Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Átírás

1 Budaesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Doktori (PhD) disszertáió Horváth Rihárd Témavezető: Dr. Mátyási Gyula 015.

2 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál TARTALOMJEGYZÉK Köszönetnyilvánítás... 5 Jelölés- és rövidítésjegyzék Bevezetés Célkitűzések... 8 Szakirodalmi áttekintés Alumínium forgásolásának áttekintése Alumínium ötvözetek forgásoló szerszámai A vizsgálatba vont magasságirányú felületi érdesség bemutatása és kutatási eredményei A mért magasságirányú érdességi araméterek bemutatása Magasságirányú érdességi araméterekkel kasolatos kutatások összefoglalása Felületi érdesség Rsk és Rku mérőszámainak bemutatása Toológiai térké definiálása A felületi érdesség Rsk, Rku mérőszámaival kasolatos kutatások összefoglalása Erőmodellek és kutatási eredményeinek összefoglalása Forgásolás közbeni közvetlen erőmérés lehetőségeinek bemutatása Nyúlásmérő bélyeges erőmérők....8 Piezoelektromos elven működő erőmérés lehetősége Anyagok, eszközök és módszerek Kísérletekben felhasznált alaanyagok Kísérletben használt szerszámok Kísérletben használt szerszámgéek EuroTurn 1B CNC gé érdességi vizsgálatokhoz Dougard Eagle 1640 CNC gé erőtani vizsgálatokhoz Kísérletben használt érdességmérő Kísérletterv általános bemutatása és alkalmazhatósága a forgásoláskutatásban Kutatásban alkalmazott kísérletterv Egyedi egyenletek éítése Összevont egyenletek éítése Otimumkeresés Otimum meghatározása numerikus módszerrel Otimum meghatározása kívánatossági függvényekkel Egyéb statisztikai módszerek Mood-féle medián róba Wiloxon-róba Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

3 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 4 Erőmodell kidolgozása finomesztergálás tehnológiájához Erőtani vizsgálatok terve Forgásolási erőmérő tervezése és adatálása finomforgásolás tehnológiájához Erőmérővel szemben támasztott követelmények Erőmérő tervezése simító esztergálásnál felléő kis erőkre Erőmérő kalibrálása Érzékenység beállítása Ellenőrzés az idő függvényében Ellenőrzés és korrekió a méréstartományban Erőmérő tervezésének összefoglalása Eredmények Ra és Rz felületi érdesség araméterek eredményei Alaanyagok hatása az Ra és Rz érdességi araméterekre Egyedi fenomenológiai modellek Összevont fenomenológiai modellek Reziduumok vizsgálata Ra és Rz érdességi araméterek szórásának vizsgálata Otimum ont meghatározása Otimum ont meghatározása numerikus módszerrel Otimum ont meghatározása kívánatossági függvényekkel Otimum ont keresés eredményeinek összevetése, értékelése Otimum ont ellenőrzése A felületi érdesség statisztikai aramétereinek (Rsk, Rku) elemzése Élgeometria hatása a felületi érdesség statisztikai aramétereire Alaanyag hatása a felületi érdesség statisztikai aramétereire Erőtani kísérletek eredményei Fajlagos forgásoló erő modellezése törtkitevős hatványfüggvénnyel Erőmodellek kidolgozása a vizsgált alaanyagokra Erőmodellek összevetése, eredmények értékelése Tézisek Tézis Tézis Tézis Tézis Összefoglalás A disszertáióval kasolatos ublikáiók Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

4 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 9.1 Folyóiratok Könyvfejezet Konferenia kiadványok Irodalom Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

5 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Elsősorban szeretném köszönetemet kifejezni szüleimnek (saládomnak), a folyamatos támogatásukért, türelmükért. Köszönettel tartozom témavezetőmnek, Dr. Mátyási Gyulának, aki elvállalt engem, és a témát. És mindig nagy megértéssel fogadta, ha néha-néha eltűntem vagy késtem. Köszönet illeti Dr. Drégelyi-Kiss Ágota kolléganőmet, aki sokat segített nekem a matematikai kiértékelésben, idejét, energiáját nem sórolva. Fáradhatatlanul válaszolt a legegyszerűbb kérdéseimre is, valamint folyamatosan biztatott a kutatásommal kasolatban. Köszönet illeti Burai Istvánt, Láng Lászlót, Bíró Szabolsot, akik a forgásolási kísérletekben (felületi érdesség) segítkeztek nekem, illetve Csuka Sándort és Nikitsher Tamást, akik a forgásolási erőmérésben voltak nagy segítségemre. Köszönöm Dr. Czifra Árádnak a statisztikai araméterek elemzésében nyújtott segítségét. Köszönöm Pálinkás Tibornak az erőmérő fejlesztésében és adatálásában nyújtott segítségét. Köszönöm Dr. Fábián Rékának a siszolatokban, mikrokeménységmérésben nyújtott segítségét, és a folyamatos bíztató és támogató szavait, valamint Thiele Ádámnak az elektonmikroszkóos (anyag) vizsgálatokban nyújtott segítségét. Köszönöm Dr. Réti Tamásnak a szakmai ublikáiókban és a gondolkodásmódban nyújtott segítségét. Köszönet illeti még a Budaesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Géészmérnöki Kar, Gyártástudomány és -tehnológia Tanszék valamint az Óbudai egyetem, Bánki Donát Géész és Biztonságtehnikai Mérnöki Kar Anyagtudományi és Gyártástehnológiai Intézet valamennyi munkatársát, akik segítségemre voltak a kutatásomban. 5 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

6 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál JELÖLÉS- ÉS RÖVIDÍTÉSJEGYZÉK Jelölések a fogásmélység. mm at atom százalék % b forgásszélesség. mm d Pf Pf kívánatossági függvénye d Ra Ra kívánatossági függvénye d Rz Rz kívánatossági függvénye f előtolás.... mm F főforgásoló erő... N F f előtolás irányú erő... N F asszív (radiális irányú) erő.... N h forgásvastagság... mm h eq közees (ekvivalens) forgásvastagság.. mm k fajlagos forgásoló erő. N/mm k 1.0,1 fajlagos forgásolóerő főértéke (l eff = 1 mm; h eq = 0,1 mm)... N/mm k 1.1 fajlagos forgásoló erő főértéke (b = 1 mm; h = 1 mm)... N/mm l felületi érdesség mérési hossza.... mm l eff működő élvonalhossz.... mm m terhelő tömeg.. g N kísérleti ontok száma n kísérlettervben lévő faktorok szintjei kísérlettervben lévő faktorok száma Pf termelékenységi faktor (rodutivity fator).... m /min Ra átlagos felületi érdesség µm Rku a felület laultsági mérőszáma (kurtosis) R m szakítószilárdság... N/mm Rsk a felület ferdeségi mérőszáma, (skewness) Rz egyenetlenség magasság.... µm Rövidítések CV variáiós koeffiiens (oeffiient of variation) CVD-D kémiai réteg felvitelű gyémánt (hemial vaour deosition diamond) D komozit kívánatossági függvény értéke DOE kísérlettervezés (design of exeriments) HB Brinell keménység HRC Rokwell keménység HV Vikers keménység ISO élgeometria hagyományos élgeometria MDC szintetikus egykristály gyémánt (monorystalline syntheti diamond) MQL minimál kenés (minimum quantity lubriation) PCD olikristályos gyémánt (olyrystalline diamond) RSM válasz felületek módszere (resonse surfae method) tö tömeg százalék... % Wier élgeometria nem hagyományos ún. Wier élgeometria κ r főélelhelyezési szög.. 6 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

7 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 1 BEVEZETÉS A tudományos emberfő mennyisége a nemzet igazi hatalma Széhenyi István Az alumínium (és alumínium ötvözet) gyártmányoknak az utóbbi évtizedekben egyre növekvő a felhasználási területük és felhasználási arányuk. Mind a járműiar, mind a reülőgéiar és a hadászat fokozottan egyre nagyobb arányban használja az alumínium ötvözeteket, számtalan jó mehanikai és kémiai tulajdonságuk miatt. Az alumínium, mint felhasználható nyersanyag (1. ábra) igen előkelő helyen áll. 1. ábra Az elemek gyakorisága a földkéregben Az alumínium termékeknek a befejező megmunkálása (vagy egy-egy kijelölt felületüké) gyakran történik forgásolással. Vizsgálataimat ezért az iarban nagyon gyakran használt Si-vel ötvözött (ún. szilumin) két, nyomásosan öntött tíusán végeztem.. ábra Alumínium-Szilíium fázis digrammja ([53] alaján) A 1,6%-os ötvözeteket (. ábra) eutektikusnak míg az ennél nagyobb Szilíium tartalmú alumíniumötvözeteket hiereutektikusnak mondjuk. Az eutektikus ötvözet kitűnik kiváló önthetőségével, a hiereutektikus ötvözetek edig kitűnnek jó szilárdsági tulajdonságaikkal, nagyobb kifáradási határaikkal és kiváló koásállóságukkal. Forgásolást megnehezítő körülmény az, hogy míg az alumínium könnyen forgásolható, lágy és kélékeny anyag, addig a Si-tartalom növelésével növekszik az ötvözet kotató hatása és fokozódnak a megmunkáláskor felléő nehézségek. Az alumínium mátrixba ágyazódó rimér szilíiumkristályok ugyan törékenyebbé teszik a forgásot, azonban e kemény részeskék jelenléte megnehezítik a 7 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

8 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál forgásolást. Amennyiben a rimér Si-részeskék a forgásolási zónában találkoznak a szerszám élével, keménységük révén megakadályozzák a jó minőségű felület kialakulását is. Ezért a forgásolhatóság vizsgálata, a felületi érdesség minimalizálása, a zavaró körülmények ellenére, az alumínium lágyságából és a rimér szilíium keménységéből adódó roblémák miatt najainkban is egyre fontosabb. Az alumínium forgásolására az utóbbi években szinte kizárólag gyémánt szerszámokat használnak (esetleg nagyon jól élezett, olírozott keményfém szerszámok jöhetnek még szóba). Gyémánt élanyagok közül megjelentek a hagyományos PCD szerszámok mellett az úgynevezett CVD-D élanyagú (kémiai rétegfelvitellel felvitt gyémántrétegű), illetve az MDC egykristályból növesztett gyémánt szerszámok. A szerszámok élkikézésénél is komoly innováió történik. Ezért dolgozatomban korszerű, a fenti három élanyag és kétféle élgeometria kombináióiból származtatható szerszámok forgásolókéességét vizsgáltam. 1.1 Célkitűzések Célkitűzéseim között szereel, a két vizsgálatba vont alaanyag forgásolhatósági vizsgálatai és a felhasznált szerszámok forgásoló kéességének vizsgálata, ami részletesebben az alábbiakat jelenti: - Az iarban gyakran használt Ra és Rz érdességi araméterek vizsgálata, azok beslésére fenomenológiai modellek éítése, mely a (szokásos) forgásolási aramétereken kívül a szerszám élanyagot és az alaanyagokat is tartalmazza, mint minőségi változó. - Ha van az alaanyagok forgásolhatósága között különbség (l.: Ra, Rz értékek között) annak felderítése. - Gyártáskor nem elég éldául a felületi érdesség minimalizálására törekedni, élszerű annak szórását is sökkenteni (ún. robosztus tervezés). Ezért vizsgálataimat kiterjesztem a mért érdességi araméterek szórásának vizsgálatára is; - A felületi érdesség statisztikai mérőszámai (Rsk, Rku) nagyban befolyásolják a működő felületek tribológiai tulajdonságait. Ezért vizsgálataimat kiterjesztem a felületi érdesség statisztikai mérőszámainak elemzésére is. Arra keresem a választ, hogy van-e szignifikáns hatása valamely bemenő araméternek a felületi érdesség statisztikai aramétereire. - A toológiai térkéen a szakirodalom (9. ábra) a különböző gyártási tehnológiák által gyártott felületeket jól elhatároltan definiálja. Ezek alaján arra is keresem a választ, hogy vajon finomesztergálás körülményei között eltérő élanyagú és élgeometriájú szerszámok használatával, hogyan alakul a toológiai térké elhelyezkedése, viselkedése. - A felületi érdesség statisztikai aramétereinek szórásának elemzése, szintén a vizsgálataimnak egyik élja. - Finomesztergáláskor mikor a fogásban lévő élszakasz a súsugárnál kisebb, vagy ahhoz mérhető, a forgáskeresztmetszetet nem lehet a hagyományos h és b (0. ábra) araméterrel definiálni. Ezért élom annak vizsgálata, hogy hogyan lehet a súsugárral összevethető fogásmélységeknél kialakuló forgáskeresztmetszetet ontosabban meghatározni (1. ábra). - Finomesztergálás körülményeire (a vizsgált alaanyagoknál) olyan erőmodell éítése, mely a finomesztergálásra jellemző deformálatlan forgáskeresztmetszet (és azokra jellemző) méretekkel számol. 8 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

9 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál - Az erőmodell validálására egy seiális alumínium finomesztergálás tartományát átfogó, háromkomonenses erőmérő rendszer tervezése, ellenőrzése, és a tehnológiához való adatálása. 9 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

10 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál SZAKIRODALMI ÁTTEKINTÉS.1 Alumínium forgásolásának áttekintése Az alumíniumötvözetek leggyakrabban az alábbi módon soortosíthatók [8][44][50]: - színfém minőségűek; - szilárd oldatos ötvözetek; - nemesíthető ötvözetek; - öntészeti ötvözetek. Kélékenyen kitűnően alakíthatók a színfém minőségűek és emellett kiváló villamos vezető tulajdonsággal rendelkeznek. Felhasználásuk l. fóliagyártás, ill. villamosvezetékek területén történik. Tulajdonságaik a szennyezők méretétől és mennyiségétől függnek. A leggyakoribb szilárd oldatos ötvözetek az AlMn és AlMg ötvözetek. A szilárdságuk az ötvözés mértékével növelhető, mely elérheti a lágyaélok alsó határát is (R m = MPa). Az ötvözés mértékével viszont a villamos vezetőkéességük és alakíthatóságuk romlik. A nemesíthető alumínium ötvözetek közé tartoznak l.: AlCu, AlMgSi, AlZuMg és AlLiMg ötvözetek. Hőkezeléssel igen jó mehanikai tulajdonságok érhetőek el (R m = MPa). Az eutektikum jelenléte miatt az öntészeti (ahogy a nevében is benne van) ötvözetek kiválóan önthetők. Ilyen ötvözetek l.: AlSi, AlCu, AlMg, AlZu. A legelterjedtebb közülük az AlSi (szilumin, melyek forgásolhatóságával munkám során foglalkoztam). A szilárdság Si tartalommal növekszik. Az Fe sökkenti a szilárdságot, káros hatását az Mn-val lehet ellensúlyozni. A hiereutektikus összetételekben a riméren kristályosodó Si növeli az ötvözet koásállóságát, és sökkenti az ötvözet hőtágulását. Az alumínium alkatrészek befejező megmunkálása legtöbbször forgásolással történik. Az alumíniumötvözetek viszonylag kis szilárdságuk és kedvező hőtani tulajdonságaik miatt jól forgásolhatók, de az egyes ötvözetek forgásolhatósága nagyon eltérő lehet. Például a 1,6%- nál nagyobb szilíiumtartalmú sziluminokat hiereutektikusnak mondjuk, amelyek mindegyike jó szilárdsági tulajdonságával, nagyobb kifáradási határával és kiváló koásállóságával tűnik ki. Forgásolást megnehezítő körülmény az, hogy míg az alumínium könnyen forgásolható, lágy és kélékeny anyag, addig a Si-tartalom növelésével növekszik az ötvözet kotató hatása és fokozódnak a megmunkáláskor felléő nehézségek. Az alumínium mátrixba ágyazódó rimér szilíiumkristályok ugyan törékenyebbé teszik a forgásot, azonban e kemény részeskék jelenléte az erős adhézió és kémiai reakiók, valamint az Al-Si ötvözetekkel szembeni alasony koás-ellenállási kéesség következtében éldául a keményfémlaka esetében gyors koáshoz vezet. (Ezért is, az alumínium ötvözetek forgásolását najainkban gyémánt szerszámmal javasolt végezni.). Az alumínium ötvözetek forgásolásának előnyei és hátrányai (3. ábra) ezért komromisszumot követelnek a forgásolás tehnológiájával szemben. 10 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

11 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 3. ábra Az alumínium ötvözetek tulajdonságai a forgásolhatóság szemontjából ([50] alaján). Alumínium ötvözetek forgásoló szerszámai Alavetően az alumínium ötvözetek forgásolására három szerszámsoort használható jellemzően: a gyorsaél, a keményfém, és a gyémánt szerszámok. A gyorsaél szerszámok felhasználása najainkban teljesen kiszorult az alumínium forgásolására használt szerszámok közül a gyors elhasználódása és az élrátétre való hajlama miatt. A keményfém szerszámok közül a K (K01 - K0) jelűeket használják alumíniumötvözetek forgásolására. Ez a keményfém soort magas WC tartalmú, jó szilárdsági tulajdonságokkal és finomszemsés szerkezettel rendelkezik. A TiC tartalmú keményfémek a TiC és az Al közötti nagy affinitás miatt nem alkalmasak Al ötvözetek megmunkálására. [50]. Az utóbbi években az alumínium ötvözetek forgásolására legalkalmasabb szerszám soort a gyémánt szerszámsalád. Finommegmunkálásokhoz, ma főleg mesterséges PCD (olikristályos gyémánt) CVD-D (kémiai réteg felvitelű gyémánt), illetve magas ára miatt nem elterjedt MDC (egykristályos gyémánt) szerszámokat alkalmaznak. Taasztalatok szerint a gyémántszerszámokkal végzett alumíniumötvözetek forgásolásakor a hagyományos koási kritériumok nem játszanak szereet [30]. Mérhető klasszikus szerszámkoás (l.: hátkoás) többórás forgásolás után sem jelentkezik. Élkoás (éllekerekedés változás) és súskoás taasztalható, hosszú forgásolási idő után, ezek hatása (l.: a felületi érdességre) ma komoly kutatási terület a gyémántszerszámok felhasználásánál..3 A vizsgálatba vont magasságirányú felületi érdesség bemutatása és kutatási eredményei.3.1 A mért magasságirányú érdességi araméterek bemutatása Az Ra átlagos felületi érdesség araméter az [80] [36] érdesség minősítésére leggyakrabban (iarban is) használt jellemző. Az Ra a tényleges rofil és a közévonal közti y i távolságok abszolút értékének számtani átlaga (4. ábra). Meghatározható az alábbiak szerint: 11 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

