Wanneer u langs een fabrikant van gereedschapsmachines loopt en de technici met de hand ziet schrapen en slijpen, kunt u niet anders dan zich afvragen: “Kunnen zij deze bewerkte oppervlakken werkelijk verbeteren door te schrapen en te slijpen? (Kunnen mensen krachtiger zijn dan machines?)”
Als u het puur over het uiterlijk hebt, dan is ons antwoord “nee”, we zullen het niet mooier maken, maar waarom moeten we dan schrapen? Uiteraard zijn er redenen; een daarvan is de menselijke factor: het doel van de gereedschapsmachine is om andere gereedschapsmachines te vervaardigen, maar ze kan nooit een product produceren dat nauwkeuriger is dan het origineel. Daarom moeten we, als we een machine willen maken die nauwkeuriger is dan de oorspronkelijke machine, een nieuw uitgangspunt hebben, namelijk beginnen met menselijke inspanningen. In dit geval verwijzen menselijke inspanningen naar het handmatig schrapen.
Schrapen en slijpen is geen “met blote handen” of “freewheeling”-werk. Het is eigenlijk een methode van kopiëren. Het kopieert bijna perfect de matrix, die een standaardvlak is en eveneens met de hand wordt vervaardigd.
Hoewel schrapen arbeidsintensief is, is het een vaardigheid (technologie op kunstniveau); het kan moeilijker zijn om een meester in het schrapen te opleiden dan een meester in houtsnijden. Er zijn weinig boeken over dit onderwerp op de markt, vooral nog minder materialen over “waarom schrapen”. Dit is wellicht de reden waarom schrapen wordt beschouwd als een kunst.
01
Waar te beginnen?
Als een fabrikant besluit om met een slijpmachine te slijpen in plaats van te schrapen, moet de nauwkeurigheid van de geleidingsrail van zijn “meestermachine” hoger zijn dan die van de nieuwe slijpmachine.
Dus waar komt de nauwkeurigheid van de machine vandaan?
Het moet afkomstig zijn van een nauwkeuriger machine, of het moet gebaseerd zijn op een andere methode die een werkelijk vlak oppervlak kan produceren, of het kan gekopieerd zijn van een goed afgewerkt vlak oppervlak.
We kunnen drie methoden gebruiken om cirkels te tekenen om het generatieproces van het oppervlak te illustreren (hoewel de cirkel eerder een lijn dan een oppervlak is, kan deze toch worden aangehaald om het concept te verduidelijken). Een vakman kan met een gewoon passer een cirkel tekenen; als hij met een potlood langs een rond gat in een plastic sjabloon zou tekenen, zou hij alle onnauwkeurigheden van dat ronde gat overnemen; en als hij met de hand een cirkel tekent, hangt de nauwkeurigheid van die cirkel af van zijn beperkte vaardigheden.
In theorie kan een vlak oppervlak worden geproduceerd door de afwisselende wrijving (lapping) van drie oppervlakken. Laten we ter vereenvoudiging drie stenen gebruiken, elk met een vrij vlak oppervlak, om dit te illustreren. Als u de drie vlakken afwisselend in willekeurige volgorde tegen elkaar wrijft, zult u ze steeds soepeler slijpen. Als u slechts twee stenen gebruikt om te wrijven, krijgt u een passend paar met één holle en één bolle kant. In de praktijk wordt, naast het gebruik van schrapen ter vervanging van lapping, ook een duidelijke volgorde van samenwerking gevolgd. De schrapende meester gebruikt meestal deze regel om de standaardfixture (rechte meetlat of vlakke plaat) te maken die hij wil gebruiken.
Bij het gebruik brengt de schaafmeester eerst de ontwikkelaar aan op de standaardinrichting en plaatst deze vervolgens op het oppervlak van het werkstuk om te schuiven, zodat de te verwijderen laag blootgelegd wordt. Als hij deze handeling herhaalt, komt het oppervlak van het werkstuk steeds dichter bij de standaardinrichting te liggen en kan het dezelfde bewerkingen reproduceren als de standaardinrichting.
Gietstukken die geschraapt moeten worden, worden meestal tot enkele duizendsten boven de eindafmeting gefreesd, daarna naar de warmtebehandeling gestuurd om de restspanning te verlichten, en vervolgens teruggebracht voor polijsten voordat het schrapen plaatsvindt. Hoewel schrapen veel tijd en hoge arbeidskosten met zich meebrengt, kan schrapen het productieproces vervangen dat hoge apparatuurkosten vereist. Als men schrapen niet wil gebruiken als vervanging, moet het werkstuk met een zeer hoge precisie en dure machines worden bewerkt.
