GYÉMÁNTVASALT MUNKADARAB-FELÜLETEK ALAKHELYESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA

Átírás

1 MultiScience - XXX. microcad International Multidisciplinary Scientiic Conerence University o Miskolc, Hungary, April 2016, ISBN GYÉMÁNTVASALT MUNKADARAB-FELÜLETEK ALAKHELYESSÉGÉNEK VIZSGÁLATA Dr. Varga Gyula 1, Ferencsik Viktória 2 1 Egyetemi docens, Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet 2 I. év. PhD hallgató, Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet ABSZTRAKT A gyémántszerszámos elületvasalásnál egy adott gömb vagy henger alakú vasalószerszámot nyomunk a vasalandó hengeres munkadarabhoz, miközben egyenes vonalú mozgást végez a orgó mozgást végző munkadarab alkotója mentén. Vizsgálatainknál gyémánt anyagú, gömbelületű vasaló szerszámot alkalmazunk. A elületi tulajdonságokat beolyásoló paraméterek közé tartozik a vasalási előtolás, sebesség, erő, a vasalási ismétlési szám, a vasalórész anyaga, a munkadarab anyaga, a vasaló gyémánt mérete, valamint a kenőanyag [1]. A dolgozatban ezen paraméterek közül a vasalási előtolás, sebesség, erő hengerességre gyakorolt hatását vizsgáljuk és mutatjuk be adott külső hengeres elületű munkadarab vasalása során. A kísérletek megtervezéséhez és végrehajtásához a Taguchi-éle teljes aktoriális kísérlettervet alkalmaztuk, mellyel empirikus összeüggések hatékonyan képezhetők. A hengeresség méréséhez a Gyártástudományi Intézetben lévő Taylor Hobson gyártmányú Talyrond 365 típusú köralak és helyzethiba vizsgálóberendezést használtuk. A mért eredményeket egy speciális viszonyszám képzésével értékeltük ki, s az adott technológiai paramétertartományokon belül a legjobb alakhelyességet szolgáltató paraméter-beállítási értékeket meghatározása céljából. További célunk volt a különböző hengerességi paraméterek összevetése, mért értékeik jellegének összehasonlítása. BEVEZETÉS A gépek működésekor a legnagyobb igénybevétel elsősorban a gépelemek elületét, bizonyos vastagságú elületi rétegét érinti, tehát azok minősége nagy beolyással van őként a kiáradással szembeni viselkedésre, így az élettartamra és üzembiztonságra is. Az iparban jelentős szerepet játszó hideg-képlékeny beejező megmunkálásokkal, ezek közé tartozik a gyémántszerszámos elületvasalás is, hatékonyan csökkenthető a orgácsolt munkadarabok elületek érdessége, növelhető a korrózióval szembeni ellenálló-képessége, a elület-közeli réteg keménysége, illetve javítható a hengeres elületek alakhelyessége [2], [3]. A gyémántvasalás sok esetben hatásosabbnak, hatékonyabbnak bizonyulhat a hagyományos inomelületi orgácsleválasztó megmunkálásoknál (pl. köszörülés, leppelés, polírozás), ezzel időés költséghatékonyabbá téve a megmunkálási olyamatot. Továbbá kis környezetterhelésű vállalatoknál is [4] a környezetbarát olyamat valósítható meg,

2 hiszen anyagleválasztás nem történik, így az eljárás nem igényel nagy mennyiségű hűtő-kenő olyadék alkalmazását. A elületvasalási eljárást gyakran alkalmazzák külső és belső hengeres elületek beejező megmunkálására, ő alkalmazási területei a gépipar, autóipar és a repülési iparág. KÜLSŐ HENGERES FELÜLET GYÉMÁNTVASALÁSA Felületvasaláskor a elület érdességének csökkenését és a elület alakhelyességének javulását a megmunkálandó anyagnál jóval keményebb anyagú szerszám és a vasalandó elület csúszási súrlódásakor végbemenő kölcsönhatása jellemzi [5] (1. ábra). A szerszám anyaga lehet edzett acél, keményém, ásványi kerámia, természetes vagy mesterséges gyémánt. A hidegalakítás megvalósulásához szükséges nyomás a szerszám működő és a munkadarab alakítandó elülete közötti átedés hatására jön létre. Az alakítóelem és a munkadarab elületének statikus érintkezése révén bekövetkezett képlékeny alakváltozás jellemzően 0,01-0,2 mm vastagságú elületi rétegben valósul meg [6], [7], [8]. 1. ábra A vasalási művelet kinematikája [5] Külső hengeres elületek vasalása hagyományos egyetemes-, vagy modern CNC esztergákon végezhető a gyakorlatban. KÍSÉRLETI KÖRÜLMÉNYEK A vasalási műveleteket a Gyártástudományi Intézet műhelyébe telepített OPTIMUM (OPTIturnL-Series 440) gyártmányú síkágyas CNC esztergagépen végeztük (2. ábra) a C60 anyagminőségű Ø49 mm külső átmérőjű 25 mm hosszúságú edzett hengeres próbadarab elületeken. A megmunkálás során alkalmazott polikristályos gyémánt (PCD) anyagú gömb sugara R = 3,5 mm volt. Az alkalmazott kenőolaj kinematikai viszkozitása: = 70 mm 2 /s