12 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 1 Ra l l 0 y( x) dx (1) 4. ábra Az átlagos felületi érdesség értelmezése ([3] alaján) A négyzetes közéérték (Rq) [13] [36] teljesen megegyezik az átlagos érdesség tulajdonságaival. A különbség abban áll, hogy egy sokkal érzékenyebb araméterről van szó. Meghatározásában a közévonaltól való eltérés a négyzeten szereel: Rq 1 l l 0 y ( x) dx Az érdesség magasság (Rz) a kiugró értékekre (völgyek, súsok) sokkal érzékenyebb, mint az Ra araméter. Az Rz mért hosszon az öt legmagasabb sús és az öt legmélyebb völgy (5. ábra) távolságának átlaga [3] [36]: Rz i vi (3) n i 1 i 1 () 5. ábra Az egyenetlenség magasság értelmezése ([3] alaján) A rofil legnagyobb súsmagassága (R) és legmélyebb völgymélysége (Rv) amely az alahosszon értelmezett legmagasabb súsot illetve a legnagyobb völgy mélységét jelenti a közévonaltól (6. ábra) [36]. 6. ábra A maximális súsmagasság és a maximális völgymélység értelmezése ([3]alaján) 1 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

13 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál.3. Magasságirányú érdességi araméterekkel kasolatos kutatások összefoglalása A forgásolt felületek egyik komoly minőségi kritériuma (l.: a geometriai méretek és tűrések mellett) a felületi érdesség. Ilyen az iarban is gyakran használt két fontos érdességi araméter az Ra és Rz. Ezeknek az érdességi aramétereknek gyártás előtti beslése komoly kutatási terület najainkban (is). Számos kutatás tanulmányozza (különböző alaanyagok és szerszám anyagok árosításánál) a forgásolási araméterek és a felületi érdesség közötti kasolatot kísérletterv (DOE) segítségével. Ebben a fejezetben a kísérletterv alaján végzett érdességi kutatások főbb eredményeit ismertetem a felhasznált alaanyagok szerint soortosítva. Üvegkerámia forgásolhatóságát (Maor) vizsgálta esztergáláskor Dabnum és társai [14], bevonatolatlan szerszámmal (laka kód: TNMG QM, TNMG331-QM) száraz körülmények között kísérletterv segítségével. Vizsgálataikat úgynevezett 3 -os terv entrál komozit terv (CCD) alaján végezték, 1 mérési ontban. Bemenő független araméterként a forgásolási aramétereket változtatták (forgásoló sebesség v, előtolás f, fogásmélység a ). Minden kísérleti ontban mérték a felület Ra értékét. Ra felületi érdességi araméter beslésére emirikus modellt éítettek, mely a bemenő araméterektől függ. Fém mátrixú komozit (MMCs) esztergálási kísérletét végezte el Davim [15] PCD szerszámmal. Vizsgálatai során L 7 kísérlettervet (Taguhi módszert) használt. A forgásolási araméterek mellett a forgásolási idő t is bemenő araméter volt. Olyan emirikus egyenletet éített az Ra beslésére, melyben a forgásolási aramétereken kívül a szerszám forgásolásban töltött ideje is szereel. Ezzel az egyenlettel (a szerszámkoásból adódó), forgásolási idővel változó érdesség is számítható. Szintén fém mátrixú komozit (MMCs) anyagot vizsgált Kök [43]. A vizsgált anyag alumínium ötvözet 7,3% és 3,3% Al O 3 -al erősítve. Az esztergálási kísérletekhez felhasznált szerszámok kódjai: CCMT09T308-F1 és CCMT09T Az egyik szerszám K10-es keményfém TiN bevonattal, míg a másik P30-as keményfém bevonatos szerszám. A vizsgálatok során úgynevezett L 8 -as Taguhi tervet alkalmazott A vizsgált szerszámok által gyártott érdességek beslésére külön-külön egyenleteket éített és megállaította, hogy a K10-es szerszámmal gyártott felületi érdesség értékek nagyobbak voltak, mint a P30-as szerszám esetében. Számos kutató foglalkozott keményesztergáláskor előállítható felületi érdességek vizsgálatával, azok beslésével. Aouii és társai [5] kemény AISI H11 aélt munkált meg CBN szerszámmal. Olyan modellt éítettek Ra beslésére (9 mérési ontból) amiben a forgásolási aramétereken kívül a munkadarab keménysége is szereel. Vizsgálataikból bizonyították, hogy az előtoláson kívül a munkadarab keménységnek is szignifikáns hatása van a felületi érdességre. Szintén Aouii és társai [4] egy másik kutatásukban AISI D3 szerszámaél (keménység: 60 HRC) forgásolhatóságát vizsgálták keményesztergálás körülményei között TiN bevonatos kerámia szerszámmal (laka kód: SNGA10408; összetétel: 70% Al O 3 és 30% TiC). A felületi érdességi vizsgálataik 3 3 -onos faktoriális kísérletterven alault, ahol a kereszthatások is kiértékelhetőek voltak. Az érdességi araméterek mellett, mérték a forgásolási erőt és a felvett teljesítményt. Kutatásukban olyan otimumot kerestek ahol az érdesség, a forgásolási erő és a teljesítmény is egyidejűleg a legkisebb. Hessainia és társai [34] 4CrMo4 aélt (56 HRC) vizsgáltak keményesztergáláskor száraz körülmények között. Az általuk felhasznált szerszám bevonatolatlan kerámia (kód: SNGN T0100, összetétel: 70% Al O 3 és 30% TiC). A forgásolási kísérleteket L 7 -es Taguhi terv alaján készítették. Bemenő araméterek a forgásolási araméterek, illetve a szerszámrezgés voltak, kimenő araméterek edig az érdesség Ra és Rz értékei. Felületi érdesség beslésére olyan egyenletet hoztak létre ahol a forgásolási aramétereken kívül a szerszám rezgése is szereelt. Vizsgálataikban olyan otimum ontot 13 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

14 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál határoztak meg, ahol a felületi érdesség és a rezgés minimalizálása volt a él. Megállaították, hogy az előtolásnak van szignifikáns hatása, majd a forgásoló sebességnek a felületi érdességre, míg a fogásmélység és a szerszám rezgés jelentősége elhanyagolható. AISI 4340 aélt (48 HRC) vizsgáltak keményesztergálás körülményei között Suresh és társai [7] CVD eljárással bevonatolt (TiN/MT-TiCN/Al O 3 ) szerszámmal (kód: CNMG 10408). Vizsgálataikban 108 kísérleti ontból álló mérést hajtottak végre, hogy besülni tudják az Ra értékeket. Bemenő araméter volt a forgásolási aramétereken kívül a forgásolásban eltöltött idő. Olyan emirikus modellt hoztak létre, melyben a forgásolósebesség, előtolás, fogásmélység aramétereken kívül a szerszám forgásolásban eltöltött ideje is szereel. Így hasonlóan Davim [15] kutatásához, olyan modellt alkottak, melyben a forgásolási időtől (szerszám koástól) is függő érdesség is számítható, bár azt is megállaítják, hogy a forgásolási időnek nem volt nagy hatása a felületi érdességre. Ugyanez a szerző és társai [73] ezt az anyagot (AISI 4340) másik tanulmányukban egy 7 mérési ontból álló kísérlettervel vizsgálták. Asilturk és Akkus [6] AISI 4140 aélt (51 HRC) vizsgáltak keményesztergálás körülményei között TiC bevonatos Al O 3 kerámia szerszámmal (kód: WNMA ). Kutatásaik L 9 -es Taguhi terven alaultak, és éljuk volt az Ra és Rz araméterek minimalizálása. Korrózióálló aéloknál is komoly kutatások folynak a felületi érdesség témakörében. Asiltürk és Neseli [7] egy másik tanulmányukban AISI 304 ausztenites korrózióálló aélt esztergáltak bevonatolatlan szerszámmal (SNMG PP) száraz forgásolási körülmények között. 7 ontból álló 3 3 kísérleti tervet hajottak végre. Emirikus egyenleteket állítottak fel, mellyel besülhető az Ra és Rz várható értéke a kísérletben használt forgásolási araméter tartományon. Venkata és társai [63] szintén AISI 316 korrózióálló aél forgásolhatóságát vizsgálták (ennek az aélnak a korrózióállósága megfelel a hajó iar követelményeinek) PVD eljárással bevonatolt keményfém szerszámokkal, melyek kétféle sússugárral rendelkeztek (r ε = 0.8 mm - DNMG és r ε = 0.4 mm - DNMG150604) furatesztergálás közben száraz körülmények között. Vizsgálataikban L 8 -as Taguhi tervet használtak, ahol változó bemenő araméterek voltak két szinten: a forgásolósebesség v, az előtolás - f, és a sússugár - r ε. Kimenő araméterként mérték a felületi érdesség Ra araméterét, a szerszám hátkoását és a munkadarab rezgését. Neurális hálót alkalmaztak, hogy besülni tudják az érdességet a szerszám koást és a munkadarab rezgését. Ezek a vizsgálataik lehetővé teszik, hogy még időben kiseréljék a szerszámot a felületi érdesség megfelelő értéke érdekében. Hagyományos szén aélok forgásolásakor vizsgálta (széleskörű felhasználásuk miatt) Correia és Davim [18] hagyományos (ISO) és nem hagyományos (úgynevezett Wier) szerszám geometriák érdesség előállító kéességét AISI 1045 (07 HB) esztergáláskor. A vizsgálathoz kétféle sússugarú (0,4 and 0,8 mm) lakát használtak (hagyományos, ISO élgeometria: CNMG10404 PF és CNMG PF; valamint nem hagyományos Wier élgeometria: CNMG10404 WF és CNMG WF) és 9 mérési ontból álló kísérlettervet határoztak meg. Kutatásaikból rávilágítottak arra, hogy a Wier geometria kisebb érdességet állít elő azonos előtoláson összehasonlítva a hagyományos geometriával és Wier geometriával még viszonylag magas előtolás értéken is (f = 0,5 mm) is lehetséges az Ra értékén 0,8 µm alatt tartani. Szintén szén aél AISI 1045 forgásolhatóságát vizsgálta Hwang és Lee [35] bevonatos (laka kód: CNMG FG) ISO geometriájú K10-es keményfém szerszámmal minimálkenés (MQL) és árasztott körülmények között kísérletterv segítségével. Eredményeikben a felületi érdesség beslésére külön külön emirikus egyenleteket állítottak fel a forgásolás körülményeire (Ra árasztott, Ra minimálkenés ). Otimumot határoztak meg a forgásolási érő és a kívánt érdesség függvényében, majd eredményeikben, megállaították, hogy a minimálkenésnek (érdesség és forgásolási erő szemontjából) több az előnye, mint az árasztásos forgásolásnak. Chinhanikar és Choudhury [11] kétféle keménységű (35 és 45 HRC) AISI 4330 aél forgásolhatóságát vizsgálták esztergálás körülményei között CVD bevonatos (TiCN/Al O 3 /TiN) szerszámmal 14 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

15 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál (CNMG KC9110). Kísérleteikben entrál komozit kísérlettervet alkalmaztak mely 0 mérési ontból állt. Két emirikus egyenletet éítettek (a két különböző keménységű anyagra) Ra beslésére. Vizsgálatukban kiemelték, hogy a felületi érdességre legnagyobb hatással az előtolás volt, illetve olyan otimumot kerestek (forgásoló sebesség, előtolás, fogásmélység szemontjából) ahol egyidejűleg minimalizálható a felületi érdesség és forgásolási erő is. Mankova és társai [49] forgás deformáiót vizsgálták bevonatos és bevonatolatlan szerszámmal fúrás tehnológiájánál. Kísérleteiket úgynevezett L 9 -es Taguhi módszerre alaozták, és olyan emirikus modellt éítettek a felületi érdesség beslésére, amelyben forgásolási araméterek bemenő araméterként szereeltek. Zebala és Kowalzyk [84] WC-Co keményfém forgásolhatóságát vizsgálták PCD szerszámmal (TNGA ). A vizsgálat alaanyag Co tartalma 10, 15 és 5% volt. Vizsgálataikat L 9 -es Taguhi terv szerint készítették el. Kétféle emirikus modellt éítettek a felületi érdesség beslésére, az első modell az úgynevezett törthatványkitevős modell, míg a másik a válaszfelületek módszerén alauló olinomiális egyenlet. Műszaki műanyagok befejező megmunkálása történhet forgásolással, így azok forgásolhatósági kutatása is egyre fontosabb najainkban. L 7 -es Taguhi módszert használtak Lazarevi és társai [47] oliamid (PA-6) esztergálási vizsgálataikban. Két különböző sússugarú H10-es keményfémlakát alkalmaztak (kódjaik: VCGX AL; VCGX AL). Vizsgálataikból megállaították, hogy a felületi érdességre legnagyobb hatással az előtolás volt, a súsugár hatása kevésbé volt fontos, míg a forgásolósebességnek egyáltalán nem volt szignifikáns hatása. Összegezve elmondható, hogy a különféle anyagok forgásoláskutatása najainkban jól megválasztott kísérlettervvel történik..4 Felületi érdesség Rsk és Rku mérőszámainak bemutatása A ferdeségi mérőszám Rsk (skewness) araméter a rofil magasságeloszlás-függvényének alakját - a közévonalhoz viszonyított aszimmetriáját jellemzi [36]. Meghatározása: 1 3 Rsk y ( y) dy (4) 3 Rq Amennyiben a mért felület rofil súsai nagyobbak, mint a völgyek mélységei, akkor a felület ozitív ferdeségű. Ha azonban a völgyek mélyebbek a súsok nagyságnál, akkor a ferdeség negatív (7. ábra). A negatív skewness értékek azt jelzik, hogy a megmunkált felületi textúra jó teherviselő kéességű és koásállóbb. Ez a araméter nagyon fontos műszaki és a gyakorlati jelentést hordoz a valós működő felületekről. 7. ábra A felületi érdesség ferdeségének értelmezése ([3] alaján) 15 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

16 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Az laultsági mérőszám Rku (kurtosis), az érdességi rofil (magasság irányú) ordinátáinak statisztikai másodrendű momentuma, (az amlitúdók eloszlásgöbéjének hegyességét vagy súsosságát jelzi) [36], amely előnyösen használható fel a forgásolt felület koási viselkedésének előrejelzésére. Ha az Rku = 3, az eloszlásgörbe Gauss. Ha Rku > 3, az egymáson elsúszó felületeket intenzív koás jellemzi majd. Ha Rku < 3, a felületi egyenetlenségek eloszlása sokkal kedvezőbb (8. ábra). Ekkor a felület jellegére az mondható el, hogy telt rofilú. Meghatározása: 1 4 Rku y ( y) dy (5) 4 Rq 8. ábra A felületi érdesség laultságának értelmezése ([3] alaján).4.1 Toológiai térké definiálása A toológiai térké egy Rsk - Rku síkon ábrázolt ontsor, amely a gyártott felület mért érdességének skewness és kurtosis aramétereit adja meg. A különböző forgásolási tehnológiával készült felületek Rsk és Rku összetartozó értékei a forgásoló tehnológiától függő soortokat alkotnak (9. ábra). Eltérő tehnológiával gyártott felületek különböző Rsk Rku értékekkel rendelkeznek. különböző forgásolási eljárásokkal készített felületek toológiai térkée ([81] alaján) eltérő Rsk Rku értékekkel rendelkező felületek [S] 9. ábra A toológiai térké és eltérő ferdeséggel és laultsággal rendelkező felületek 16 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

17 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál A felület laultsági és ferdeségi jellemzői nagyban befolyásolják a működési tulajdonságokat, a toológiai térké a következő sajátosságokkal rendelkezik: - Rsk-Rku koordináta-rendszerben ábrázolva az értékeket, minél jobbra és feljebb van a felület textúrájának egyidejűleg mért Rsk-Rku araméter értéke, (várhatóan) annál kedvezőtlenebbek a felület (előbb említett) működésbeli tulajdonságai, - minél inkább balra és lejjebb helyezkedik el a mért felület textúrájának Rsk-Rku araméterárosa, annál kedvezőbbek a működés közben megfigyelhető tulajdonságai, - az egyes forgásolási eljárásváltozatok (esztergálás, marás, köszörülés, szikraforgásolás stb.) szerfelett különböző, de behatárolható tartományokba eső értékeket rodukálnak [81]..4. A felületi érdesség Rsk, Rku mérőszámaival kasolatos kutatások összefoglalása Műszaki felületek tribológiai tulajdonságai összefüggésben vannak a felület mikrogeometriájával [1]. Számos kutató talált kasolatot az érdességi rofilok statisztikai araméterei (Rsk, Rku) és a felület működési tulajdonságai között. Több kutatás is foglakozott a forgásolt felületek toológiai térkéének vizsgálatával, és az eltérő Rsk Rku értékekkel rendelkező felületek tribológiai viselkedésével. Grzesik és Zak, [8] 41Cr4 (AISI 5140) 60±1 HRC keménységű aélt esztergáltak kerámia szerszámmal (melyek ISO és Wier geometriával rendelkeztek), illetve esztergálás után a felületet szuerfiniselték és görgőzték. Az így előállított felületi érdességet vizsgálták többek között a felületek Rsk - Rku értékeit is. A különböző tehnológiával előállított felületek Rsk Rku értékét elhelyezték a toológiai térkéen. Megfigyelték, hogy a jobb teherbírási tulajdonságokkal rendelkező felületet (negatív Rsk érték és magas Rku érték) Wier szerszámmal történő keményesztergálás utáni szuerfiniselés tehnológiája adta. Waiker és Guo [77] AISI 5100 aélt (61-6 HRC) esztergáltak (CBN szerszámmal) és köszörültek (Al O 3 anyagú koronggal). Munkájukban a felület ferdeségi és laultsági mérőszámával is foglalkoztak. Negatív skewness értékeket sak köszörülés tehnológiájánál katak, amely jó kenőanyag megtartásra utal, és a javuló teherviselési tulajdonságokra lehet következtetni. Nagyobb kurtosis értékeket katak köszörülésnél, mint esztergálásnál (szakirodalomnak megfelelően), bár az értékei igen közel voltak egymáshoz és három körüli értéknél (,88 3,19), mely azt jelenti, hogy a felület laultsága közel Gaussi eloszlású, a felületek kevésbé súsos jellegűek. A toológiai térkéek eltérő soortjaiból adódik, hogy különböző tehnológiával gyártott felületek működés közbeni viselkedése is eltérő. Ezen összefüggések már régóta ismertek. Fúrt felületek statisztikai aramétereit vizsgálta Stout [71]. Arra a megállaításra jutott, hogy tribológiai viselkedés miatt a negatív Rsk érték kívánatos. Ezen vizsgálatok igazolása és ontosítása najainkban is fontos kérdésként szereel. Sedlaek és társai több tanulmányban végeztek vizsgálatokat, amelyben koás, súrlódás és a felületi érdesség statisztikai araméterei között keresetek összefüggést. Vizsgálataikban rámutattak arra, hogy a legdominánsabb araméter az Rsk és Rku érték. Ahol legkisebb volt az Rsk érték és legnagyobb az Rku értéke ott katák a legkisebb súrlódást [68]. Vizsgálataikat kiterjesztették az ún. 3D-s felületi érdességi araméterek vizsgálatára is. Ebben a vizsgálatban is jó korreláiót véltek felfedezni az felület tribológiai viselkedése és annak statisztikai araméterei között. A felület 3D-s aramétereinél is, olyan megállaítást tettek, hogy a legdominánsabb araméter a ferdeség (skewness) a koás szemontjából. A 3D-s aramétereik vizsgálatakor is ott katak kisebb súrlódási értéket, ahol az skewness értéke alasony és kurtosis értéke magas volt [67]. 17 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

