨at, p ˚a s ˚a s ¨att ha- de ett s ¨akrare resultat uppn ˚atts men p ˚a grund av begr ¨ansad tid och datorkapa- citet valdes det att g ¨ora enkla FE-analyser i Inventor som ¨ar ett program som WhizCut AB anv ¨ander sig av idag. D ˚a Inventor ¨ar ett CAD-program fr ¨amst finns det betydligt med l ¨ampade program och verktyg f ¨or att utf ¨ora FE-analyser. F ¨or att g ¨ora en mer avancerad analys kan exemeplvis Abaqus Explicit som ¨ar ett simuleringsprogram som anv ¨ands f ¨or dynamisk analys. P ˚a s ˚a s ¨att kan hela ingreppet analyseras fr ˚an start till slut p ˚a operationen, d ¨ar sk ¨arets beteende kan vara olika vid tidpunkten f ¨or ingrepp och f ¨or kontinuerlig svarvning. Det ¨ar ¨aven m ¨ojligt att analysera b ˚ade sk ¨arkraftens v ¨arde och sp ˚anans utformning [32]. Ytterligare kan ¨aven ytfinheten p ˚a detaljen unders ¨okas, d ˚a tanken ¨ar att ¨oka sk ¨ardatan med det nya sk ¨aret p ˚averkas ytfinheten d ˚a matningen ¨okar [33]. Problemet som uppst ˚ar med utveckling av avstick ¨ar att m ˚anga operat ¨orer

inte vill ¨andra bredden p ˚a deras avstickssk ¨ar. Anledningen ¨ar att de inte vill g ¨ora om programmen i maskinen, d ¨arf ¨or m ˚aste vi ¨aven ¨andra deras s ¨att att se p ˚a materialkonsumtionen och den ekonomiska delen i detta. F ¨ordelen som uppst ˚ar med det nya avstickssk ¨aret ¨ar att kunden kan g ¨ora ett val som ¨ar in- dividuellt f ¨or kunden och deras arbets ¨att. Antingen v ¨aljer kunden att inrikta sig p ˚a att spara resurser genom att anv ¨anda ett smalare avsticksk ¨ar vilket i sin tur sparar material och energikonsumption eller ers ¨atter kunden sitt nuvarande sk ¨ar rakt av vilket g ¨or att kunden kan ¨oka sin sk ¨ardata och p ˚a s ˚a s ¨att spara tid. Detta valet g ¨or att WhizCut kan erbjuda slutkunderna tv ˚a alternativ med samma koncept vilket ¨ar unikt, det ¨ar ¨aven en stor f ¨ordel d ˚a m ˚anga anv ¨andare har brist p ˚a maskinkapacitet n ¨ar de tillverkar detaljer i relativt billiga material.

¨

Okad produktivitet kan uppn ˚as hos kunderna som inte vill eller har m ¨ojlig-

het till att g ¨ora st ¨orre f ¨or ¨andringar i sina program. Det kan ¨aven f ¨orkomma att en fabrik vill anv ¨anda sig av samma bredd p ˚a samtliga av sina maskiner f ¨or att underl ¨atta f ¨or operat ¨orerna. F ¨ordelen som WhizTwin kan erbjuda denna typen av kunder ¨ar att erbjuda samma sk ¨arbredd fast ¨oka sk ¨ardatan f ¨or avsticket. P ˚a detta s ¨att kan kunden spara in cykeltid f ¨or avsticket och p ˚a s ˚a s ¨att producera fler antal detaljer per dag. Alternativt kan samma sk ¨ardata beh ˚allas om ¨okad livsl ¨angd p ˚a sk ¨aret ¨onskas av kunden. Detta kan ocks ˚a vara l ¨onsamt f ¨or kunden gen om att spara tid p ˚a verktygsbyte och ¨ovrigt underh ˚all.