3 2. ábra A gyémántvasalási művelet kísérleti megvalósítása [9] A próbadarabok hengerességének mérését a Gyártástudományi Intézetben található Taylor Hobson Talyrond365 típusú köralak- és helyzethiba vizsgáló berendezésen végeztük el [10] (3. ábra). Jelen kísérletsorozatban az induktív szenzor segítségével végeztük a méréseket mind a vasalás előtt, illetve után 3 mmes távolságokban. 3. ábra Talyrond 365 típusú köralak- és helyzethiba mérő berendezés [10] Az analízis alá vont összesen 16 hengerességet jellemző mérőszám közül a működési tulajdonságokat leginkább meghatározó paramétereket határoztuk meg és hasonlítottuk össze. Ezek közé tartoznak (az ISO szabványban szereplő) CYLp és CYLv értékek, melyek a reerencia hengerhez viszonyítva ábrázolják a elület legnagyobb eltérését kiemelkedések (peak) és völgyek (valley) ormájában. A CYLt változása pedig ezen kiemelkedések és völgyek összegzett távolságát adja

4 meg, továbbá a mérés során számszerű értéket kaptunk a CYLtt értékre is, mely a kúposságot mutatja [11], ahogy azt a 3. ábra is szemlélteti. a) b) 3. ábra Hengerességi paraméterek szemléltetése [11] a) CYLp és CYLv, b) CYLtt A kísérletekhez a következő paraméter intervallumokat vettük el, s a későbbiek során meghatározott empirikus képletek is ezen tartományokban érvényesek: Vasalóerő: F 1 = 50 N, és F 2 = 100 N Előtolás: 1 = 0,05 mm/ord és 2 = 0,10 mm/ord Vasalási sebesség: v 1 = 40 m/min és v 2 = 80 m/min A Taguchi-éle aktoriális kísérlettervet [12] használtuk el a kísérleti beállítás variációk meghatározásához, melynek mátrixa a természetes mértékek rendszerében és a dimenzió nélküli (u.n. transzormált) rendszerben az 1. táblázatban található. 1. táblázat A kísérletterv transzormált paraméterei a beállított paraméterekkel Transzormált Vasalási paraméterek Próbadarab paraméterek jele F v x 1 x x 2 3 [N] [mm/ord] [m/min] , , , , , , , ,

5 A hengeresség javulási arányát az alábbi képlettel jellemezzük: ahol: k x100% (1) Dimenzió nélküli javulási viszonyszám, mely jellemzi a vasalás hatására bekövetkező hengerességi paraméter változását. Különböző hengerességi paraméterek. x (jelen vizsgálatoknál) a p, v, t v és tt értékeket veszi el, így megelel a CYLp, CYLv, CYLt és CYLtt) hengerességi paramétereknek. k A hengerességi paraméterek () mért értéke köszörülés után v A hengerességi paraméterek () mért értéke vasalás után Ha értéke 100-nál nagyobb, akkor a paraméter értékében javulás tapasztalható, s minél nagyobb, annál nagyobb mértékű a javulás. A MÉRÉSI EREDMÉNYEK ÉS KIÉRTÉKELÉSÜK A mért kísérleti adatokból kiszámítottuk a javulási viszonyszámok százalékos értékeit, melyeket a 2. táblázatban oglaltuk össze. 2. táblázat A köszörülés és vasalás után mért hengerességi paraméterek és a javulási viszonyszámok számított értékei Próbad. jele CYLp [µm] ρ CYLp [%] CYLv [µm] ρ CYLv [%] CYLt [µm] ρ CYLt [%] CYLtt [µm] K V K V K V K V ρ CYLtt [%] 1 11,33 15, ,71 4, ,04 19, ,67 18, ,56 15, ,97 4, ,53 19, ,81-14, ,93 18, ,53 3, ,46 21, ,58-13, ,16 18, ,57 3, ,72 22, ,27-9, ,98 21, ,34 4, ,33 25, ,96-20, ,63 18, ,60 3, ,23 22, ,97-8, ,37 44, ,04 10, ,40 55, ,35 48, ,66 20, ,78 3, ,44 24, ,19-16,37 74