18 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál A vizsgálatok alumínium anyagok esetén is hasonló eredményekre vezettek. Pradee és társai [51] ikkükben %-os tiszta alumíniumot kotattak 080 M40 aélon. Vizsgálataiból negatív korreláiót állaított meg az Rku és a súrlódás változása között, illetve gyenge ozitív korreláiót az Rsk és súrlódás variáiós együtthatója között. A súrlódási és koási folyamatok mellett ezen statisztikai araméterek hatással vannak egyéb működési tulajdonságokra is. Novovi és társai, [58] a felületi érdesség hatását vizsgálták a kifáradásra. Rámutattak, hogy mely érdességi aramétereknek van bizonyítottan hatása. Ebből a szemontból vizsgálataikban kiemelték a skewness és kurtosis értékeket, melyek egyre nagyobb figyelmet kanak, mint leíró jellemzők a kifáradással kasolatban. Mindezek alaján kijelenthető, hogy a forgásolt felületek minősítését élszerű kibővíteni ezen araméterek vizsgálatával. Fontos annak feltérkéezése, hogy mely tehnológiai araméterek milyen hatással vannak ezekre a jellemzőkre, illetve szükséges annak ismerete, hogy ezen araméterek milyen mértékben használhatók különböző anyagok és tehnológiák jellemzésére..5 Erőmodellek és kutatási eredményeinek összefoglalása A forgásoló erőmodellek sok évtizedes múltra tekintenek vissza. A forgásoló erőmodellek (10. ábra) alavetően emirikus, és mehanikai analógia (analitikus) alaján származtathatók. Az erőtani vizsgálatok egyértelmű első úttörője volt Merhant [5] akinek szabadforgásolásra kidolgozott modelljét számos felsőoktatási tankönyv a mai naig használja [54][][17][55]. 10. ábra A főbb forgásolóerő modellek ([6] alaján) A másik gyakran használt erőmodell kötött forgásolásra Kienzle [41] modellje, amelyet szintén kutatnak és oktatnak mai naig [54][][17]. Kienzle bevezette az úgynevezett k fajlagos forgásoló erőt (és a k 1.1 fajlagos forgásoló erő főértékét), mindhárom erőkomonensre. A fajlagos forgásoló erő szoros kasolatban áll a forgás h és b méretével (0. ábra). Kienzle modellje megfelelő konstansokkal és k értékekkel (és ha szükséges módosító tényezőkkel) a mai naig jól használhatóak nagyoló tehnológiához. Dolgozatomban Kienzle modelljét adatálom finomesztergálás tehnológiájára. Számos kutató foglalkozott Kienzle modelljének ontosításával. Günay és társai [9] a homlokszög hatását vizsgálták (Kienzle modellje alaján) a főforgásoló erőre (F ) AISI 1040 aél esztergálásánál. A homlokszöget nyol szinten (γ o = - 5 1,5 között) változtatták. A felhasznált szerszám P0-as keményfém (laka kódok: SCMW 1M508-SF; SCMT 1M508-S3X7). A forgásolási araméterek közül az előtolást és a fogásmélységet konstanson tartották, míg a forgásolósebességet öt szinten változtatták. Vizsgálataikban közel lineáris kasolatot véltek felfedezni a homlokszög növekedése és a 18 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

19 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál forgásoló erő sökkenése között. A forgásoló sebesség változásnak viszont kis hatása volt a forgásoló erőre. Munkájukban kidolgoztak egy homlokszögtől függő helyesbítő tényezőt, mellyel a Kienzle modell ontosítható a homlokszög függvényében. Saglam és társai [66] szintén Kienzle modellje alaján meghatározott forgásolási erőt vizsgálták szintén AISI 1040 aélon. Vizsgálataikban négy szinten változtatták a homlokszög értékét (γ o = 0 0º), négy szinten a szerszám főél elhelyezési szögét (κ r = 45 90º) és szintén négy szinten a forgásolósebesség értékét (v = m/min), míg a fogásmélységet és az előtolást konstans értéken tartották. A vizsgálatba vont szerszám kódja: WCMT FR ES - P5M. Kísérleteik során mérték a forgásoláskor felléő erő három komonensét, és a hőmérsékletet. Munkájukban megállaítják a vizsgálati bevonatolatlan szerszám, AISI 1040 munkadarab árosítás k 1.1 értékét, illetve az otimumát a homlokszögnek és a főélelhelyezési szögnek. Suresh és társai [73] AISI 4340 aél esztergálásának erőtani viszonyait vizsgálták CVD (kémiai réteg felvitelű) bevonatos (TiC/TiCN/Al O 3 ) keményfém szerszámmal. Eredményeik alaján lineáris egyenleteket katak a forgásoló erő eredője és a fajlagos forgásoló erő számítására. Azt is megállaították, hogy a forgásolóerőre és a fajlagos forgásolóerőre legnagyobb hatással van az előtolás, ezt követi a fogásmélység, míg a forgásolósebesség legkevésbé volt befolyásoló tényező. Rao és társai [6] kutatásukban AISI 1050 nemesített állaotú aél (keménység: 484 HV) esztergálását vizsgálták, kerámia szerszámmal (Al O 3 +TiC; - KY1615 -). Emirikus kéletekkel írták le a fő hatásokat, a forgásoló erőre a beállított adatok szignifikania vizsgálatát is elvégezték, illetve az otimumról tettek megállaításokat. Az utóbbi években számos kutató foglalkozott a keménymegmunkálás erőviszonyainak vizsgálatával. Aouii és társai [5] éldául különböző keménységű (40, 45 és 50 HRC) AISI H11 aél esztergálását végezték olikristályos köbös bórnitrid (CBN) szerszámmal. Az egyes erőkomonensek számítására olyan másodfokú egyenletet használtak, amelyben a szokásos adatokon (v, f, a ) kívül a munkadarab HRC keménysége is szereel. Vizsgálataikból az is kiderült, hogy az erő komonensekre a forgásolósebességnek volt a legkisebb hatása. Szintén keményesztergálás vizsgálatát végezték Lavlani és társai [46]. Kutatásukban MDN50 anyagot (amely megfelel a 18Ni(50) maraging aélnak) bevonatos kerámia szerszámmal (TNMA S CC6050) esztergáltak. A három mért erőkomonensre lineáris modellt hoztak létre, majd ők is megállaították, hogy a legnagyobb hatása a forgásolóerőre az előtolásnak és a fogásmélységnek volt, míg a forgásolósebesség nem volt hatással. Bouaha és társai [9] AISI 5100 saágyaél (64 HRC) keményesztergálását végezték CBN szerszámmal. Másodfokú fenomenológiai modelleket hoztak létre az egyes erőkomonensek beslésére. AISI D hidegalakító szerszámaél forgásolhatóságát vizsgálták Gaitonde és társai [5]. Kísérleteiket hagyományos és ún. Wier geometriájú kerámia szerszámokkal (laka kód: CNGA 10408; hagyományos ISO: CC650; nem hagyományos, Wier: CC650WG és GC6050WH) végezték el. Vizsgálatukban sak a fogásmélységet és a forgásolásban eltöltött időt vették figyelembe. Megállaítják, hogy Wier geometriájú szerszámok esetében a forgásolási erő lineárisan növekszik a fogásmélység növelésével. Másrészt, a hagyományos geometriájú kerámia szerszám erőigénye a =0,45 mm fogásmélység értékig növekszik, majd afölött hirtelen sökkenni kezd. Kundrák és társai [45] keményesztergálással megmunkált felületek mikrokeménységének változását vizsgálták. Megállaítják, hogy bár közvetlenül nins hatással a forgásoló erő a 19 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

20 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál felület keménységére a szakirodalom szerint, közvetve azonban a rendszerbe bevezetett mehanikus energia hőenergiává való átalakulása miatt mégis hatással van. A hagyományos hosszesztergálástól gyakran eltérő kinematikai, geometriai és tehnológiai viszonyok miatt a forgásoló erő taasztalati kéletekkel történő meghatározásához további vizsgálatok szükségesek keményesztergálásnál. Így éldául Sztankovis és Kundrák [75][76] munkájukban bemutatták, hogy rotáiós esztergálásnál hogyan lehet meghatározni a forgáskeresztmetszetet jellemző aramétereket. Ahhoz, hogy megértsük az anyag forgásolási viselkedését, erőtani viszonyait az ún. HSC (nagysebességű forgásolás) tehnológiájánál Pawade [61] és társai végeztek vizsgálatokat lágyított Inonel 718 aélon. Bemutatnak egy olyan analitikus modellt, ami megjósolja a fajlagos nyírási energiát a nyírási zónában. Azt találták, hogy a nyírási távolságok lineárisan növekednek az előtolás növelésével. A kidolgozott modelljük kiváló egyezést mutatott az általuk végzett kísérleti értékekkel. Az utóbbi években, az iarban egyre inkább felhasznált nem vasalaú, illetve nemfémes anyagok forgásolhatósági vizsgálata is előtérbe került. A mikroforgásolás Waldorf-féle erőmodellje a legkisebb forgásvastagságokra vonatkozik, mert a deformálatlan (elméleti) forgásvastagság kisebb, mint 50 μm és amely összemérhető a szerszám éllekerekedésével [78][79]. Annoni és társai [3] keményfém szerszámmal (DCGX 0700 ALH10) C38500 (CuZn39Pb3) anyagjelű, (81,5 HRB) keménységű sárgaréz forgásolhatóságának vizsgálatát végezték el. A mikroforgásolás tartományában a forgásolóerő és az előtolási erő számítására szolgáló összefüggéseket sikeresen módosították, mert eredményeik szerint a módosított modell jobban illeszkedik a mikroesztergáláskor kaott értékekre. Szintén réz (CuZn39Pb3) alaanyag (66 HRB) forgásolhatóságát vizsgálta Gaitonde és társai [4]. Minimálkenési körülmények (MQL) között végrehajtott kísérleteiket K10 anyagú, (TCGX 16 T3 08-Al H10) keményfém szerszámmal végezték. Vizsgálataikban változtatták a forgásolósebességet, az előtolást és a minimálkenés mennyiségét (ml/h), míg a fogásmélységet állandó, mm értéken tartották. Megállaították, hogy a kenőanyag mennyiség és forgásolósebesség között jelentős a kölsönhatás. A forgásolhatóság nagyon érzékeny az előtolás változására függetlenül a kenőanyag mennyiségétől. Olyan otimális forgásolási körülményeket állaítottak meg, ahol a fajlagos forgásoló erő (és az átlagos felületi érdesség, Ra) értéke minimális. Zebala és Kowalzyk [84] WC-Co keményfém forgásolhatóságát vizsgálta PCD (TNGA ) szerszámmal. Az alaanyag kobalt tartalma három szinten változott (10, 15 és 5 tf%). Kétféle modellt éítettek a főforgásló erő (F ) beslésére. Az egyik az úgynevezett törthatványkitevős, a másik edig keresztszorzatos válasz felületek módszerén alauló. Eredményeikben összehasonlítják az eltérő kobalt tartalmú keményfémek forgásolhatóságát, és megállaítják, hogy az F -re nins szignifikáns hatása a kobalt tartalomnak az esztergálási folyamat során. Eredményeik azt mutatták, hogy a forgásolási erőre a legnagyobb befolyása a fogásmélységnek, majd a forgásolósebességnek volt. A reülőgé iarban gyakran használt Ti6Al4V, Ti54M és Ti10..3 anyag erőtani vizsgálatát végezte el esztergálás közben száraz körülmények között Khanna és Davim [40]. Vizsgálataikat bevonatolatlan keményfém szerszámmal végezték (laka kód: TNMG H13A). Kísérletükben mérték a forgásolási erőkomonenseket és a hőmérsékletet. A legkisebb erőt és hőmérsékletet a Ti6Al4V anyagnál találták bár megjegyzik, hogy a szerszámkoás, szerszáméltartam szemontjából további vizsgálatok szükségesek. 0 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

21 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Az erősített műanyagok és műanyagalaú komozitok körében is intenzív kutatás folyik. Hanafi és társai [31] PEEK CF30 anyag esztergálásának vizsgálatát végezték el TiN bevonatos szerszámmal (WNMG TF) száraz körülmények között. Kísérleteikben mérték az erő három komonensét, míg az eredő erőt és a fajlagos forgásolóerő értékét számítással határozták meg. A kaott eredményekből, válasz felületek módszerével (RSM) forgásolási adatoktól függő emirikus modelleket dolgoztak ki mindkét számított jellemző leírására. Feteau és Stan [19] kétféle olitetrafluoretilén (PTFE) alaú komozit anyagot esztergált: egyrészt 3% szén és 3% grafit tartalmút - PTFE CG 3-3, másrészt 15% újrakéződött grafitot tartalmazót - PTFE GR 15. Vizsgálataikban a forgásolási araméterek változtatása mellett (v, f, a ) háromféle sússugarú olikristályos gyémánt (PCD) szerszámot használtak. Kutatásaik eredményeként kiderült, hogy a forgásoló erőre az előtolás és a fogásmélység volt nagy hatással, míg a forgásolóerő fő összetevője szinte állandó értékű a forgásolósebesség és a laka sússugara függvényében. Mindkét vizsgált anyagra külön-külön emirikus egyenletet közöltek, amely sak a fő hatásokat (előtolás, fogásmélység) tartalmazza. A könnyűfémek felhasználása is egyre gyakoribb. Agustina és társai [1] alumíniumötvözetet (UNS A97075) vizsgáltak szárazon végzett esztergáláskor. Kétféle sússugarú szerszámmal (DCMT11T304-F, DCMT11T308-F) dolgozva mérték a forgásolási erőkomonenseket, majd összehasonlították a két szerszám erőtani viselkedését. Azt a megállaítást tették, hogy kis előtoláson a különböző rádiuszú szerszám erőigénye igen hasonló volt. SiC-dal erősített alumínium komozitokat (LM6) esztergáltak H. Joardar és társai [37] száraz körülmények között. Vizsgálataikhoz olikristályos gyémánt (PCD) szerszámot használtak. Olyan másodfokú modellt éítettek a forgásoló erő beslésére, melyben a forgásolósebességen kívül a szilíium tartalom is szereel bemenő araméterként. Igen különleges anyag, sont forgásolhatóságát vizsgálta Pandey és Panda [60]. Kísérleteiket fúrás tehnológiájával végezték és mérték a forgásolóerőt és a hőmérsékletet. Olyan otimumot kerestek és határoztak meg, ahol a forgásolóerő és a hőmérséklet is egyidejűleg minimalizálható..6 Forgásolás közbeni közvetlen erőmérés lehetőségeinek bemutatása Forgásolási folyamatoknál a felléő erők ismerete (mérése) alavető követelmény, hiszen a keletkezett erőknek közvetlen befolyása van a forgásolás közben keletkező hőre, a szerszámkoásra, a megmunkált felületek ontosságára, érdességére, rezgésre, felhasznált energiára stb. Illetve a tehnológiatervezésben, szerszámválasztásnál (méretezésnél) ezt figyelembe kell venni. A forgásolóerő számításának számos módszere terjedt el (.5 fejezet), bár ezek általában sak szűk tartományban érvényesek és meghatározott szerszám munkadarab árosításra. Ezért ha ontosan szeretnénk tudni a keletkező erőket (nem elterjedt szerszámanyag, munkadarabanyag árosításnál), akkor a legkézenfekvőbb a forgásolóerő mérése. A két legelterjedtebb módszer a közvetlen mérésre a nyúlásmérő bélyeges, illetve a iezo elven működő rendszerek. Alavetően kevés kutató foglalkozik erőmérő tervezéssel, illetve annak adatáiójával, hogy a mérendő folyamathoz (nagyoló/simító megmunkálás, esztergálás, marás, köszörülés, stb.) a legjobban illeszkedő erőmérő rendszert használják. Köztudott, hogy egészen más nagyságrendű éldául simító/nagyoló megmunkálás erőigénye, illetve különböző a térbeli erőrendszere különböző forgásolási eljárásoknak (l.: esztergálás, marás, fúrás, köszörülés, gyalulás, vésés, stb.) Ezért a megfelelően ontos és a felléő erők nagyságrendjéhez igazodó mérési módszer és elrendezés miatt élszerű a mérendő tehnológiához fejleszteni, majd adatálni az erőmérő rendszert. 1 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