Naast de hoge kosten van de apparatuur die in de eindbewerkingsfase nodig is, speelt er nog een factor mee: tijdens het bewerken van onderdelen, vooral grote gietstukken, zijn vaak bepaalde gravitatie-klemacties noodzakelijk. Wanneer de precisie enkele duizendsten bereikt, veroorzaakt de klemkracht vaak vervorming van het werkstuk, waardoor de nauwkeurigheid na het loslaten van de klemkracht in gevaar komt; ook de tijdens de bewerking gegenereerde warmte kan leiden tot vervorming van het werkstuk.
Dit is een van de vele voordelen van schrapen. Er is geen klemkracht en de warmte die door het schrapen ontstaat, is vrijwel nihil. Grote werkstukken worden ondersteund door drie punten, zodat ze niet vervormen onder hun eigen gewicht.
Wanneer het schraptraject van de werktuigmachine versleten is, kan dit ook worden gecorrigeerd door opnieuw te schrapen, wat een groot voordeel is ten opzichte van het weggooien van de machine of het naar de fabriek sturen voor demontage en herbewerking.
Wanneer het spoor van een werktuigmachine opnieuw geschraapt moet worden, kunnen de onderhoudsmensen van de fabriek deze taak uitvoeren, maar men kan ook ter plaatse mensen vinden die dit werk verrichten.
In sommige gevallen kunnen zowel handmatig als elektrisch schrapen worden ingezet om de vereiste geometrische nauwkeurigheid te bereiken. Als de rails van een groep werktafels en zadelassen al zijn geschraapt en de nauwkeurigheid voldoet aan de eisen, maar de paralleliteit van de werktafel ten opzichte van de spil ongeschikt blijkt (wat veel moeite kost om te corrigeren), kunt u zich dan voorstellen hoeveel technologie er nodig is om met slechts één schrapmachine de juiste hoeveelheid metaal op de juiste positie te verwijderen, zonder de vlakheid te verliezen en de uitlijningsfout correct te corrigeren?
Natuurlijk is dit niet het doel van schrapen, en het mag ook niet worden gebruikt als methode om grote uitlijningsfouten te corrigeren. Een bekwame schrapende meester kan dit soort correcties echter in verrassend korte tijd voltooien. Hoewel deze methode vakkundige techniek vereist, is ze economischer dan een groot aantal onderdelen uiterst nauwkeurig bewerken of betrouwbare of aanpasbare constructies maken om uitlijningsfouten te voorkomen.
02
Verbetering van smering
Praktische ervaring heeft aangetoond dat het schrapen van rails wrijving kan verminderen door betere smering, maar men is het niet overal eens over de reden hiervan. De algemene opvatting is dat het schrapen van de laagste punten (of meer specifiek, de gesneden putjes en de oliezakjes die vooral voor smering zijn aangebracht) talrijke kleine olietopjes oplevert, die vervolgens door de vele kleine hoge punten eromheen worden weggeschraapt.
Een andere logische verklaring is dat hierdoor continu een oliefilm behouden blijft, zodat bewegende delen op deze oliefilm drijven – hetgeen het doel van alle smering is. De belangrijkste reden hiervoor is dat deze onregelmatige oliezakjes veel olieopslagruimte creëren, waardoor de olie moeilijk kan ontsnappen. De ideale toestand voor smering is het handhaven van een oliefilm tussen twee gladde oppervlakken, maar in dat geval moet men het probleem aanpakken dat de olie niet weglekt, ofwel moet men deze zo snel mogelijk aanvullen. (Of er nu een spatel op het spooroppervlak ligt of niet, er worden meestal oliegroeven aangebracht om de olieverdeling te bevorderen.)
Zo’n uitspraak doet men twijfelen aan het effect van het contactoppervlak. Schrapen vermindert het contactoppervlak, maar zorgt voor een gelijkmatige verdeling, en juist die verdeling is cruciaal. Hoe vlakker de twee bijpassende oppervlakken zijn, hoe gelijkmatiger de contactvlakken verdeeld zijn. Echter bestaat er in de mechanica een principe dat “wrijving onafhankelijk is van het oppervlak”, wat betekent dat hetzelfde kracht nodig is om de werkbank te verplaatsen, of het contactoppervlak nu 10 of 100 vierkante inch bedraagt. (Slijtage is een ander verhaal. Hoe kleiner het oppervlak onder dezelfde belasting, hoe sneller de slijtage.)