Minskad material ˚atg ˚ang ¨ar ofta efterfr ˚agad d ˚a exklusiva material bearbe-

tas. Guld, titan, Inconel, platina och ¨aven m ˚anga rostfria st ˚alsorter kan vara dy- ra i f ¨orh ˚allande till detaljens slutkostnad. Det kan ¨aven vara intressant vid pro- duktion av stora kvantiteter. Exempelvis kan 50 l ¨opmeter av ett material sparas om sk ¨arbredden minskas fr ˚an 2,0 till 1,5 mm vid produktion av 100 000 detal- jer. Inom l ¨angdsvarvning ¨ar 100 000 detaljer inte ovanligt och i m ˚anga fall ¨ar detaljerna som produceras i stora kvantiveter v ¨aldigt sm ˚a vilket ger ¨annu st ¨orre anledning till att minska material ˚atg ˚angen. Anledningen ¨ar att om detaljen ¨ar 10 mm l ˚ang och 0,5 mm kan sparas vid varje avstick minskas material ˚atg ˚angen med ungef ¨ar 4,2% vilket kan resultera i v ¨aldigt stora summor beroende p ˚a ma- terial. Minskningen av material ˚atg ˚ang i procent r ¨aknas ut enligt

U = 100 ×B1− B2 L + B1

(22) d ¨ar B1 − B2 ¨ar skillnaden i sk ¨arbredd mellan det konventionella sk ¨aret och

WhizTwin sk ¨aret och L ¨ar detaljens totala l ¨angd. Det ¨ar ¨aven v ¨aldigt vanligt att detaljer som tillverkas i en l ¨angdsvarv ¨ar betydligt mindre ¨an 10 mm. Det intressanta h ¨ar ¨ar att WhizTwin sk ¨aret beh ¨over inte tillverka fler antal detaljer ¨an konkurrenterna vilket ofta brukar vara anledningen till att ett sk ¨arbyte g ¨ors, det kan l ¨ona sig f ¨or kunden ¨aven om ett mindre antal detaljer produceras.

Minskad milj ¨op ˚averkan i f ¨orh ˚allande till konventionella system ¨ar ocks ˚a

en stor f ¨ordel med WhizTwin. Minskad material ˚atg ˚ang leder direkt till att mindre material m ˚aste ˚atervinnas vilket har en rad olika f ¨ordelar. ˚Atervinningen mins- kar direkt med den minskade sk ¨arbredden och om bredden minskas fr ˚an 2,0 till 1,5 mm minskar m ¨angden material som beh ¨over ˚atervinnas med 25% enligt tabell 5. Minskningen av material ˚atervinning i procent ber ¨aknas enligt

Y = 100 ×B1− B2 B1

D ˚a minskad material ˚atg ˚ang leder direkt till att kunderna kan minska sitt ink ¨op av material och samtidigt skickas mindre material till ˚atervinning blir det positivt p ˚a tv ˚a fronter. F ¨orst s ˚a kan produktionen av materialet minskas d ˚a WhizTwin optimerar materialkonsumtionen och f ¨or det andra s ˚a blir det mindre material som ska ˚atervinnas och processas en g ˚ang till. Detta inneb ¨ar att den verkliga vinningen i detta ¨ar egentligen betydligt st ¨orre ¨an bara kundernas intresse.

Konsumtion(m) Material ˚atg ˚ang(m) Konsumtion Material ˚atg ˚ang WhizTwin(m) WhizTwin(m)

1200 200 1150 150

Tabell 5: R ¨akneexempel f ¨or material ˚atg ˚ang vid produktion av 100 000 detaljer d ¨ar detaljerna ¨ar 10 mm l ˚anga.

11

Slutsats

I detta arbete har ett nytt system f ¨or avstick av st ˚angdiametrar som ¨ar mindre ¨an 13 mm tagits fram. Sk ¨aret ska anv ¨andas till l ¨angdsvarvning och inrikta sig p ˚a produktion av sm ˚a detaljer. Syftet har varit att optimera materialkonsumtionen genom att minska material ˚atg ˚angen vid avsticksoperationer. Detta har gjorts genom att utveckla ett tv ˚ask ¨arigt sk ¨ar med en unik design d ¨ar sk ¨areggarna ¨ar riktade fram ˚at och ger st ¨od till varandra. Resultatet av detta blev ett system med betydligt kortare ¨overh ¨ang ¨an konventionellt system och slutanv ¨andaren kan ¨oka sin l ¨onsamthet p ˚a m ˚anga olika s ¨att med samma verktyg. Syftet med arbetet anses ha uppn ˚atts d ˚a den nya produkten erbjuder slutanv ¨andarna ett smalare avstickssk ¨ar upp till 13 mm i st ˚angdiameter.