22 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál.7 Nyúlásmérő bélyeges erőmérők Az esztergálás során felléő forgásolóerők méréséhez alkalmazható mérőjel-átalakítóként beváltak és elterjedtek a nyúlásmérő bélyegek. Ezekkel alavetően kétféle mérési elrendezés valósítható meg. A legegyszerűbb módszer szerint a késszárra ragasztják fel a nyúlásmérő bélyegeket. Többnyire sak a főforgásoló erőt mérik, ami a késszár függőleges síkban történő deformáióját, (lehajlását) okozza. A méréshez a kés szárának alsó (nyomott) és felső (húzott) szálakat megtestesítő síkjára 1-1 bélyeget ragasztanak, amelyeket félhídba kasolnak. A híd másik felét reíziós, nagy stabilitású ellenállások kéezik, amelyek a mérőegységhez satlakoztatott jelkondiionáló áramkör bemenetének túloldalán vannak és megkaják a stabilizált hídtáfeszültséget is. Kis erők méréséhez jól alkalmazható ez a módszer, mert a simító forgásolási araméterek mellett nem várhatók jelentős hőmérsékletingadozások a késszárban. A hajlított rugóként is értelmezhető késszár többnyire nemesített aélból készül, ami kis hiszterézisű rugókarakterisztikával rendelkezik. A sekély mértékű deformáiónak köszönhetően a forgásolóerő hatására történő m-es nagyságrendű erő/lehajlás karakterisztika lineárisnak tekinthető. PTFE esztergálási kísérletei közben felléő, viszonylag sekély főforgásolóerők mérésére mutat be konkrét éldát Feteau és Stan [19]. A 150 N maximális erőre kalibrált rendszer érdekessége, hogy a tényleges erőmérésben egyetlen, a szerszám súsától mm-re a nyomott oldalra felragasztott nyúlásmérő bélyeg vesz részt. A félhíd másik bélyegét a semleges szálra (a késszár egyik függőleges síkjára) ragasztották fel, szeree suán a hőfokkomenzálás. Jelkondiionálóként és intelligens adatgyűjtőként egy PC-hez illesztett SPIDER 8 készüléket használtak. A másik elterjedt elrendezés szerint a szerszámbefogót erőmérő asztal közbeiktatásával erősítik fel az esztergagé szánrendszerére. Egy gondosan kimunkált, saját fejlesztésű nyúlásmérőbélyeges erőmérő asztalt ismertet Yaldiz [8]. A négykomonenses (három erőkomonens és egy forgatónyomaték) asztal két, viszonylag nagy tömegű, árhuzamos laja közé 4 db nyolszögletű rugózó gyűrűt éítettek be, megfelelően elrendezve. A konstrukió kialakítása során arra törekedtek, hogy a mért jellemzők egymásra hatása minél kisebb legyen, illetve minél sekélyebb mértékben befolyásolják azokat az erők támadásontjának koordinátái. Az összesen 16 db bélyeget ezen rugókra ragasztották fel. Ezt marási kísérletekhez használták a hagyományos, vízszintes elrendezésben úgy, hogy a munkadarabot a mérőasztal felső síkjára fogták fel. Ugyanezen szerzők egy (meglehetősen) hasonló konstrukiójú szendviset a szokástól eltérően függőlegesen éítették be a késbefogó és a késszár közé, esztergálási kísérletekhez [83]. Bár a többkomonenses erő- (és nyomaték) mérő asztalok konstrukiója jóval bonyolultabb a késszárat erőmérő rugóként is kihasználó módszereknél, de ezek mindhárom erőkomonens mérésére alkalmasak úgy, hogy a keresztérzékenység (az egyes erőkomonensek egymásra hatása) tized százalékos nagyságrendben (gyakorlati szemontból elhanyagolható) marad. A ublikált vizsgálati adatok azt mutatják, hogy szintén tized százalékos nagyságrendű (erőmérésnél elhanyagolható) eltéréseket okoz a szerszámsús helyzetének megváltozása. A nagy tömegű asztalla és a gyűrűk kis rugómerevsége igen alasony rezonaniafrekveniát eredményezett, így a taasztalatok szerint a mérőrendszer dinamikus tulajdonságai nem befolyásolják érdemben a mérési eredményeket. A bélyegek megfelelő kombináióban összekasolva négy (vagy ha sak erőmérésre kötik be, akkor három) Wheatstone-hidat kéeznek, amelyeket PC-hez illesztett Advanteh ADAM 3016 DAQ-hoz satlakoztattak. Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

23 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Saglam és Unuvar [65] háromkomonenses nyúlásmérőbélyeges erőmérő tervezését mutatják be munkájukban. Az elve hasonló a fent említetthez, a nyúlásmérő bélyegeket egy nyolszögletű gyűrűre ragasztották fel. Az erőmérő rendszerüket marás és köszörülés tehnológiájához is lehet használni. A kaott (három) analóg jelet erősítették, majd digitális jellé alakították, adatgyűjtő kártyával rögzítették azokat. Raveia és Marin [64] szintén háromkomonenses nyúlásmérőbélyeges erőmérő rendszert fejlesztett marási kísérletekhez. A bélyegeket ők is nyolszögletű gyűrűkre ragasztották a három analóg jelet (szűrés után) digitális jellé konvertálták, majd adatgyűjtő kártya segítségével rögzítették. Erőmérőjüket marás tehnológiájához fejlesztették ki. Az elvégzett kísérleteikben a számolt és a mért erők nagyon jó egyezést mutattak..8 Piezoelektromos elven működő erőmérés lehetősége A iezoelektromos erőmérő ellák működése egyes kristályos anyagok (az iari gyakorlatban többnyire SiO kvarkristályok), ill. kerámiák azon tulajdonságán alaul, hogy azokon mehanikai deformáió (erőhatás) következtében töltésátrendeződés megy végbe, miáltal éldául két árhuzamos felületük között villamos feszültség keletkezik. (A fordítottja is igaz: feszültséget kasolva az ilyen kristályra, az deformálódik.) Az ilyen elven működő erőmérők tulajdonságait kutatta Mak [48]. A deformáió jellege attól függ, hogy a lemezt mert a mérőellákba általában vékony lemezek formájában éítik be a kvarot a kristálytani tengelyekhez viszonyítva milyen orientáióval vágták ki az eredeti kristályból. Az erőmérő ellákban általában nyomó-, ill. nyírólakák találhatóak. A rajtuk keletkező feszültség, illetve töltésmennyiség széles tartományban egyenesen arányos a gerjesztő erővel. A kvarlaka belsőellenállása rendkívül nagy, így nem sak a hozzá kasolt jelkondiionáló áramkör bemenetével szemben támaszt komoly követelményeket, (éldául 10-1 A nagyságrendű bemeneti áram) de a ellát az erősítővel összekasoló satlakozóknak, árnyékolt kábeleknek is különleges minőségűeknek kell lenniük. A forgásolás közben dinamikus jelenségek játszódnak le, az erők jelentősen ingadoznak, ezért a lakákon is váltakozó olaritású töltés keletkezik. Mivel az árnyékolt kábel önkaaitása és a jelkondiionáló erősítő bemenetének szórt kaaitásai váltakozófeszültségű szemontból a ellát söntölnék, az iari méréstehnikában nem feszültségerősítőket, hanem a negatív visszasatoló ágban kaaitív tagot tartalmazó töltéserősítőket alkalmazunk. Ezzel a kábelkaaitás, a ellakaaitás és a szórt kaaitások hatása gyakorlatilag kiküszöbölhető. Azonban a töltéserősítőknek sem végtelen a bemeneti ellenállása. A ellában felhalmozott töltés előbb-utóbb elszivárog. Rontja a helyzetet a szerelt kábel (főleg az elszennyeződött satlakozók) szivárgása. Hogy ez mennyi idő alatt történik meg, az erősítő időállandójától függ. A gyártók általában ez alatt azt a minimális mérési időt értik, ami alatt az erősítő kimenőfeszültsége a kezdeti érték 99%-ára sökken. A különböző mérési feladatokhoz különböző időállandók alkalmasak. A gyártók általában háromfélét (Short, Medium, Long) definiálnak, illetve a műszer előlai kasolójával ezek közül lehet választani. Az áramköri elemek ezek közül is leginkább a FET-ek, FET-bemenetű műveleti erősítők aramétereinek szórásából adódóan ezek az időtartamok sak nagyon nagy szórással definiálhatók. Például a KISTLER töltéserősítőinél Long állásban az időállandó s. Ezzel a iezoella kvázistatikus erőmérésre alkalmas. Az önálló mérőerősítők kalibrált feszültségjelet biztosítanak a kisimedaniás kimenetükön. Az erőmérő ellákat a gyártók egyenként hitelesítik, a mellékelt rotokollban megadva a töltésérzékenységet is, többnyire 3 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

24 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál C/N-ban. A ella illesztése során a mérőerősítő megfelelő kezelőelemeivel ezt kell beállítani, illetve a korszerű jelkondiionáló egységek esetén numerikusan beadni. Így V/N-ban kalibrált mérőjel-átalakító lánot kaunk [S10]. 4 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

25 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 3 ANYAGOK, ESZKÖZÖK ÉS MÓDSZEREK 3.1 Kísérletekben felhasznált alaanyagok Vizsgálataimhoz kétféle, az iarban gyakran használt nyomásosan öntött alumínium ötvözetet választottam. Ezek az ötvözetek igen jól egyesítik a kiváló mehanikai tulajdonságokat a megfelelő tehnológiai előnyükkel. A vizsgálatba vont AS1-es jelű eutektikus alumínium ötvözet előnye kiváló önthetősége, míg az AS17-es tíusé edig a (dermedéskor kivált rimer Si-nak köszönhetően) nagyobb keménység és koásállóság. A vizsgálatok megkezdése előtt élszerű ontosan ismerni az anyag összetételét és keménységét. Az összetétel vizsgálatokat Philis XL30, elektronmikroszkó segítségével végeztem (11. ábra). Az AS17-es hier eutektikus ötvözet összetétele (tö %): Al = 79,44 %; Si = 18,1 %, Cu = 1,09 %; Mg = 0,45%. Keménysége: 114±3 HB.5/6.5/30 Az AS1-es eutektikus ötvözet összetétele (tö %): Al = 88,54 %; Si = 11,46 %. Keménysége: 67±HB,5/6,5/30. Forgásolási kísérletre használható méret ugyanakkora átmérőre előunkálva (esztergálva): Ø mm. A munkadarab alást felületén 10 mm-es sávokon végeztem az érdességméréseket (7. ábra). AS1-es alaanyag összetétele AS17-es alaanyag összetétele 11. ábra Az alaanyagok összetétel vizsgálatának eredményei Az alaanyagokról siszolatokat készítettem (az előtolásra merőleges irányba, az érdességméréssel megegyezően), hogy a szövetszerkezetük ontosabban megismerhető legyen. Az alaanyagokból mintákat fűrészeltem ki, amelyeket beágyazás után készítettem elő metallográfiai vizsgálatra. Az egymást követő különböző fokozatú siszolóaírokkal való siszolás, 3 illetve 1µm-es gyémánt szuszenzió, majd alumínium-oxidos vízbázisú szuszenzióval való olírozást követően marattam a siszolatokat. Három különböző eljárással marattam a mintákat: - Keller reagenssel (,5ml HNO 3 +1,5ml HCl+1ml HF+95 ml H O) - módosított Murakami reagenssel (60 ml H O+10g NaOH+5 g KFe 3 (CN) 6 ) 5 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

26 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál - illetve 1g NaOH +100ml H O maratás után HF-os H O-(100 ml H O-ben 5se HF) mártva. A Keller reagens nagyon gyakran használt marószere az alumínium ötvözeteknek kivétel a nagy Si tartalmú Al ötvözetek. A kiválásokat jól kihozza, néhány ötvözetnél a szemsehatárok is láthatóvá válnak. A módosított Murakami reagenst az Al-Si ötvözeteknél szokták használni. A harmadik marószert (1g NaOH +100ml H O maratás után HF-os H O-(100 ml H O-ben 5se HF) mártva), kifejezetten szemsehatárok láthatóvá tételére szokás használni. Vizsgálataimból legjobban látható és elemezhető mintákat a Murakami reagenssel történő maratás adott. Mikroszkóon vizsgálva a szövetszerkezetet, jól látszanak a különböző összetételek, kiválások (1. ábra). Az AS1-es anyag szövetszerkezetének kée tiikusan eutektikus szövetszerkezetekre jellemző. Az ötvözet sajátossága miatt az eutektikumra jellemző (egy dermedésont miatt) szövetszerkezet tűs jelleget ölt. Az AS17-es alaanyag siszolatán jól látszik a szövetszerkezet sokfélesége. AS1-es anyag mikroszkóos kée AS17-es anyag mikroszkóos kée 1. ábra Csiszolatok mikroszkóos kée (500x nagyítás) Ezért az AS17-es alaanyag szövetszerkezetének, ontosabb megismerése miatt ontbeli és a minta nagyobb területén anyagösszetétel vizsgálatokat végeztem, hogy a kiválásokat, anyagösszetételt ontosabban megismerhessem (13. ábra). 13. ábra Csiszolat anyagösszetétel vizsgálata (alaanyag: AS17) A siszolat anyagösszetétel vizsgálatából jól látszik, hogy: - az 1. mérési tartomány (téglala) az átlagos összetételt mutatja, szilíium tartalom az eutektikus ont fölötti arányban van, ami az öntvény koásállóságát javítja; - a. ont (a kéen szürke) az alumínium mátrix; 6 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

27 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál - a 3. mérési ont a világosabb szürke kiválás, ami vasban dús, az önthetőséget és az alakíthatóságot javítja; - a 4. mérési ont az előzőnél világosabb kiválás, ami rézben dús; - az 5. mérési ont edig a legsötétebb szürke tűszerű kiválás, a rimer szilíium kristályok, amik az anyag mehanikai tulajdonságát és koásállóságát megnövelik, de a forgásolhatóságát megnehezítik. Miután egzakt módon definiálni tudtam a különböző kiválásokat és anyagösszetételeket, mikrokeménységet mértem a kivált rimér szilíium részeken (14. ábra), hiszen ezek a rendkívül kemény részek nehezítik a forgásolást (és emellett javítják az alaanyag tulajdonságait). A keménységmérést megnehezíti, hogy 10-0-(30) µm nagyságú rimér szilíium kiválásokba igen nehéz beletalálni a keménységmérővel. Több tuat mikrokeménység mérés alaján a rimér szilíium keményége az alábbi: HV 0, ábra Primér szilíium kiválások mikrokeménység mérése (alaanyag: AS17; nagyítás: 1000x) 3. Kísérletben használt szerszámok Vizsgálataimat a kereskedelmi forgalomban is kaható gyémánt szerszámokkal végeztem el (laka kód: DCGW 11T304). Háromféle élanyagú szerszámot alkalmaztam, úgy mint olikristályos gyémánt (PCD), kémiai rétegfelvitelű gyémánt (CVD-D), és szintetikus egykristály gyémánt (MDC). Ezeket a szerszámokat hagyományos (úgynevezett ISO) és nem hagyományos (úgynevezett Wier) geometriával is vizsgálat alá vontam. Az ISO és a Wier geometria közötti elvi különbség a főél és a mellékél kialakításában van (15. ábra). a) hagyományos (ISO) geometria b) nem hagyományos (Wier) geometria 15. ábra ISO és Wier élgeometria közötti különbség [S1] Jelölések: f előtolás; a fogásmélység; r e sússugár; r e1 and r e Wier görbület sugara; r bo simító rész sugara; Rz egyenetlenség magasság A vizsgálatokhoz felhasznált szerszámokat összesíti az 1. Táblázat. 7 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

28 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 1. Táblázat A kísérletben felhasznált szerszámok (x) él anyag PCD CVD-D MDC él geometria ISO x x x Wier x x - A kísérletekben felhasznált szerszámok elektronmikroszkóos kéein (16. ábra) is jól látszik az ISO és a Wier geometria közötti különbség. a) élanyag: PCD, élgeometria: ISO b) élanyag: CVD-D, élgeometria: ISO ) élanyag: MDC, élgeometria: ISO d) élanyag: CVD-D, élgeometria: Wier e) élanyag: PCD, élgeometria: Wier 16. ábra A felhasznált szerszámok elektronmikroszkóos kéei [S1] 8 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

29 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 3.3 Kísérletben használt szerszámgéek EuroTurn 1B CNC gé érdességi vizsgálatokhoz A felületi édességre vonatkozó kísérleteket (munkadarabokat) EuroTurn 1B CNC esztergagéen végeztem. A gé teljesítménye 7 kw, a maximális főorsó fordulatszáma /min Dougard Eagle 1640 CNC gé erőtani vizsgálatokhoz A forgásolóerő méréseket Dugard Eagle BNC 1640-es CNC esztergagéen végeztem, melynek maximális teljesítménye 11 kw, állítható fordulatszám tartománya n = /min. A szerszámgé revolverfején kívül alkalmas, mellső szánján hagyományos módon késtartó használatára. Melyre adatálható az általam tervezett erőmérő [S10]. 3.4 Kísérletben használt érdességmérő Az esztergált felületek érdességét Mitutoyo SJ301 tíusú érdességmérővel mértem (mérési beállítások: λ = 0,8 mm, N = 5 - mintavételi hossz száma). A felületi érdességet a kerületen 30ºonként 1-szer mértem (7. ábra), így a dolgozatban szerelő érdességi értékek ezen 1 mérési ontnak az átlagai. 3.5 Kísérletterv általános bemutatása és alkalmazhatósága a forgásoláskutatásban Egy kutatási objektum, jelen esetben egy forgásolási folyamat kísérleti vizsgálatára az úgynevezett fekete doboz alkalmazható (17. ábra). 17. ábra A kutatási objektum vázlata A vizsgálat éljának jellemzőjét mutatja (17. ábra) a jobb oldali, Y-nal jelölt nyíl, melyet a fekete doboz kimenetének vagy függő változójának neveznek. A kísérlethez szükséges, hogy az Y függő változó értékét befolyásolni lehessen. Az ehhez alkalmazott befolyásoló tényezőket x-el jelölik és a fekete doboz bemeneteinek, független változóknak, illetve faktoroknak nevezzük. A z-vel jelölt nyilak a nem szabályozható vagy zaj faktorokat jelölik, melyek befolyásolják/befolyásolhatják a folyamatot, de nem tudjuk őket változtatni [1]. A kísérlettervezés élja az Y függő változó és az x független változó(k) közötti kasolat, azaz a válaszfüggvény meghatározása. Az Y f x x x..., x ) függvényt nevezzük válaszfüggvénynek. A kísérletekben mindegyik ( 1,, 3, i faktor (független változó) több értéket vehet fel. Ezek az értékek a szintek. A faktorok szintjeinek egy rögzített kombináiója egy lehetséges kísérleti beállítás, ami a függő változó egy bizonyos értékét eredményezi. A létrehozható, egymástól független kísérleti beállítások száma: ahol jelöli a szintek számát és n a faktorok számát. n N (6) Ebből az egyenletből könnyen belátható, hogy így az összes lehetséges kísérleti beállítás száma nagyon nagy lehet. Például, ha egy forgásolószerszám éltartamának Y T változását 9 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