6 A számított paraméterekből a aktoriális kísérlettervezés módszerének alkalmazásával empirikus képleteket alkottunk (2)-(5). A számításokat és az eredmények szemléltetésére szolgáló axonometrikus ábrák ( ábrák) megrajzolását a Mathcad 15.0 program segítségével végeztük. CYLp 233 2,32F 5, v 0,67F v 3 5,275v 37,2F 0,035F v (2) CYLv 119 2F 2, ,5 v 0,67F v 3 4,05v 30,4F 0,042F v (3) A CYLp értékből képzett 4. ábra javulási viszonyszám változása CYLp 5. ábra A CYLv értékből képzett javulási viszonyszám változása CYLv

7 CYLt 223 2,32F 4, ,5 v 0,69F v 3 5,2v 37,2F 0,037F v (4) CYLtt 966 6,94F 1, v 1,15F v 4 15,475v 63,6F 0,102F v (5) A CYLt értékből képzett 6. ábra javulási viszonyszám változása CYLt A CYLtt értékből képzett 7. ábra javulási viszonyszám változása CYLtt ÖSSZEGZÉS Az elvégzett kísérletek kiértékelt eredményeinek megelelően, az alábbi megállapításokat tettük: A leggyakrabban alkalmazott CYLt paraméterből képzett CYLt javulási tényezőhöz nagyon hasonló eredményeket szolgáltattak a CYLp paraméterekből képzett javulási értékek. Ebből következik, hogy a CYLp

8 vizsgált paraméter tartományokon belül az összegzett hengerességi hibát (CYLt) őleg a kiemelkedések (CYLp) alkotják. A völgyekre jellemző CYLv hengerességi paraméter szempontjából javulás nem volt tapasztalható. Az összegzett hengerességi hibákból (CYLt) és a kiemelkedések okozta hengerességi egyenetlenségekből (CYLp) számított javulási tényezők alapján a legnagyobb mértékű javulást a F 1 =50 N, 2 =0,1 mm/ord és v 1 =40 m/min paraméterekkel végzett vasalás eredményezte. A kúposságra jellemző (CYLtt) értékekből számított javulási tényezők alapján a legnagyobb mértékű javulást a F 2 =100 N, 2 =0,1 mm/ord és v 1 =40 m/min paraméterekkel végzett vasalás eredményezte. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS A kutató munka a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területén működő Innovációs Gépészeti Tervezés és Technológiák Kiválósági Központ keretében valósult meg. A nagyra értékeljük a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal - NKFIH támogatását (OTKA K ). IRODALOMJEGYZÉK [1] VARGA, G., SOVILJ, B., PASZTOR, I.: Experimental Analysis o Sliding Burnishing, Academic Journal o Manuacturing Engineering, Editura Politechnica, Volume 11, 3/2013, pp.: 6-11, ISSN: [2] STALIN JOHN, M. R., SURESH, P., RAGURAMAN, D., VINAYAGAM, B. K.: Surace characteristics o low plasticity burnishing or dierent materials using lathe. Arab J SciEng. (2014) 39, pp.: [3] AKKURT, A.: Comparison o roller burnishing and other methods o inishing treatment o the surace o openings in parts rom tool steel D3 or cold orming, Metal Science and Heat Treatment, Vol. 53, Nos. 3 4, July, 2011 (Russian Original Nos. 3 4, March April, 2011), pp.: [4] POLANKOVA, M., MANLIG, F., KRÁLIKOVÁ, R.: Environmental reporting in the enterprise and related issues, MM Science Journal. October (2015), pp , ISSN [5] AKKURT, A.: Comparison o roller burnishing method with other hole surace inishing processes applied on AISI 304 austenitic stainless steel Journal o Materials Engineering and Perormance (2011), Volume 20, Issue 6, pp , DOI: /s x [6] LUCA, L., NEAGU-VENTZEL, S., MARINESCU, I., Eects o working parameters on surace inish in ball-burnishing o hardened steels. Precision Engineering (Elsevier) 29 (2005) pp.: DOI: /j.precisioneng [7] EL-TAWEEL, T. A., EL-AXIR, M. H.: Analysis and optimization o the ball burnishing process through the Taguchi technique, The International Journal o Advanced Manuacturing Technology (2009) 41: pp , DOI /s [8] VARGA, G. Eects o Technological Parameters on the Surace Texture o Burnished Suraces, Key Engineering Materials, Vol. 581: (2014) Precision Machining VII, pp.: , 2014, ISSN , DOI: / [9] FERENCSIK V. (2013) Gyémántvasalt munkadarab-elületek elületi érdességének 3D-s vizsgálata, Tudományos Diákköri Konerencia, Miskolci Egyetem, 1-34 [10] VARGA G.: Possibility to increase the lie time o suraces on parts by the use o diamond burnishing process, Key Engineering Materials, Vol 686 (2016), pp.: , ISSN: , DOI: / [11] N.N.: Körkörösség mérése, Segédlet, Taylor Hobson Precision, 2013, p.: 34 [12] TAGUCHI, G.: System o experiment design, 1. Experimental design, UNIPUB, Kraus International Publications, White Plains, New York, (1987) ISBN