Vidareutveckling av arbetet ¨ar att konstruera sk ¨ar med liknande design f ¨or st ¨orre sk ¨ardjup. Marknaden f ¨or l ¨angdsvarvar fokuseras inte endast p ˚a sm ˚a de- taljer och det ¨ar ¨onskv ¨art att ha sk ¨ar som kan sticka av b ˚ade 20 mm och 32 mm i framtiden. Det kan ¨aven vara ett alternativ att utveckla kylh ˚allare till detta konceptet d ˚a h ¨ogtryckskylning ofta har en positiv effekt p ˚a verktygslivsl ¨angd och prestanda.

Slutligen ¨ar ett framtida projekt att sammanst ¨alla testrapporter f ¨or att g ¨ora praktiska j ¨amf ¨orelser ist ¨allet f ¨or teoretiska. Med hj ¨alp av detta kan rekommen- derade sk ¨ardata sammanst ¨allas f ¨or att underl ¨atta f ¨or operat ¨orerna och p ˚a s ˚a s ¨att optimera anv ¨andningen av produkten.

Referenser

[1] Gnosj ¨o Regionen, Svarvning, [Internet], 2020-02-04 H ¨amtad fr ˚an: https://www.gnosjoregion.se/svarvning [2] Gnosj ¨o Regionen, CNC-Svarvning, [Internet], 2020-02-04

H ¨amtad fr ˚an: https://www.gnosjoregion.se/svarvning/cnc-svarvning

[3] SWISS-TECH, How Does a CNC Swiss-Type Lathe Work & Why is It Use- ful?, [Internet], 2020-02-05

H ¨amtad fr ˚an: https://www.swisstechllc.com/how-does-a-cnc-swiss-type-la the-work/

[4] STAR, SR-10J type C, [Internet], 2020-02-05

H ¨amtad fr ˚an: https://www.star-m.jp/eng/products/lathe/la22.html [5] TORNOS, SwissNano, [Internet], 2020-02-05

H ¨amtad fr ˚an: https://www.tornos.com/en/content/swissnano

[6] Special tools for Swiss-type lathes, Manufacturing Engineering; Nov 1999; 123, 5; ABI/INFORM Global, [Internet], 2020-04-20

H ¨amtad fr ˚an: file:///C:/Users/zebal 000/Desktop/Special%20tools%20for% 20Swiss-type%20lathes.pdf

[7] Aerospace Manufacturing, Swarf management chips in, [Internet], 2020- 02-05

H ¨amtad fr ˚an: https://www.aero-mag.com/swarf-management-chips-in/ [8] de Bono E, Six Thinking Hats: An Essential Approach to Business Mana-

gement. Little, Brown, Company, ISBN 0-316-17791-1, 1985.

[9] Ulrich K.T , Eppinger S.D, Produktutveckling, Konstruktion och design, Upp- laga 1, Studentlitteratur AB ,2014

[10] Andersen E.S, Schwencke E, Projektarbete, En v ¨agledning f ¨or studenter, Upplaga 1:2, Studentlitteratur AB, 2013.

[11] National Encyklopedin, Datorst ¨odd konstruktion, [Internet], 2020-06-25 H ¨amtad fr ˚an: https://www-ne-se.proxy.mau.se/uppslagsverk/encyklopedi /l%C3%A5ng/datorst%C3%B6dd-konstruktion

[12] MacMillan J, Autodesk Inventor 2017: Introduction to Solid Modeling - Part 1, f ¨orsta upplagan, Center for Technical Knowledge, 2016

[13] Ljung C, Saabye Ottosen N, Ristinmaa M, Introduktion till h ˚allfasthetsl ¨ara, Upplaga 1:5, Studentlitteratur AB, 2007.