30 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál vizsgáljuk a forgásolósebesség x1 v a fogásmélység x a, az előtolás x3 f, a szerszám homlokszöge x, és hátszöge x függvényében úgy, hogy mind az 5 faktornak 5 szintjén 4 5 kívánjuk az éltartamot mérni, akkor az N db számú mérést kellene elvégeznünk és kiértékelnünk. Ez az úgynevezett asszív kísérleti módszer. Azon túlmenően, hogy sok kísérleti beállítást tételez fel, az eredmények kiértékelése is nagyon nehézkessé válhat, a bőség zavara miatt [1]. Ezzel szemben az úgynevezett aktív kísérletekben minden vizsgálandó faktort előre meghatározott sorrendben variálnak. A függő változó edig a mérési adatoknak matematikai, statisztikai módszerekkel történő feldolgozása útján határozható meg. Az ilyen tíusú kísérleteket az ún. faktoriális kísérlettervezés módszerével tervezik meg [1][39][57]. A módszer lényegesen kevesebb kísérleti beállítással több és megbízhatóbb informáiót biztosít. A faktoriális kísérlettervezés felhasználható olyan aktív kísérletek megtervezéséhez, melynek élja emirikus, taasztalati úton megszerezhető függvények meghatározása, vagy otimumok keresése [] Kutatásban alkalmazott kísérletterv Az anyagok forgásolhatóságának és szerszámok forgásoló kéességének vizsgálata során számos araméter változtatható, mint éldául alaanyag tíusa, szerszámok anyaga és geometriája, valamint a forgásolási araméterek. A forgásolási kísérletek drága eljárásnak számítanak, ezért élszerű az elvégzendő kísérletek számát lehetőségekhez mérten sökkenteni. Ennek módszere a kísérlettervezés (DOE). Faktoros kísérlettervek során az egyes araméterek hatásait, kereszthatásait tudjuk vizsgálni. Amennyiben az egyes araméterek négyzetes hatását is figyelembe kívánjuk venni, akkor válaszfelület módszerét (RSM) érdemes használni. Az RSM módszer alkalmazása során úgynevezett entrál komozit tervet (CCD tervet) alkalmaztam, ahol minden beállított aramétert 5 szinten lehet vizsgálni. A kísérletterv alaja egy 16 kísérletből álló terv, amelyben a három forgásolási aramétert, faktort (fogásolási sebesség, v, m/min; előtolás, f, mm; fogásmélység, a, mm) változtatok szisztematikusan (öt szinten), beleértve egy entrumontbeli mérést és annak ismételt mérését (18. ábra,. Táblázat). Alumínium finomesztergálásánál, hidegforgásolásról beszélhetünk. A forgásolást jelentősen zavaró tényezők (l.: élrátét kéződése korszerű gyémánt szerszámokkal) elkerülhetők, emiatt lokális szélsőértékre a vizsgált forgásolási araméter tartományon nem számítok. Ezért az alábbi módszer kísérleteim során alkalmazható. A CCD terv faktorainak beállítását úgy készítettem el, hogy a faktorok ortogonálisan kiértékelhetőek legyenek. 18. ábra Kísérleti ontok [S1] 30 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

31 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál. Táblázat Kísérleti ontok szintjei Kísérleti ontok, N x 1 (v ) x (f) x 3 (a ) , , , , , , (C) (C) A forgásolási araméterek értékeinek beállítását úgy végeztem, hogy mind az iari, mind az úgynevezett HSC körülményeket kielégítse (az alkalmazott szerszámgé főorsó fordulat volt a határ), illetve a finomesztergálás tehnológiájának megfelelően viszonylag széles tartományt lefedjek. Mivel a vizsgálatba vont szerszámok kétféle élgeometriával rendelkeznek (ISO és Wier), figyelembe vettem azt is, hogy a Wier geometriájú szerszámok érdességelőállító kéessége jobb. Ezért a Wier geometriájú szerszámokkal (14. ábra) történő kísérletek esetén kétszeres előtolást alkalmaztam [73], hogy a felületi érdesség adatok összehasonlíthatóak legyenek. A forgásolási araméterek beállításainak értékei a 3. Táblázatban találhatóak. 3. Táblázat A forgásolási araméterek szintjei -1, ,8719 v, m/min f ISO, mm 0,05 0,058 0,085 0,11 0,1 f Wier, mm 0,1 0,116 0,17 0,4 0,4 a, mm 0, 0,67 0,5 0,733 0,8 Az. Táblázatból és az 3. Táblázatból adódik a 16 kísérleti beállítás ISO és Wier szerszámokra (melyek sak az előtolás értékében térnek el) (4. Táblázat és 5. Táblázat). 4. Táblázat ISO élgeometriájú szerszámok kísérletterve Mérési beállítások, N v, m/min f, mm a, mm ,058 0, ,058 0, ,11 0, ,11 0, ,058 0, ,058 0, ,11 0, ,11 0, ,085 0, ,085 0, ,05 0, ,1 0, ,085 0, ,085 0, ,085 0, ,085 0,5 5. Táblázat Wier élgeometriájú szerszámok kísérletterve Mérési beállítások, N v, m/min f, mm a, mm ,116 0, ,116 0, ,4 0, ,4 0, ,116 0, ,116 0, ,4 0, ,4 0, ,17 0, ,17 0, ,1 0, ,4 0, ,17 0, ,17 0, ,17 0, ,17 0,5 31 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

32 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál A fenti kísérlettervet elvégeztem az öt féle szerszámra és mindkét alaanyagra. Minden kísérleti beállítással előállított felület felületi érdességi aramétereit 1 ismételt méréssel határoztam meg (7. ábra), amely összesen 16 (kísérleti ont) 5 (szerszám) (alaanyag) 1 (érdességi mérések ismétlése) = 190 mérési értéket jelentett Egyedi egyenletek éítése A mérési eredményekre az alábbi függvény szerinti összefüggéseket kerestem: Y = α(v, f, a ) (7) ahol α az úgynevezett válaszfüggvény, Y a kimenő araméter (Ra, Rz), v, f és a a bemenő araméterek. Minden szerszámra és alaanyagra meghatároztam a válaszfüggvényt az alábbi fenomenológiai modellek feléítésével: Ra b0 b1 v b f b3 a b11 v b f (8) b a b v f b v a b f a Rz 0 1 v f 3 a 11 v f (9) a v f v a f a 33 1 ahol, b 0, b i, b ij, 0, i, ij a számított koeffiiensek és ε a hiba. Ez gyakorlatilag 0 egyedi (szerszámokra, alaanyagokra) egyenlet éítését jelenti Összevont egyenletek éítése A tehnológiai tervezés megkönnyítésére, és a 0 egyedi egyenlet helyettesítésére élszerű olyan összevont egyenletet éíteni, mely magában foglalja a vizsgált munkadarab anyagokat és szerszám élanyagokat is mint bemenő aramétert. Két összevont egyenletet dolgoztam ki a kétféle szerszámgeometriára: 13 3 Y = Ω(v, f, a, TM, WM) (10) ahol, TM a szerszámanyag tíusa, WM az alaanyag tíusa minőségi változóként értelmezve (6. Táblázat), Ω a válaszfüggvény. Minőségi változókat az alábbi módon gyakran használnak [38][57]. 6. Táblázat Felhasznált alaanyagok változói AS1 AS17 WM alaanyag tíusa 0 1 PCD CVD MDC TM szerszámanyag tíusa 0 1 Így a minőségi változókkal bővített összevont fenomenológiai modellek: Ra d d d 55 4 Rz e e e a d 1 d WM d 1 TM f d 0 a e 1 e TM f e TM d WM TM d 5 WM e 1 TM a WM TM e 5 TM a 13 3 d TM e 13 3 e v WM v 34 v v v d e WM v 34 4 d f d 4 e f e f d f e WM f d v v 5 a a a a e d d WM f e e TM TM WM a f a f a d e WM a v e v d 3 e 3 d 44 f TM v 44 f TM v (11) (1) 3 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

33 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál ahol d 0, d i, d ij, e 0, e i, e ij a számított koeffiiensek és ε a hiba. d és e értékei zérus a Wier vizsgálatok esetén, mivel a szerszámanyag sak kétféle lehet. 3.6 Otimumkeresés Otimalizálásnál forgásoláskutatásban igen fontos terület az otimális feltételek megteremtése, az otimum keresés. Általában olyan forgásolási aramétereket keresnek, ahol minimalizálják éldául a gyártott felületi érdességet, forgásolási erőt, a szerszámrezgést, munkadarab rezgést, hőmérsékletet ([4][6][11][35][34]). Maximalizálható l.: a gyártás darabideje, a szerszámok éltartama. Befejező megmunkálásnál viszont, élszerű a felületi érdességet (Ra, Rz) minimalizálni, a termelékenységet (Pf) edig maximalizálni. Vizsgálataimban az otimalizálásnak ezért két ellentétes feltételnek kell megfelelni. Erre az otimalizálásra, két módszert, a kívánatossági függvények módszerét és az úgynevezett numerikus módszert alkalmaztam Otimum meghatározása numerikus módszerrel A (7) (9) élokra megfogalmazható egy olyan élfüggvény, melynek akkor van otimuma ebben az esetben, ha a nevező minél nagyobb a számláló edig minél kisebb. Így az otimum az alábbi alakban kereshető: Ra Rz Pf Min (13) amelybe (11) (1) (16) egyenleteket behelyettesítve, és azt megfelelően létetve a (13) egyenlet legkisebb értéke lesz az otimum. Bár ez a keresés korrekt, de l.: nagyon szélsőséges eseteket nem vesz figyelembe, amely megfelelő eredménnyel szolgálhat abban az esetben, ha a számláló egyik tényezője extrém nagy a másik edig extrém ii értéket vesz fel. Célszerű volna mindhárom élfüggvényt kézben tartani és úgy vizsgálni azokat. Erre használhatóak éldául a kívánatossági függvények Otimum meghatározása kívánatossági függvényekkel A termelékenység meghatározható a forgásolási sebesség és az előtolás szorzataként. E három élfüggvény: Ra Min (14) Rz Min (15) Pf v f Max (16) együttes otimumának meghatározására alkalmasak az úgynevezett kívánatossági függvények [57][39][3]. A kívánatossági függvények 0 és 1 közötti értéket vehetnek fel. Minél nagyobb a kívánatossági érték, annál jobban megközelítjük az elvárt értéket. Vizsgálatomban a kiválasztott kívánatos függvényeke a d Ra, d Rz és d Pf (19. ábra). A felületi érdesség határait úgy határoztam meg, hogy a minimum értékek (Ra, Rz) összevethetőek legyenek a köszörülés értékeinek nagyságrendjével. A felső határ edig a simító esztergálás felső határa legyen (38. ábra). 33 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

34 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Ra kívánatossági függvénye Rz kívánatossági függvénye Pf kívánatossági függvénye 19. ábra Kívánatossági függvények A komozit kívánatossági függvény (D) az, amellyel lehet keresni az együttes kritériumok otimumát úgy, hogy vesszük a geometriai átlagát a három egyedi kívánatossági függvénynek [56][16][33]: D 3 d Ra drz dpf (17) Ahol ez a D érték érték maximum lesz, ott található a három élfüggvény együttes otimuma. 3.7 Egyéb statisztikai módszerek A leggyakrabban használt róbák (l. a t-róbák) feltételezik a normális eloszlást. Sokszor ez nem teljesül még transzformáió után sem. Ezért olyan róbákat alkalmaztam, ahol az adatok legalább sorrendi skálán értelmezhetők, de az eloszlás nem normális Mood-féle medián róba A Mood-féle medián róba feltételezi, hogy a minták azonos alakú sokaságokból származnak, a mintaelemek hibái egymástól függetlenek és folytonos a függő változó, vagyis legalább intervallumskálán értelmezhető. A nullhiotézis ontosan fogalmazva az, hogy a minták mögött álló sokaságok eloszlása azonos. A róba elvégzéséhez az adatokat két soortra osztjuk: az egyik soortba kerülnek a mediánnál kisebb vagy azzal egyenlő nagyságú adatok, a másikba a mediánnál nagyobbak. Úgynevezett kontingeniatáblázatot készítünk az adatokból a két soort és a faktor szintjei szerint. Majd ebből határozzuk meg χ értékét, melyből következtetni lehet, hogy van-e a minták között szignifikáns különbség [39]. Mood-féle medián róbát alkalmaztam az Ra, Rz konkrét mért értékeinek elemzésére. 34 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

35 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 3.7. Wiloxon-róba A két összetartozó minta várható értéke egyenlőségének ellenőrzésére szolgál. A áros t- róba nemaraméteres árja. Ez az eljárás a áronkénti összehasonlításon alaul, ha nins különbség a két eloszlás között, akkor a különbségek fele részben ozitívak, fele részben negatívak lesznek és nagyságrendileg megegyeznek egymással. Tehát a rangsorolt különbségeknél a ozitív és a negatív különbségek rangösszegei megegyeznek. Ha van két azonos számú minta két adathalmazból egyaránt, akkor meghatározzuk áronként a különbségeket majd rangsoroljuk az abszolút érték alaján [39]. Wiloxon-róbát alkalmaztam a mért felületi érdesség araméterek szórásainak elemzésére. 35 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

36 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 4 ERŐMODELL KIDOLGOZÁSA FINOMESZTERGÁLÁS TECHNOLÓGIÁJÁHOZ Elterjedt és a forgásoló erő komonenseinek számítására máig kiválóan alkalmas módszer az úgynevezett Kienzle (és Vitor)-féle erőmodell [41]. Munkájukban bevezették és mérési eredmények sorozatával határozták meg a fajlagos forgásoló erőt (k), amely értéke függ a forgáskeresztmetszet jellemzőitől, azaz az elméleti (deformálatlan) forgásszélességtől (b) és a forgásvastagságtól (h). Nagy keresztmetszetű forgás (0. ábra) leválasztásakor a szerszám főélelhelyezési szöge (κ r ) kasolatot teremt a b és h forgásjellemzők valamint a fogásmélység (a ) és az előtolás (f), mint forgásolási adatok között (18) (19). 0. ábra Forgáskeresztmetszet a Kienzle-féle erőmodellhez [S5] h f sin (18) b a sin r r (19) Munkájukban kísérleti úton állaították meg a fajlagos forgásolóerő főértékét (k 1.1 ) és a forgásvastagság kitevőjét (q ). A fajlagos forgásolóerő főértéke a munkadarab anyagától és állaotától függ elsősorban, és b=1 mm és h=1 mm forgásméretekre vonatkozik. A kitevő szintén anyagfüggő, de a forgásolási körülmények is hatással vannak rá. Így a forgásolóerő fő komonense az alábbi egyenlettel számítható: F 1 q k1.1 h b (0) Megjegyzem, hogy a kéletet minden olyan esetben helyesbítő tényezőkkel szabad alkalmazni, amennyiben a kísérleti körülményektől eltérés mutatkozik (szerszámanyag, élszög, koás stb.) Kienzle módszere igen jól használható a nagyoló forgásolási adatok tartományában, mikor a fogásvétel lényegesen nagyobb, mint a szerszám sússugara (a >>r ɛ ). A finomesztergálás körülményei között a fogásban lévő élszakasznak kisebb részét kéezi a főél (vagy részt sem vesz a forgásolásban), a szerszám sússugara viszont teljes egészében részt vesz a forgásleválasztásban. Ezért a Kienzle által használt h és b forgásgeometriai adatok értelmüket vesztik (0. ábra). Ennek az is a következménye, hogy a k 1.1 jellemző sem alkalmazható finomesztergáláskor. Ezért két olyan forgásjellemzőt vezettem be (h eq ekvivalens forgásvastagság; l eff élvonalhossz) (1. ábra), amelyekkel a finomesztergáláskor adódó forgásgeometriai jellemzők egzakt módon tárgyalhatóak. 36 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