Wat ik wil zeggen is dat we streven naar een beter smeereffect, niet naar meer of minder contactoppervlak. Als het smeereffect perfect is, zal het railoppervlak nooit slijten. Als een werktafel moeilijk te verplaatsen is door slijtage, heeft dit mogelijk eerder te maken met de smering dan met het contactoppervlak.
twee
03
Hoe wordt schrapen uitgevoerd?
Voordat je de hoge punten vindt die moeten worden weggeschraapt, breng je eerst ontwikkelmiddel aan op de standaardmal (een vlakke plaat of een rechte meetmal wanneer de V-rail moet worden geschraapt), en wrijf daarna de met ontwikkelmiddel behandelde mal over het te schrapen railoppervlak. Het ontwikkelmiddel wordt overgebracht naar de hoge punten op het railoppervlak; vervolgens gebruik je een speciaal schrapgereedschap om deze hoge punten te verwijderen. Deze handeling moet herhaald worden totdat er een gelijkmatige overdracht op het railoppervlak ontstaat.
Natuurlijk moet een schrapmeester alle mogelijke technieken kennen. Hier bespreek ik er twee.
Voor het kleuren van de oppervlakken gebruiken we meestal een stompe vijl om voorzichtig over het werkstuk te wrijven en bramen te verwijderen.
Veeg het oppervlak af met een borstel of met de hand, niet met een lap. Als je een doek gebruikt, kunnen de fijne vezels die achterblijven misleidende sporen veroorzaken bij de volgende kleurweergave van de hoge punten.
Master Scraper zelf controleert zijn werk door de standaardmal te vergelijken met het spooroppervlak. De inspecteur hoeft Master Scraper alleen maar te vertellen wanneer hij kan stoppen met het werk, zodat hij zich geen zorgen hoeft te maken over het schrapingsproces. (Master Scraper kan zelf verantwoordelijk zijn voor de kwaliteit van zijn werk)
Vroeger hadden we allemaal een set normen die bepaalden hoeveel hoge punten per vierkante inch moesten zijn en welk percentage van het totale oppervlak hierop moest voorkomen. We hebben echter gemerkt dat het bijna onmogelijk is om het contactoppervlak te controleren, en nu is het aan de schrapmeester om het aantal punten per vierkante inch te bepalen. Kort gezegd streeft de schrapmeester meestal naar een norm van 20 tot 30 punten per vierkante inch.
In het huidige schrapproces maken sommige nivelleerwerkzaamheden gebruik van elektrische schrapmachines; dit is ook handmatig schrapen, maar het neemt wel wat zwaar werk weg en maakt de schrapoperatie minder vermoeiend. Toch blijft het gevoel dat handmatig schrapen oplevert onvervangbaar bij fijne assemblagewerkzaamheden.
04
Gekraste patroon
Er bestaan vele soorten patronen. Hier introduceren we enkele veelvoorkomende patronen, zoals het boogpatroon, het vierkantpatroon, het golfpatroon en het waaierpatroon. Het boogpatroon omvat voornamelijk het maanpatroon en het zwaluwpatroon.
1. Boogpatroon en schrapmethode
Gebruik eerst de linkerkant van de mesrand om het mes te laten zakken, en schraap vervolgens diagonaal van links naar rechts (zoals weergegeven in figuur a hieronder). Tegelijkertijd draai je het pols van je linkerhand zodat het mes in een boog van links naar rechts beweegt (zoals weergegeven in figuur b hieronder), waardoor het schrapen met de mesrand overgaat van links naar rechts. De lengte van de sporen die het mes achterlaat is doorgaans ongeveer 10 mm. Het gehele schraapproces wordt in één oogwenk uitgevoerd, waardoor verschillende boogpatronen kunnen worden geschraapt. Het mes kan ook schuin van rechts naar links worden geschraapt. Terwijl je met kracht op de linkerpols drukt, draai je de rechterpols zodat het mes in een boog van rechts naar links beweegt, waardoor het schrapen van het mes overgaat van rechts naar links.
drie
Basisschrapmethode voor boogpatroon
Belangrijkste punten bij het schrapen van boogpatronen: vanwege de verschillende schrapomstandigheden en werkwijzen, ondergaan de vorm, grootte en insluitingshoek van het geschraapte boogpatroon aanzienlijke veranderingen. Ten eerste dient men aandacht te besteden aan het kiezen van de juiste schraper, omdat de breedte en dikte van het mes, de radius van de mesboog en de grootte van de wigvormige hoek bepaalde effecten hebben op de vorm van het boogpatroon; ten tweede moet men de omvang van de polsdraaiing en de lengte van de duw- en schrapbeweging tijdens het schrapen kunnen beheersen; ten derde dient men gebruik te maken van het elastische effect van de snijkop. Over het algemeen geldt: hoe groter de polsdraaiing en hoe korter de duw- en schrapbeweging, des te kleiner de insluitingshoek en de vorm van het geschraapte boogpatroon, zoals weergegeven in figuur c hierboven.