[14] Alfredsson B, Handbok och formelsamling i H ˚allfasthetsl ¨ara, Andra uppla- gan, Institutionen f ¨or h ˚allfasthetsl ¨ara KTH, 2014.

[15] B ¨ojnormalsp ¨anningar — Naviers formel, [Internet], 2020-04-07

H ¨amtad fr ˚an: http://demechanica.com/sv/hallfasthetslara/kapitel/balken/boj normalspanningar-naviers-formel/

[16] Hulling U, Temperaturm ¨atning i sk ¨arande bearbetning, H ¨ogskolan V ¨ast, Institutionen f ¨or ingenj ¨orsvetenskap, 2010.

[17] Mahmoud E.A.E, Abdelkarim H.A, OPTIMUM CUTTING PARAMETERS IN TURNING OPERATIONS USING HSS CUTTING TOOL WITH 450 AP- PROACH ANGLE, University of Khartoum, Alimam Almahdi University, 2006.

[18] Sandvik Coromant, [Internet], 2020-02-07

H ¨amtad fr ˚an: http://elearning.smsstatic.com/wp-content/uploads/grassbla de/MCT/H Machinability/hcuttingedge/index.html?

[19] Mechiri Sandeep Kumar, S. Rajashekhar Reddy, V. Vasu, A 3-D Simu- lation and Experimental Study of Cutting Forces in Turning Inconel-718, Materials Today: Proceedings, Volume 4, Issue 9, 2017, Pages 9942-9945, ISSN 2214-7853.

[20] Sandvik Coromant, [Internet], 2020-01-30

H ¨amtad fr ˚an: https://www.sandvik.coromant.com/sv-se/knowledge/mach ining-formulas-definitions/pages/general-turning.aspx

[21] Kobaslic E, PARAMETERSTUDIE VID SAMBORRNING AV H ˚AL I FL ¨ANSAR, H ¨ogskolan i Bor ˚as, 2017.

[22] Karlstads universitet, [Internet], 2020-02-04

H ¨amtad fr ˚an: https://www.kau.se/utbildning/program-och-kurser/kurser/ MSGC15

[23] Nilsson B, Finita elementmetoden, en kort intrudiktion till teorin, H ¨ogskolan i Halmstad, 2020.

[24] Kungliga Tekniska H ¨ogskolan, [Internet], 2020-02-04

H ¨amtad fr ˚an: https://www.kth.se/social/upload/50f599fef2765447f4dc8adf/ OH All FE vt2013.pdf

[25] Ljung C, Saabye Ottosen N, Ristinmaa M, H ˚allfasthetsl ¨ara - Allm ¨anna till- st ˚and, Upplaga 1:5, Studentlitteratur AB, 2007.

[26] NTK Cutting tools, Swiss tooling 8000, produktkatalog 2018 [27] Applitec Moutier SA, ECO-Line Swiss tooling, produktkatalog [28] Applitec Moutier SA, PRO-Line Swiss tooling, produktkatalog [29] Sandvik Coromant, CoroCut XS sortiment, [Internet], 2020-04-23

H ¨amtad fr ˚an: https://www.sandvik.coromant.com/sv-se/products/coroc ut xs/pages/assortment.aspx

[30] Utilis, Multidec sortiment, produktkalatog 2018, [Internet], 2020-04-23 H ¨amtad fr ˚an: https://www.genswiss.com/files/content/literature/UTILIS201 8.pdf

[31] Sandvik Coromant, Workpiece material, [Internet], 2020-05-09

H ¨amtad fr ˚an: https://www.sandvik.coromant.com/en-us/knowledge/mate rials/pages/workpiece-materials.aspx

[32] A. Kiran Kumar, P. Venkataramaiah, Heat assisted machining of Inconel 718 Alloy using Abaqus/Explicit, Materials Today: Proceedings, Volume 18, Part 7, 2019, Pages 4531-4536, ISSN 2214-7853.

[33] D.I. Lalwani, N.K. Mehta, P.K. Jain, Experimental investigations of cutting parameters influence on cutting forces and surface roughness in finish hard turning of MDN250 steel, Journal of Materials Processing Technology, Vo- lume 206, Issues 1–3, 2008, Pages 167-179, ISSN 0924-0136.