37 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 1. ábra Jellemző forgáskeresztmetszet finomesztergálásnál [S5] A beállított forgásolási adatok, a szerszám főélszöge (κ r ), valamint a szerszám sússugara (r ε ) döntő mértékben meghatározzák a szerszámnak a forgásolásban résztvevő élvonalhosszának (l eff ) nagyságát. Ez alaján tehát a forgáskeresztmetszet a következőké írható fel: A a f h b h l (1) Finomesztergálásakor a működő élvonalhossz az alábbi kélet segítségével számítható[0][10]: eq a r 1 os r r f l arsin sin 360 () eff r r r Az esztergáláskor beállított adatokból és az effektív élvonalhosszból az ekvivalens forgásvastagság tehát a következő formulával számolható: h eq eff eff a f (3) l Finomesztergáláskor minden esetben teljesül a h eq <<1 mm reláió, ezért k 1.1 nagy hibával használható. Érdemes tehát bevezetni a forgásgeometriát jobban leíró számítási módszert. Ez edig a finomesztergálás tehnológiájára jellemző fajlagos forgásoló erő főértéke, amely l eff = 1 mm és h eq = 0,1 mm vonatkozik, jele edig k 1,0.1. A bevezetett forgásolóerő modell az erőméréssel megállaított fajlagos forgásolóerő számítását igényli, amely a következő alakban írható fel: F F k (4) A h eq l eff A kaott k értékek azonban függenek a h eq és a l eff értékeitől, ezért ezeket kétfaktoros, hatványfüggvény regresszióval érdemes modellezni az alábbiak szerint: k q y C h eq leff (5) A regressziószámítás eredményeként kaott q kitevő természetesen éúgy negatív, mint a nagy keresztmetszetű forgások esetén. Ha alkalmazzuk a h eq =0,1 mm behelyettesítést, akkor a megállaítandó k 1,0.1 értéke a következő: k 1 q 1,0.1 C 0, (6) 37 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

38 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Ebből edig a keresett forgásolóerő modell [S5]: F k h eq l eff k q 1 q y h 1 1, eq l eff (7) 4.1 Erőtani vizsgálatok terve Ebben a munkában olyan kísérlettervet hajtottam végre, mely a finomesztergálás tehnológiai tartományát átöleli (f = 0,03 0,15 mm; a = 0,5 0,7 mm) és megfelel a Kienzle modell adatálásához finomesztergálás tehnológiájára. Megjegyzés, hogy az a = 0,5 mm fogásmélység értéknél rádiuszon történik a forgásolás (a<r ɛ ), míg a legnagyobb érték beállításakor a főél kis szakasza is részt vesz a forgáskézésben. Több kutatás arról számol be, hogy a forgásolósebességnek elhanyagolhatóan kis hatása van a forgásoló erő alakulására [4][46][19], ezért a sebességet megfelelően nagy, de konstans (v = 1000 m/min) értéken tartottam. Az elvégzendő kísérleteknél élszerű kiszámítani azt a nevezetes forgáskeresztmetszetet, ahol l eff = 1mm és h eq = 0,1 mm, másrészt edig meghatározni azokat a beállítandó f és a értéket, amelyekkel ez elérhető. Az () és (3) egyenleteket felhasználva: a 0,4mm 1 os 93 0,4mm f 1mm 93 arsin (8) sin ,4mm a f 1mm (9) 0,1mm A fenti két egyenletből (8) (9) az alábbi megoldás árokat katam: a = 0, mm; f = 0,14976 mm illetve a = 0,15135 mm; f = 0, mm. A forgásolási gyakorlat szemontjából a két megoldás közül fontos műszaki tartalma sak az egyik megoldásnak van. Tehát az A = 0,1 mm forgáskeresztmetszethez tartozó előtolás és fogásmélység araméterek a = 0,7 mm és f = 0,143 mm. Az általam meghatározott elvégzendő kísérletsorozatot (7. Táblázat) úgy alakítottam ki, hogy a 1. mérési ont a k 1,0.1 érték meghatározására (ellenőrzésére) szolgál. 7. Táblázat Erőtani vizsgálatok kísérleti ontjai Mérési ont a, mm f, mm l eff, mm h eq, mm A, mm 1. 0,5 0,03 0,493 0,015 0, ,5 0,05 0,503 0,05 0, ,5 0,07 0,513 0,034 0, ,5 0,09 0,53 0,043 0, ,5 0,11 0,533 0,05 0, ,5 0,13 0,543 0,060 0, ,5 0,15 0,554 0,068 0, ,5 0,03 0,743 0,00 0, ,5 0,05 0,753 0,033 0, ,5 0,07 0,763 0,046 0, ,5 0,09 0,774 0,058 0, ,5 0,11 0,784 0,070 0, ,5 0,13 0,794 0,08 0, ,5 0,15 0,804 0,093 0, ,7 0,03 0,944 0,0 0, ,7 0,05 0,954 0,037 0, ,7 0,07 0,964 0,051 0, ,7 0,09 0,974 0,065 0, ,7 0,11 0,984 0,078 0, Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

39 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Mérési ont a, mm f, mm l eff, mm h eq, mm A, mm 0. 0,7 0,13 0,994 0,09 0,091 (k 1,0.1 ) 1. 0,7 0,143 1,001 0,100 0, ,7 0,15 1,004 0,105 0, Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

40 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 5 FORGÁCSOLÁSI ERŐMÉRŐ TERVEZÉSE ÉS ADAPTÁLÁSA FINOMFORGÁCSOLÁS TECHNOLÓGIÁJÁHOZ 5.1 Erőmérővel szemben támasztott követelmények A tervezett és finomesztergálás tehnológiájához adatált erőmérővel szemben támasztott követelmények a következőek: - kées legyen finom esztergálás közbeni kis erők korrekt mérésére (0 100 N) tized N-os ontossággal. - mindhárom erőkomonens mérésére legyen kées valós időben (F - főforgásoló erő, F f - előtoló erő, F - asszív erő). - könnyen, gyorsan legyen elkészíthető. - a szerszámbefogóban való rögzítése ne legyen bonyolultabb, mint egy késszáré. - a konstrukió előzze meg a drága mérőella esetleges sérülésekből adódó meghibásodását. 5. Erőmérő tervezése simító esztergálásnál felléő kis erőkre A lehetőségek közül a iezoelektromos elven működő erőmérő ella tervezését és alikáióját választottam. Bár mind a iezoelektromos és mind a nyúlásmérő bélyeges erőmérőknek vannak előnyei és hátrányai, ebben az esetben a merevség (lényegesen kisebb deformáió) és a viszonylag gyors megéíthetőség volt a választásom egyértelmű indoka. Az erőmérőhöz egy KISTLER 951A, 3D-s gyűrűellát alkalmaztam. Az ilyen fajta iezoelektromos erőmérő ellák jellemzője, hogy a merevségük megegyezik egy ugyanolyan geometriájú, nagy szilárdságú aélalkatrész merevségével, így utólagos beéítés esetén (illesztés a megfelelő forgásoló tehnológiához) nem romlanak lényegesen az átalakított objektum mehanikai tulajdonságai. A ellában gyűrű alakú elemek fészkeiben kis körtársa alakú kvarlemezek helyezkednek el, seiális, kötéssel rögzítve az erőátadó felületekhez (. ábra) [70]. Az F z (jelen alkalmazásban F - főforgásoló erőt) érzékelő kvartársák nyomóerőre, a többi társa F x, illetve F y (F f - előtolás irányú erő, illetve F - asszív erő) irányú nyíróerőre érzékeny. A ella kellően kisméretű ahhoz, hogy egy késszárba is beéíthető legyen.. ábra Erőmérő ella feléítése ([70] alaján) Az erőmérő kés egy SDJCR 55M 11 tíusú szabványos késszárból lett kialakítva, amelybe a vizsgálat alá vont lakát lehet befogni (DCGW 11T304) (3. ábra). 40 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

41 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Átalakított késszár ún. robbantott modellje Megvalósított erőmérő szerkezet 3. ábra Erőmérésre átalakított SDJCR 55M 11 tíusú késszár [S10] A beéítést úgy terveztem meg, hogy a lehetőségekhez kéest megfeleljen a KISTLER által (erőmérő ella beéítésére vonatkozó adatla) javasolt elrendezésnek. A savar egyedi, M8 1-es, nemesített aélból készült. Szerkezeti okból a szerszám (laka) súsa a ella tengelyére nézve külontos elhelyezkedésű, miáltal az előtolás irányú erő (F f ) a savar tengelyére nézve is létesít forgatónyomatékot. Ezt kizárólag a késszár és a ella egymáshoz szorított felületei között felléő súrlódás ellensúlyozza, ezért a szorítósavar (erőmérő ella beéítésére vonatkozó adatla) a javasolt 5 kn erővel lett előfeszítve [4]. A konstrukió olyan kialakítású, hogy az esetleges veszélyes nagyságú előtoló erő esetén (F f ) is legfeljebb a laka sérül, mert sem a ella, sem a lakabefogó fej nem tud 1- -nál jobban elfordulni. A hátsó hézag ennyit engedélyez, mielőtt az elforduló alkatrész a késszáron felütközne. Ez a beéített ella éldául egy KISTLER 5019 Multihannel Charge Amlifier, háromsatornás töltéserősítőhöz satlakoztatható (seiális árnyékolt kábelhármason keresztül). A műszer IEE-488 és RS-3 illesztőfelülettel is rendelkezik. A PC-hez legegyszerűbb ez utóbbin keresztül hozzákasolni. DynoWare szoftverrel lehet az erőregisztrátumokat kiértékelni. Célszerű a földhurkot lehetőleg sökkenteni l. úgy, hogy az erőmérő késszárat vékony textilbakelit laokkal galvanikusan elszigeteljük a földoteniálon levő a késtartótól. 5.3 Erőmérő kalibrálása Mivel a tervezett erőmérő kis erők mérésére szolgál, ezért ebben a tartományban kellett elvégezni annak kalibrálását is. Ez a fejezet az F főforgásoló erő, és F f előtoló erő, és F asszív erő komonensek kalibrálását és a mérési ontosság javítása miatt azok komenzáióját mutatja be Érzékenység beállítása A forgásoló erő támadásontja a szerszám súsában van. Ez egy külontos terhelést jelent az erőmérő ellára nézve. Például 1007 g terhelésnél 9,88 N-t, mint elméleti értéket kellene mérnie. Ezért iteráiós módszerrel először be kellett állítani az erőmérő érzékenységét. Rövid ideig tartó terhelésnél a mért F átlag értéke 9,866 N, míg a mért F f átlag értéke 9,868 N volt (hasonlóan az 41 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

42 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál F értéke is). Az eredményeken (4. ábra) jól látható, hogy ezt az elméleti értékekhez közeli eredményt viszonylag kis ingadozással teljesíti az erőmérő. F erőkomonens értékei 1007 g terhelésnél F f erőkomonens értékei 1007 g terhelésnél 4. ábra Az erőmérő ellenőrzése az érzékenység meghatározása után [S10] Az erőkomonensek méréséhez tartozó (és beállítandó) érzékenységek a következőek: - F érzékenysége: -3,463 C/N - F f érzékenysége: -7,47 C/N - F érzékenysége: -7,05 C/N 5.3. Ellenőrzés az idő függvényében Bár a gyakorlatban általában nins szükség hosszantartó folyamatos erőmérésre (inkább a szerszám éltartama során meghatározott időközönkénti rövid idejű regisztrátumokra), mégis élszerű megvizsgálni (a iezo sajátos jellemzője a töltődés miatt) a mért erő változását az idő függvényében. 1007g-os terheléssel 300 másoder alatt (5. ábra) F irányú erőmérés közben a töltődés alig 1 N. 5. ábra F változása az idő függvényében (m = 1007 g) [S10] Az öntöltődés hatására az erőnövekedés lineárisnak tekinthető. Ezt a sekély erőváltozást az idő függvényében szoftveres úton könnyen lehet komenzálni, illetve rövid ideig tartó mérésnél gyakorlatilag elhanyagolható. 4 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

43 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Ellenőrzés és korrekió a méréstartományban A tervezett méréstartományon belül mindhárom komonensre F, F f és F irányban ellenőriztem az erőmérőt (8. Táblázat, 9. Táblázat, 10. Táblázat). 8. Táblázat F erőkomonens ellenőrzésének és korrekiójának adatai Terhelés, F _elméleti, F _mért, N F _mért, N F _mért, N F _mért F _szórás, hiba, F hiba, N _korrigált, korrigálás g N (1. mérés) (. mérés) (3. mérés) átlag, N N % N utáni hiba, % ,88 9,87 9,8 10,17 9,953 0,189 0,075 0,756 9,94 0, ,00 14,69 14,7 14,79 14,733 0,051-0,66-1,774 14,79-1, ,68 19,67 19,75 19,75 19,73 0,046 0,044 0,6 19,86 0, ,9 9,48 9,58 9,57 9,543 0,055-0,377-1,61 9,86-0, ,83 49,8 49,9 48,89 49,153 0,8-0,681-1,367 49,79-0, ,39 78,58 79,3 78,97 78,97 0,37-0,466-0,587 79,30-0, ,06 100,9 100,6 101,1 100,867 0,5 0,805 0,804 99,91-0, Táblázat F f erőkomonens ellenőrzésének és korrekiójának adatai Terhelés, F f_elméleti, F f_mért, N F f_mért, N F f_mért, N F f_mért F f_szórás, hiba, F hiba, N f_korrigált, korrigálás g N (1. mérés) (. mérés) (3. mérés) átlag, N N % N utáni hiba, % ,88 9,87 9,87 9,87 9, ,01-0,088 9,94 0, ,00 15,09 15,04 15,08 15,070 0,06 0,07 0,470 14,95-0, ,91 0,17 0,15 0,18 0,167 0,015 0,5 1,67 19,90-0, ,9 30,34 30,31 30,9 30,313 0,05 0,39 1,313 9,85-0, ,83 50,67 50,67 50,66 50,667 0,006 0,83 1,669 50,00 0, ,39 81,04 81, ,00 0,00 1,63,050 79,55 0, , , ,967 0,058 3,90 3,90 100,59 0, Táblázat F erőkomonens ellenőrzésének és korrekiójának adatai Terhelés, F _elméleti, F _mért, N F _mért, N F _mért, N F _mért F _szórás hiba, hiba, % F _korrigált, korrigálás g N (1. mérés) (. mérés) (3. mérés) átlag, N, N N N utáni hiba, % ,88 9,89 10,0 10,08 9,997 0,097 0,118 1,194 9,99 1, ,00 15,1 15,0 14,97 15,037 0,076 0,037 0,48 14,9-0, ,91 0,16 0,0 0,0 0,067 0,081 0,15 0,765 19,85-0, ,9 30,3 30,4 30, 30,53 0,061 0,333 1,11 9,83-0, ,83 50,4 51,14 50,96 50,840 0,375 1,005,017 49,93 0, ,39 81,5 81,05 81,4 81,33 0,176 1,841,319 79,07-0, ,06 103,3 103,7 103,6 103,533 0,08 3,471 3,469 99,70-0,366 A mérési ontokban (F, F f és F irányú erőkomonenseknél) az eltérés az elméleti értékhez kéest az úgynevezett hibagörbék (6. ábra). 6. ábra F, F f és F erőkomonensek hibagörbéje a tervezett méréstartományban [S10] 43 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

44 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál A hibagörbéket (6. ábra) harmadfokú olinomokkal megfelelő korreláióval le lehet írni, így ezzel komenzálni (és még ontosabbá tenni) a mért értéket. Ebből adódóan a valós erő komonensek a következő módon számíthatók: F = F _mért - HF (30) F f = F f_mért - HF f (31) F = F _mért - HF (3) ahol, HF, HF f és HF a három erőkomonens hibagörbéjét leíró (mint korrekiós tag) egyenlet [S10]: 6 3 HF 7 10 x 0,0006x 0,00x 0,0834 (33) (R =0,9413) 5 3 HF f 1 10 x 0,0013x 0,0653x 0,60 (34) (R =0,9973) 6 3 HF 4 10 x 0,0003x 0,076x 0,438 (35) (R =0,9931) A hibagörbével komenzált értékek százalékos eltérésein jól látszik (8. Táblázat, 9. Táblázat, 10. Táblázat), hogy lényegesen kisebbek, mint a komenzálás nélküli értékeké. A méréstartományon belül a mért érték és a valódi érték közötti eltérés F erőkomonens esetén: a legkisebb eltérés -0,097% a legnagyobb eltérés -1,415%, míg az F f irányú erőkomonens estén a legkisebb eltérés -0,079% a legnagyobb eltérés edig 0,667%. F irányú erőkomonensnél edig a legkisebb eltérés 0,19% a legnagyobb eltérés 1,13%. 5.4 Erőmérő tervezésének összefoglalása Egy könnyen rerodukálható forgásolás közbeni kis erők éldául finomesztergálás mérésére (0 100 N) alkalmas erőmérő rendszert tervezését mutattam be és végeztem el. Ismertettem a forgásolási erő (két fő tíusának) mérésének lehetőségeit, módszereit és azok előnyeit, hátrányait. Definiáltam a tervezett erőmérő rendszerrel szemben támasztott követelményeket. Majd a tervezett mérési tartományban kalibráltam azt. Ezután felvettem mindhárom mérendő erőkomonens hibagörbéjét. Majd felállítottam három komenzáiós összefüggést, mellyel megfelelő ontosságúvá lehet tenni az erőmérést. Egy olyan komlex erőmérő rendszer került kiéítésre, mellyel tized N-os érzékenységgel vizsgálhatóak a finomesztergálás közbeni erőtani folyamatok. Pontosabban feltérkéezhetőek a forgásolóerőt befolyásoló tényezők (l.: tehnológiai beállítások, szerszám geometria, éllekerekedés, szerszámanyag munkadarab árosítás stb.), illetve tovább (ontosabban) vizsgálható a fajlagos forgásolóerő viselkedése ilyen tehnológiáknál. 44 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

45 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 6 EREDMÉNYEK 6.1 Ra és Rz felületi érdesség araméterek eredményei A kísérletek elvégzése után minden szerszámtíus és a különféle anyag esetén gyártási helyenként 1 mértem meg az érdességet (30 -onként) (7. ábra), amelynek átlagai és szórásai jelennek meg a 11. Táblázatban és 1. Táblázatban, minden kísérleti beállításra (1-16) különkülön. Egy munkadarabra 3-4 kísérleti beállítás fért (10-10 mm-enként). 7. ábra Érdességi mérések a munkadarab kerületén 11. Táblázat Mért érdességi adatok a szerszámok és kísérleti ontok függvényében AS1-es anyagnál 45 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