(1) Maanpatroon en schrapmethode
vier
Voordat men gaat schrapen, tekent men met een potlood een vierkant met een bepaalde afstand op het oppervlak van het werkstuk.
Bij het schrapen wordt een fijne schraper met een gebogen mes gebruikt. De middellijn van het mesvlak maakt een hoek van 45° met de longitudinale middellijn van het oppervlak van het werkstuk, en het schrapen gebeurt van de voorkant naar de achterkant van het werkstuk.
(2) Zwaluwpatroon en schrapmethode
Het zwaluwpatroon wordt hieronder weergegeven. Voordat men gaat schrapen, tekent men met een potlood een vierkant met een bepaalde afstand op het oppervlak van het werkstuk. Bij het schrapen wordt een fijne schraper met een gebogen mes gebruikt. De middellijn van het mesvlak maakt een hoek van 45° met de longitudinale middellijn van het oppervlak van het werkstuk, en het schrapen gebeurt van de voorkant naar de achterkant van het werkstuk. Veelgebruikte schrapmethoden zijn:
vijf
Ten eerste wordt met het eerste mes een gebogen patroon geschraapt, waarna een tweede gebogen patroon net iets onder het eerste wordt geschraapt, zodat een patroon ontstaat dat lijkt op een zwaluw, zoals weergegeven in figuur b hierboven.
2. Vierkant patroon en schrapmethode
Het vierkantpatroon wordt hieronder weergegeven. Voordat men gaat schrapen, tekent men met een potlood een vierkant met een bepaalde afstand op het oppervlak van het werkstuk. Bij het schrapen maakt de middellijn van het mesvlak een hoek van 45° met de longitudinale middellijn van het oppervlak van het werkstuk, en het schrapen gebeurt van de voorkant naar de achterkant van het werkstuk. De basismethode voor schrapen is het gebruik van een smalle schraper met een rechte rand (of een grote radius van de boogrand) voor korte duwbewegingen. Na het schrapen van het eerste vierkant dient er een ruimte gelaten te worden ter grootte van één vierkant voordat het tweede vierkant wordt geschraapt.
zes
3. Golfpatroon en schrapmethode
Het golvende patroon wordt weergegeven in figuur a. Voordat men begint met schrapen, tekent men met een potlood een vierkant met een bepaalde afstand op het oppervlak van het werkstuk. Tijdens het schrapen moet de middellijn van het gereedschapslichaam parallel lopen aan de lengterichting van de middellijn van het werkstukoppervlak, en men schraapt van achter naar voor over het werkstuk. De basismethode voor schrapen is als volgt: gebruik de gekerfde schraper om te schrapen, kies de positie van het snijgereedschap (meestal het snijpunt) en beweeg vervolgens het gereedschap diagonaal naar links nadat het gereedschap is neergelaten. Wanneer het gereedschap een bepaalde lengte heeft bereikt (meestal het snijpunt), beweegt men het diagonaal naar rechts en tilt men daarna het gereedschap op, zoals weergegeven in figuur b hieronder.
zeven
4. Ventilatorteken en schrapmethode
Het waaiervormige patroon wordt weergegeven in figuur a. Voordat men begint met schrapen, tekent men met een potlood een vierkant en een hoeklijn met een bepaalde afstand op het oppervlak van het werkstuk. Voor het schrapen van het waaiervormige patroon dient de haakschuurschraper te worden gebruikt (zoals weergegeven in figuur b hieronder). Het rechteruiteinde van het mes dient scherp te zijn, het linkeruiteinde iets bot, en de randlijn moet recht zijn. De basismethode voor schrapen is:
acht
Kies de plaats waar het gereedschap wordt neergelaten (meestal bij het snijpunt), houd de linkerhand 50 mm verwijderd van de snijkop, druk deze naar links omlaag, neem het linkeruiteinde van het mes als middelpunt van de cirkel en draai met de rechterhand met de klok mee. De draaihoeken bedragen meestal 90° en 135°. Het juiste waaiervormige patroon wordt weergegeven in bovenstaande figuur c. Door onjuiste krachtinspanning is het gemakkelijk dat beide uiteinden tegelijkertijd worden geschraapt, waardoor het patroon ontstaat dat in bovenstaande figuur d wordt getoond. Op die manier zullen de geschraapte sporen van het patroon te ondiep zijn en behoren ze tot het onjuiste patroon.