46 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 1. Táblázat Mért érdességi adatok a szerszámok és kísérleti ontok függvényében AS17-es anyagnál Az eredményekre főhatásábrákat készítettem Ra-ra és Rz-re külön-külön (8. ábra). Az egyes ábrák megmutatják, hogy a tervezett kísérletek lefolytatása során beállított araméterek átlagosan hogyan változtatják meg a felületi érdesség értékeit. Látható az ábrákról, hogy irossal és naransal jelölt Wier geometriájú szerszámok által gyártott felületek átlagos felületi érdesség és magasság értékei alasonyabbak minden beállítás esetén. Az alaanyagok tekintetében az Rz araméter értékeiben látható különbség az egyes beállítások során. Az előtolás értékének növelésével az átlagos Ra és Rz értékek növekednek, az ISO geometriájú szerszámok esetén nagyobb mértékben, mint a Wier geometria esetén. átlagos felületi érdesség (Ra) főhatásábrája [S1] 46 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

47 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál egyenetlenség magasság (Rz) főhatásábrája 8. ábra Főhatásábrák Az egyes kísérleti beállítások szerinti, anyagonként és szerszámonkénti átlagos Ra és Rz értékeken (9. ábra) jól látható a Wier szerszámok elkülönülése minden beállítás esetén, valamint MDC szerszám által gyártott felületek minőségének a többi ISO szerszámétól való eltérése. átlagos felületi érdesség (Ra) esetén [S1] 47 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

48 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál egyenetlenség magasság (Rz) esetén 9. ábra Érdességi araméterek a kísérleti beállítások függvényében [S1] Alaanyagok hatása az Ra és Rz érdességi araméterekre Az előző vizsgálatokból (8. ábra és 9. ábra) nem derül ki egyértelműen, hogy van-e különbség az ugyanolyan szerszámmal azonos körülmények között gyártott, de eltérő alaanyagok érdességi (Ra, Rz) araméterei között. Ennek eldöntésére szignifikania vizsgálatot végeztem. ISO szerszámok esetében azt katam, hogy sem az Ra sem az Rz (átlag) értékeire az alaanyagok nem voltak hatással. Wier geometriájú szerszámoknál Ra értékekben sem találtam különbséget, de a nem araméteres Mood medián teszt eredménye (13. Táblázat) az Rz értékeknél szignifikáns különbséget mutatott ki. Az Rz értékek szignifikánsan kisebbek AS17-es anyag finomesztergálásakor, mint AS1-es anyag esetén. 13. Táblázat Mood medián teszt Rz értékekre (Wier élgeometriák esetén) [S6] χ =13,88 DF=1 P=0,000 Anyag N N> Medián Q3-Q AS ,110 1,15 ( *------) AS ,790 0,770 (---*----) ,85 3,00 3,15 Össz medián=,870 95%-os konfidenia intervallumnál medián (AS1) medián (AS17): (0,150;0,430) Az okok feltárására siszolatokat készítettem az előtolás nyomokról. Első léésben azt kellett megállaítani, hogy az előtolásnyomokban az anyagösszetételek, kiválások hogyan viselkednek a forgásolás hatására. A következő léés annak eldöntése, hogy ezek a rendkívül kemény kiválások hogyan viselkednek a forgásolás hatására. Ezért a korábban említett módon siszolatokat készítettem az előtolás nyomokról (30. ábra). Elektronmikroszkóon vizsgálva (ismét) korrektül beazonosíthatóak a rimér szilíium szemsék az előtolás nyomokban, és egyértelműen megállaítható, hogy a felhasznált gyémánt szerszámok elvágják, elforgásolják ezeket a kemény szemséket. 48 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

49 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Sziliium kiválások detektálása az előtolás nyomokban (nagyítás: 1000x) Primer sziliiumok elforgásolva az előtolás nyomban (nagyítás: 1500x) 30. ábra Primér szilíium kiválások vizsgálata a forgásolt felületen (előtolás nyomokban) Ez után fémmikroszkó alatt is megvizsgáltam az előtolás nyomokat. ISO szerszámok esetében azt találtam (31. ábra), hogy hasonlóan az elektronmikroszkóos kéekhez AS17-es anyag esetében egyértelműen látszik (élanyagtól függetlenül), hogy a szerszám útjába kerülő rimér szilíium kiválásokat a szerszám elvágja elforgásolja. AS1-es anyag esetében az eutektikus szerkezet miatt ilyen mehanizmusról nem beszélhetünk. szerszám: PCD-ISO; anyag: AS17; v = 150 m/min; f = 0,01 mm; a = 0,5 mm; nagyítás: 1000x szerszám: CVD-ISO; anyag: AS17; v = 1833 m/min; f = 0,058 mm; a = 0,733 mm; nagyítás: 1000x 49 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

50 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál szerszám: MDC-ISO; anyag: AS17; v = 1833 m/min; f = 0,058 mm; a = 0,733 mm; nagyítás: 1000x szerszám: PCD-ISO; anyag: AS1; v = 150 m/min; f = 0,01 mm; a = 0,5 mm; nagyítás: 1000x 31. ábra Primér szilíium szemsék az előtolás nyomokban ISO szerszámok esetében Ezzel szemben Wier élgeometriájú szerszámoknál (3. ábra) a rimér szilíium elforgásolásán kívül azt a jelenséget figyeltem meg, hogy a Wier szerszám ezeket az elforgásolt rimér szilíium szemséket a felület közelében (0-30 µm) összetöri. AS1-es anyag esetében ilyen mehanizmusról (kivált rimér szilíiumok hiányában) nem beszélhetünk. szerszám: PCD-Wier; anyag: AS17; v = 150 m/min; f = 0,04 mm; a = 0,5 mm; nagyítás: 1000x szerszám: CVD-Wier; anyag: AS17; v = 150 m/min; f = 0,04 mm; a = 0,5 mm; nagyítás: 1000x szerszám: PCD-Wier; anyag: AS1; v = 150 m/min; f = 0,04 mm; a = 0,5 mm; nagyítás: 1000x szerszám: CVD-Wier; anyag: AS1; v = 1833 m/min; f = 0,116 mm; a = 0,733 mm; nagyítás: 1000x 3. ábra Primér szilíium szemsék az előtolás nyomokban Wier szerszámok esetében Annak, hogy a Wier szerszámok szignifikánsan kisebb érdességet (Rz) gyártanak AS17-es anyag esetében, magyarázata, hogy míg az összes szerszám elvágja a kemény 50 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

51 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál szilíiumszemséket, addig a Wier élgeometriával rendelkező szerszámok a felület közelében (vasaló hatásuk miatt ábra) össze is törik azokat, (esetleg belenyomva a lágy alumínium mátrixba ezzel sökkentve a felületi érdesség értékét Egyedi fenomenológiai modellek A mérési eredményekre a (8) (9) egyenletnek megfelelő matematikai modellt illesztettem. Az egyes együtthatókra megvizsgáltam, hogy értékük szignifikánsan eltér-e nullától, vagyis van-e az adott faktornak szignifikáns hatása az eredményekre (14. Táblázat). A zérustól szignifikánsan eltérő együtthatók értékeit jelöltem. 14. Táblázat Forgásolási araméterek hatása az egyedi egyenletek esetén (szignifikáns araméterek - x) [S1] PCD - ISO CVD - ISO MDC - ISO PCD - Wier CVD - Wier AS1 AS17 AS1 AS17 AS1 AS17 AS1 AS17 AS1 AS17 Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz Ra Rz v x x x o x x x x x x x x x o x x x o x x f x o x x o x x x x o x x x o x x x o o o a o o o o o o x x x x x x o o x o x x x o v x o x o x x x x x x o x x x x x x o o o f x x x x x o x x x x x x x x x x x x o o a o o o o o o x x x o o x x o o o x x o x v f x x x x x x x x x x x x x x x o x o x x v a o o o x o o x o o o x x x x x x o o x x f a o x x o o o x o o o x o o o x o x o x x Az egyedi egyenletek szignifikania vizsgálatából jól látszik, hogy a felületi érdességre leginkább az előtolás és a forgásolósebesség van hatással, valamint ezen faktorok keresztszorzatai is jelentősen befolyásolják a mérések eredményeit. Redukált modelleket alkottam (8) (9) alaján, Ra és Rz érdességi araméter beslésére az eltérő élanyag és munkadarab alaanyagnál ahol a főhatások araméterein kívül (b 1, b, b 3 ; ill. 1,, 3 ) sak azon együtthatókat vettem figyelembe, amelyek szignifikánsan eltérnek zérustól. Ezen redukált illesztett modellek araméterei az Ra, Rz értékekre a kétféle alaanyagra és az ötféle szerszámra az alábbiak: Ra PCD-ISO; AS1-1, (R =0,9153) Rz -7 = 7,50 v - 6, , v f 1, a (36) -3 v f + 33,8 f -1-3 PCD-ISO; AS1-7, , v -17,56 f + 5,54 a (37) -,06 10 (R =0,8719) Ra PCD-ISO; AS17-4, (R =0,9547) Rz -3-8 PCD-ISO; AS17-5, (R =0,891) Ra CVD-ISO; AS1 v f +861,43 f v +, ,14 f a v f + 5,7 f 51 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, = 1,691-1, v - 30,3 f +1, a (38) = 9,305-1,861-3 v f +1, = -6, ,401 f a v -157,8 f -1,03 a (39) v a f ,96 10 v + 5,335 f + 4, a (40) , v - 6, v f +116, f (R =0,8607) Rz CVD-ISO; AS1-7, = - 6, ,75 10 v +11,3 f + 6, a (41) v - 3, v f

52 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál (R =0,8687) Ra CVD-ISO; AS17 -,5 10 (R =0,9754) Rz.-3 CVD-ISO; AS17-9, (R =0,9539) Ra -7 = - 5,37 v f -1, v -1, MDC-ISO; AS1-3,64 10 (R =0,910) Rz MDC-ISO; AS1-1, (R =0,916) Ra -6 MDC-ISO; AS17-1, (R =0,9855) Rz MDC-ISO; AS , v + 3,937 f +1,354 a -1, v (4).-.-4 = -, ,93 = 6,639 v + 5, v +1, v a + 85,57 f -,997 f a - 8, v + 3,1 f + 6,183 a (43) v f + 4,4 f.-3-6,017 a , v - 7,71 f + 6,1 10 a (44) v f +198,0 f v f + 34,9 f - 5, = - 7, , v f + 3, a (45) v f - = 1,083 +1,618 =,869 -, , v f - 7,30 10 (R =0,9709) Ra PCD-Wier;AS a v - 9,5 f + 4,88 10 a (46) v a + 84,4 f -,88 f a , v - 45,34 f + 3,800 a - 6, v (47) =1,95-3,74 v a + 760,4 f , v +1, v f - 3, (R =0,796) Rz PCD-Wier;AS1 8,54 10 (R =0,716) Ra -7 PCD-Wier;AS17 + 8, (R =0,9149) Rz -4-7 v PCD-Wier;AS17, (R =0,864) Ra CVD-Wier; AS1 =1,869-8,31-4, = 1,167-3,919 v f +, = 3,795-1,185 v +1, =,084-4, , v + 8,07 10 (R =0,883) Rz CVD-Wier;AS1-4,057 a + 67,68 f (R =0,7907) Ra CVD-Wier;AS17 6, (R =0,919) -4 = 3,570-8,79 = 5,065 -,656 a v -10,9 f - 7, a (48) -3 v a + 40,56 f.-1 a +1,33 a v +,386 f +1,799 a (49) v f -1, v a + 54,9 f v - 7,839 f - 7, a + 6, v (50) -3 v a + 6,65 f + 3,59 f a v -14,8 f - 6, a (51) v a +81,31 f v -16,016 f -1,789 a (5) v f + 54,39 f + 4,058 a v f +1, ,996 f a +1,69 a v - 9,968 f (53) ,88 10 v + 3, f - 6, a (54) -4 v a + 3,010 f a 5 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

53 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Rz CVD-Wier;AS17 =,109-6, v + 3,835 f - 4, a (55) -3-4, v f + 8,37 10 v a f a -1,389 a (R =0,8719) A számított modellek illeszkedésének jósága (R ) a tehnológia tervezésben megfelelő Összevont fenomenológiai modellek A (10) egyenletnek megfelelően a különféle vizsgálatba vont szerszámokra és alaanyagokra összevont modellt éítettem. A modellek (10) (11) együtthatóira szignifikania vizsgálatot végeztem (15. Táblázat). A szignifikania vizsgálatból kiderül, hogy az ISO szerszámok esetén a fogásmélységnek nins hatása a megmunkált felület átlagos felületi érdességére, sem főhatásként, sem edig keresztszorzatok formájában. Míg a Wier geometria esetén jól látható, hogy a fogásmélység nem elhanyagolható tényező. 15. Táblázat Forgásolási araméterek hatása az összevont egyenletek esetén (szignifikáns araméterek - x) [S1] ISO geometria Wier geometria Ra Rz Ra Rz WM x x x x TM o o x x v x o x o f x x x x a o o x x TM TM x x x x v x x x x f x x x x a o o x x WM TM x x o o WM v x x o o WM f x x x x WM a o o o x TM v x x x x TM f x x x x TM a o x o o v f x x x o v a o o o o f a o x x o Az összevont redukált egyenletek a következőkéen alakulnak [S1]: Ra ISO 3, , , , a WM v,306 WM f 8, v f 1, , TM WM 3, , TM 3, v 184,3 f 5 TM v 4 4,70 10 v 14,81 f 4, WM TM TM f (56) (R =0,861) Rz ISO 1,013 a 1, ,,717 10, , ,41 WM, WM TM 1, TM 6, WM v 14,10 WM f TM v 8,49 TM f, TM, v 53, f 1 TM a 3 v 11,36 f 1, v f 1.69 f a (57) (R =0,8384) 53 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

54 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Ra Wier 7,799 f 1,03 a 7, , ,150 1, a 1 v f,463 f a WM 1, , v 31,06 f 1 1,63 WM f 4, TM 3,91 10 TM v 4 v 7, TM f (58) (R =0,7857) Rz Wier,103 f 1,064 a, ,041, WM,04 10 v 5,65 f WM v 3,98 WM f 5, , TM 9, ,010 a 1 v WM a,951 TM f 4 (59) (R =0,774) Az összevont redukált egyenletek (56) (57) (58) (59) jól leírják az egyes felületi érdesség aramétereket (Ra, Rz) az ISO, valamint a Wier szerszámok esetén. Alavetően a forgásoláskor beállítható aramétereket (v, f, a ) szokás a fenomenológiai modellekbe éíteni l.: [6][73][11][84]. Tehát ezen egyenletek használata esetén a forgásolási araméterek mellett az alaanyag tíusa és a szerszám élanyaga ismeretében meghatározható a finomesztergálással kaható felületi érdesség értéke. Annak illusztrálására, hogy a forgásolósebesség és az előtolás változására hogyan viselkednek az összevont redukált (56) (57) (58) (59) matematikai modellek mutat éldát a 33. ábra. (56)-os egyenlet diagrammja, anyag: AS17; szerszám: PCD-ISO (57)-es egyenlet diagrammja, anyag: AS17; szerszám: PCD-ISO (58)-as egyenlet diagrammja, anyag: AS17; szerszám: CVD-D-Wier (59)-es egyenlet diagrammja, anyag: AS17; szerszám: CVD-D-Wier 33. ábra Az összevont redukált egyenletek grafikus ábrázolása [S1] 54 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

55 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Reziduumok vizsgálata Az meghatározott matematikai modellek helyességét a reziduumok elemzésével vizsgáltam meg. Az egyedi, szerszámtíusonként és anyagtíusonként meghatározott egyenletekre (0-0 db egyenlet Ra-ra, illetve Rz-re) a reziduumok elemzése során azt találtam, hogy az eltérések véletlenszerűek és közel normális eloszlást követnek minden esetben. Ez azt jelenti, hogy az egyes egyenletek jól leírják az összefüggést a forgásolási araméterek és a felületi érdesség araméterek között. Hasonló eredményeket taasztaltam (34. ábra) az összevont matematikai modellek esetén is. a) (56)-os egyenlet normalitás vizsgálata b) (57)-es egyenlet normalitás vizsgálata ) (58)-as egyenlet normalitás vizsgálata d) (59)-es egyenlet normalitás vizsgálata 34. ábra Normalitás vizsgálat [S1] Az egyedi redukált és az összevont redukált egyenletek részletesebb ellenőrzésére olyan ábrát készítettem (35. ábra), ahol a vízszintes tengelyen a mért Ra ill. az Rz értékek szereelnek, a függőleges tengelyen edig a matematikai modellek alaján számított Ra, Rz értékek. Mivel az Ra értékei kisebb számértékűek az Rz értékeinél, ezért az origóhoz közelebbi négyzettel jelölt ontok az Ra értékeire, a többi ontok az Rz értékeire vonatkoznak minden kis grafikon esetén. Az első oszlo és a harmadik oszlo az AS1, valamint az AS17 alaanyagok esetére számított egyedi egyenletek eredményeit mutatja, a második és negyedik oszlo edig az AS1 és AS17 alaanyagokra számított összevont egyenletekre utal. Soronként láthatóak a különféle szerszámokkal történő megmunkálás eredményei. A modellekből számított eredmények és a mért felületi érdesség eredmények azonossága esetén, az ábrán jelölt ontoknak az y=x (berajzolt) egyenes mentén kell elhelyezkedniük. Látható az ábráról, hogy egyedi egyenletek esetén ez az illeszkedés minden esetben jó. Az egyedi modelleket a redukált modellekkel összevetve megállaítható, hogy besült értékek eltérése a mért értékektől nagyobb mértékű az összevont esetben, de nem jelentősen. 55 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

56 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 35. ábra Az egyedi és az összevont egyenletek ellenőrzése Az összevont egyenletek tehát jól leírják a forgásolási araméterek, alaanyagok és szerszámok felületi érdességtől való összefüggéseit, így otimalizálásra fel lehet használni. A tehnológiai tervezés folyamatában élszerű, hogy a lehetőségekhez mérten minél több araméter beállítását figyelembe tudjuk venni, ezért az összevont egyenletek jobban használhatóak. 56 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

57 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Ra és Rz érdességi araméterek szórásának vizsgálata Az érdességi értékek mellett szintén fontos jellemző azok szórása. Ennek jellemzésére kiválóan alkalmas a variáiós koeffiiens, mely a következő módon számítható: ahol, s a tizenkétszer mért értékek szórása, x a mért értékek átlaga. s CV (60) x Kiszámoltam ezeket az értékeket ISO élgeometriájú szerszámokra (36. ábra), és az látszik, hogy a különböző szerszámokkal gyártott felületek szórásai között nins különbség, viszont az AS17-es alaanyag lényegesen kisebb szórással gyártható, mint az AS1-es anyag. variáiós koeffiiensek Ra araméter esetében variáiós koeffiiensek Rz araméter esetében 36. ábra Variáiós koeffiiens értékek ISO geometriájú szerszámokra a kísérleti beállítások függvényében [S6] Az alaanyagok szórásra gyakorolt hatásának korrekt vizsgálatára Wiloxon róbát végeztem (16. Táblázat). A null-hiotézis az volt, hogy nins különbség a szórások között. Ezért az alábbi értéket határoztam meg: CV s s (61) Ra _ ISO Rz _ ISO Ra _ ISO, AS17 Rz _ ISO, AS17 Ra _ ISO, AS1 CV s s (6) Rz _ ISO, AS1 57 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

58 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 16. Táblázat Wiloxon róba a felületi érdesség (Ra, Rz) szórásának vizsgálatára ISO szerszámok esetén [S6] N Wiloxon statisztika Besült medián ΔCV Ra_ISO ,0 0,000 9,345 ΔCV Rz_ISO ,0 0,000 6,518 A róba egyértelműen megmutatta, hogy az AS17-es alaanyag esetén a felületi érdesség szórása szignifikánsan kisebb, mind Ra mind Rz érdességi értékek esetében. A Wier élgeometriájú szerszámok esetén is kiszámítottam a variáiós koeffiiens értékeket (37. ábra), melyekből szintén az olvasható ki, hogy a felületi érdesség szórására a szerszámoknak (élanyagoknak) nins hatása, viszont feltűnő a két alaanyag közötti különbség. variáiós koeffiiens értékek Ra araméter esetében variáiós koeffiiens értékek Rz araméter esetében 37. ábra Variáiós koeffiiens értékek Wier geometriájú szerszámokra a kísérleti beállítások függvényében [S6] [S9] Ennek a felismerésnek korrekt eldöntésére ismét Wiloxon róbát végeztem (17. Táblázat), ahogy a null-hiotézis a fenteikhez hasonlóan: CV s s (63) Ra _ Wier Rz _ Wier Ra _ Wier, AS17 Rz _ Wier, AS17 Ra _ Wier, AS1 CV s s (64) Rz _ Wier, AS1 17. Táblázat Wiloxon róba a felületi érdesség (Ra, Rz) szórásának vizsgálatára Wier szerszámok esetén [S6] N Wiloxon statisztika Besült medián ΔCV Ra_Wier 3 497,0 0,000 9,700 ΔCV Rz_Wier 3 47,0 0,000 5,17 A róba eredménye szintén azt mutatta, hogy az AS17-es alaanyag esetén a felületi érdességi araméterek szórása szignifikánsan kisebb, mint AS1-es anyag esetében. Ennek magyarázata 58 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

59 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál az, hogy az AS1-es anyag kisebb keménysége miatt a lágyabb anyag finomforgásolásánál az anyagleválasztás feltételei még a forgásolás egyébként is sajátos deformáiós viszonyaihoz kéest is extrémek, amelyek következményként rosszabb felületminőséghez vezetnek [59]. Tehát a vizsgált szerszámok és alaanyagok esetében finomesztergálás érdességtartó kéessége sak az alaanyagoktól függ (szemben az eltérő élgeometriákkal, vagy élanyagokkal). 6. Otimum ont meghatározása A redukált összevont matematikai modellek felhasználásával otimum megoldást keresek arra, hogy mely esetben lehet a felületi érdesség (Ra és Rz) éréke minimális, amennyiben a termelékenység (Pf) maximális. Az otimalizálást az eltérő szerszámgeometriák és az eltérő előtolási értékek (az érdesség összehasonlíthatósága miatt [7]) miatt külön végeztem ISO és külön a Wier szerszámokra Otimum ont meghatározása numerikus módszerrel Az egymásnak ellentmondó igények (érdesség minimalizálása, termelékenység maximalizálása) otimumának keresése történhet (17) élfüggvény segítségével. A két élgeometriával rendelkező szerszámokat külön vizsgálva a (17) alaján, behelyettesítve (56) (57) (58) (59) redukált összevont egyenleteket, az alábbi két minimalizálandó élfüggvényt kajuk: Ra ISO Rz v f Ra Wier v f ISO Rz Min Wier Min Tehnológiai megfontolásból (a túl kis lassú termelékenység elkerülése végett, a futtatást úgy végeztem, hogy (mint a kívánatossági függvényekkel való otimalizálásnál) a Pf értéke nem lehet kisebb mint 0,16 m /min. Az otimalizálás eredménye, (65) élfüggvény minimum érteke (ISO szerszámra) az alábbi [S3]: WM = 1 (AS17), és TM = 0 (PCD), a beállítandó forgásolási araméterek: v = 000 m/min, f = 0,081 mm, a = 0, mm. Az elérhető érdességi araméterek és termelékenység: Ra = 0,48µm, Rz =,96 µm, Pf = 0,16 m /min. A (66) élfüggvény minimum érteke (Wier szerszámra) az alábbi: WM = 1 (AS17), és TM = 1 (CVD-D), a beállítandó forgásolási araméterek: v =000m/min, f = 0,1433 mm, a = 0,405 mm. Az elérhető érdességi araméterek és termelékenység: Ra = 0,41 µm, Rz =,47 µm, Pf = 0,86 m /min. 6.. Otimum ont meghatározása kívánatossági függvényekkel Az első esetben az otimalizálást kívánatossági függvényekkel (38. ábra) végeztem el [56][16][33], ahol az egyes Ra, Rz és Pf értékeknek feltételeket adtam meg. A felületi érdesség kritériumokat úgy állítottam be, hogy a kedvező érték összevethető legyen a köszörülés tehnológiájánál kaott érdességgel, a nem megfelelő érték edig a simító esztergálás felső határa. Így ha Ra kisebb vagy egyenlő, mint 0,4 µm, akkor teljesen megfelelő, amennyiben 0,8 µm feletti érteket vesz fel, akkor nem megfelelő, a két határérték közötti összefüggés lineárisan halad. Az Rz araméter esetén a lehető legjobb megoldást a 3 µm vagy ez alatti felületi érdesség jelenti, nem megfelelő, amennyiben 4,5 µm feletti értéket kaunk. A termelékenységi faktor 59 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015. (65) (66)

60 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál határértékei ISO szerszámok esetében és 0,160 m /min és 0,05 m /min, illetve Wier szerszámoknál 0,160 m /min és 0,48 m /min. a) Ra kívánatossági függvénye b) Rz kívánatossági függvénye b) Pf kívánatossági függvénye 38. ábra Kívánatossági függvények [S1] Az otimalizását elvégezve azt katam, hogy ISO szerszámok esetén [S1]: WM = 1 (AS17), és TM = 0 (PCD), a beállítandó forgásolási araméterek: v = 000 m/min, f = 0,089 mm, a = 0, mm. Az elérhető érdességi araméterek és termelékenység: Ra = µm, Rz = 3,301 µm, Pf = 178 m /min. Ebben az esetben a kívánatossági függvények: d Ra = 0.55, d Rz = 0,799, d Pf = 0,46, a komozit kívánatossági függvény: D = 0,573. Wier szerszámok esetén: WM = 1 (AS17), és TM = 1 (CVD-D), a beállítandó forgásolási araméterek: v = 000 m/min, f = 0,158 mm, a = 0,4 mm. Az elérhető érdességi araméterek és termelékenység: Ra = 0,444 µm, Rz =,587 µm, Pf = 315,9 m /min. Ebben az esetben a kívánatossági függvények: d Ra = 0,889, d Rz = 1, d Pf = 0,516, a komozit kívánatossági függvény: D = 0, Otimum ont keresés eredményeinek összevetése, értékelése Az otimumkeresésből jól látszik, hogy anyagra és szerszámra ugyanolyan eredményt katam mindkét módszerrel. A forgásolási araméterek között tehnológiai szemontból elhanyagolható különbség van. 60 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

61 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál 6..4 Otimum ont ellenőrzése Az otimum keresés utolsó léése az otimumont ellenőrzése. Ezért megerősítő vizsgálatokat végeztem az otimum keresés eredményével, mind ISO és mind Wier szerszámok esetében. Az ellenőrző vizsgálatokat a kívánatossági függvényekkel meghatározott otimumontra végezetem el (bár a forgásolási beállítások tehnológiai szemontból megegyeznek.) Az ellenőrzés során az érdességi értékeket szintén 1-szer mértem (7. ábra). Látható (39. ábra), hogy a mért és besült értékek közötti különbségek Ra érdességi araméter esetében meglehetősen kisik. Az Rz érdességi araméter az ISO geometriájú szerszámnál kisebb, míg a Wier geometriájú szerszámnál a besült értéknél nagyobb értéket vesz fel, de a különbség nagysága a tehnolgia tervezésben nem számottevő (elhanyagolható). 39. ábra Otimum ont ellenőrzése forgásolási araméterek ISO geometriájú szerszám esetében: v =000 m/min, f=0,089 mm; a =0, mm; forgásolási araméterek Wier geometriájú szerszám esetében: v =000 m/min, f=0,15 mm; a =0,4 mm) [S1] 6.3 A felületi érdesség statisztikai aramétereinek (Rsk, Rku) elemzése A felületi érdesség statisztikai araméterei (Rsk, Rku) szintén 1 mérés (7. ábra) kiértékeléséből adódnak. A toológiai térké minden ontja (40. ábra) ennek a 1 mérési ontnak az átlaga, élgeometria és élanyag szerint soortosítva. A két toológiai térkéet összehasonlítva azt látjuk, hogy alakra hasonlóak az egyes szerszámok által gyártott értékek (Rsk - Rku soortok) a különböző alaanyagokon hasonló helyen vannak. De az ISO és Wier geometria által gyártott soortok (l.: CVD-D ISO; CVD-D Wier) úgy tűnik, elkülönülnek. toológiai térkéek AS1-es anyagnál toológiai térkéek AS17-es anyagnál 40. ábra Különböző szerszámokkal gyártott felületek toológiai térkéei [S] 61 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

62 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál A toológiai térkéekből egyértelműen kiderül, hogy van egy olyan (működés szemontjából előnyös) tartomány ahol az Rsk értéke negatív (ami egyáltalán nem jellemző az esztergálás tehnológiájára [81]) és Rku érték közel megegyezik az esztergálásra jellemző értékekkel. Az ilyen negatív Rsk tartományba eső felületeket általában szuerfiniselés vagy felületgörgőzés után lehet kani [8]. Statisztikai elemzés azt mutatta, hogy a forgásolási aramétereknek (forgásolósebesség, előtolás és fogásmélység) nem volt hatása az Rsk és Rku araméterekre, szemben az Ra és Rz araméterekkel Élgeometria hatása a felületi érdesség statisztikai aramétereire Csak a két különböző szerszámgeometriát jelölve a toológiai térkéen (41. ábra) három elkülönülő Rsk tartomány figyelhető meg egyértelműen (18. Táblázat). Az Rku értékek nem érzékenyek a szerszám geometriára. A gyártott felületek Rku tartománya 1,5 4 között van. Ez összhangban van a szakirodalommal [81]. 18. Táblázat Rsk értékek tartománya az élgeometriák függvényében [S] Wier geometria Wier & ISO geometria ISO geometria -1-0, -0, 0,55 0,55 1,0 41. ábra Eltérő szerszámgeometriával (élkialakítás) gyártott felületek toológiai térkéei [S] Két szélsőséges rofilt kiemelve, amelyek sak az előtolásban (összehasonlíthatóság miatt) és a szerszámél geometriájában különböznek (41. ábra, irossal jelölve), az érdességi rofilok adnak magyarázatot a jelenségre. Az ISO szerszámmal esztergált felület tiikus esztergált rofilt mutat, magas éles súsok, előtolásnyomok. Ezzel szemben a Wier szerszám által gyártott érdesség latószerú rofillal rendelkezik. Ennek magyarázata, hogy a Wier geometria (15. ábra) r e1 és r e sugarát összekötő r b0 sugár miatt, a fogásban lévő élszakasz mellékél elhelyezési szöge kisebb, mint az ISO geometriánál. Ezáltal a gyártott felület egyenetlenség magassága (Rz) is kisebb. Ennek eredményeként a magas súsok eltűnnek és a felület finomabbá válik, ennek köszönhető, hogy a Wier szerszámok termelékenysége nagyobb. Van azonban ennek a jelenségnek egy másik hatása, a vasaló hatás következtében létrejövő latós felület azt jelenti, hogy a valódi érintkező felületnek jobb lesz a tribológiai viselkedése, mint a magas súsokkal jellemzett felületé (4. ábra). 6 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

63 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál ISO geometriájú szerszámmal esztergált felület (érdességi araméterek: Ra = 0,806 µm; Rz = 4,056 µm; Rsk = 0,917; Rku =,915 forgásolási araméterek: v = 500 m/min; f = 0,085 mm; a = 0,5 mm) Wier geometriájú szerszámmal esztergált felület (érdességi araméterek: Ra = 0,493 µm; Rz =,783 µm; Rsk = -0,803; Rku =,995 forgásolási araméterek: v = 500 m/min; f = 0,17 mm; a = 0,5 mm) 4. ábra Eltérő Rsk érdességi araméterrel rendelkező felületek [S] 6.3. Alaanyag hatása a felületi érdesség statisztikai aramétereire A toológiai térkéen az összes ontot ábrázolva (43. ábra), de azt az alaanyagok szerint soortosítva, eldönthető, hogy van-e az alaanyagnak hatása a felületi érdesség statisztikai aramétereire. Az ábrán látszik, hogy az eltérő alaanyagok toológiai térkéei az egész tartományt lefedik, a vizsgálat alaanyagoknak nins hatása felületi érdesség statisztikai aramétereire. 43. ábra Különbőző alaanyagok toológiai térkéei [S] Egy másik fontos araméter a statisztikai mérőszámok szórása. A megmunkálás érdességtartó kéességét lehet ezzel jellemezni. A 1 mérésből adódó szórásokat kiszámítottam minden egyes kísérleti beállításra, külön-külön a felhasznált alaanyagokra és az öt féle szerszámra (44. ábra). 63 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

64 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál Rsk értékek szórása AS1-es anyag esetében Rsk értékek szórása AS17-es anyag esetében Rku értékek szórása AS1-es anyag esetében Rku értékek szórása AS17-es anyag esetében 44. ábra Az érdesség statisztikai aramétereinek (Rsk, Rku) szórása a kísérleti beállítások függvényében [S] (Variáiós koeffiiens elemzése nem volt lehetséges, mert a nevezőben Rsk értékeiből következően nulla érték is szereelhet.) Látszik az ábrán, hogy a zölddel jelölt oszlook (AS17- es alaanyaghoz tartozó szórások) kisebbek, mint az AS1-es anyagéi. Staisztikai elemzést készítettem, hogy alátámasszam ezt a szórások közötti különbséget. A null-hiotézis az volt, hogy nins különbség a szórások között. Ezért az alábbi értékek kerültek meghatározásra: s s s (67) Rsk Rku Rsk, AS17 Rsk, AS1 s s s (68) Rku, AS17 Rsku, AS1 Nem-araméteres Wiloxon róbát végeztem. Az eredmények azt mutatják (19. Táblázat), hogy AS17-es anyag esetében az Rsk és Rku értékek szórása szignifikánsan kisebbek, mint AS1-es anyag esetében. Ennek magyarázata (hasonlóan az Ra és Rz araméterek szórásának vizsgálatánál) az AS1-es anyag kisebb keménysége, mert a lágy anyag finomfogásolásánál az anyagleválasztás feltételei még a forgásolás egyébként is sajátos deformáiós viszonyaihoz kéest is extrémek, amelyek szükségkéen rosszabb felületminőséghez vezetnek [59]. 19. Táblázat Wiloxon róba eredményei a statisztikai araméterek szórásainak vizsgálatára [S] N Wiloxon statisztika Besült medián Δs Rsk ,0 0,000-0,0841 Δs Rku 80 89,0 0,000-0, Erőtani kísérletek eredményei Az erőtani kísérleteket a 4.1 fejezet szerint végeztem. Az erőtani vizsgálatokat az otimum vizsgálatoknál kaott szerszámmal végeztem (élanyag: PCD, élgeometria: ISO). A méréseket 64 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.

65 Öntött alumínium ötvözetek forgásolhatóságának elemzése külső hengeres felületek finomesztergálásánál úgy végeztem, hogy azonos fogásvétel mellett szakaszonként növeltem az előtolás értékét és így vettem fel majd értékeltem ki az erőregisztrátumokat (45. ábra). 45. ábra Erőregisztrátumok (anyag: AS1) A kísérleteket kétszer végeztem el és ennek (hibagörbékkel komenzált) átlagai, szereelnek a dolgozatban (0. Táblázat). 0. Táblázat Mért erőértékek (hibagörbék egyenletével komenzált) átlagai AS1 AS17 Mérési a, f, l eff, h eq, A, ont mm mm mm mm mm F, N F f, N F, N F, N F f, N F, N 1. 0,5 0,03 0,493 0,015 0,0075 7,77 4,9 4,01 8,89 6,11 5,05. 0,5 0,05 0,503 0,05 0,015 11,73 5,9 4,88 1,99 7,18 6, ,5 0,07 0,513 0,034 0, ,40 6,56 5,43 16,94 8,03 6, ,5 0,09 0,53 0,043 0,05 18,95 7, 5,65 0,54 8,78 7, ,5 0,11 0,533 0,05 0,075,18 7,38 5,76 4,05 8,91 6, ,5 0,13 0,543 0,060 0,035 4,9 8,1 6,04 7,01 9,64 7, ,5 0,15 0,554 0,068 0,0375 8,3 8,55 6,41 30,17 9,98 7, ,5 0,03 0,743 0,00 0,015 14,74 5,61 7,94 17,55 7,4 10, ,5 0,05 0,753 0,033 0,05,03 6,50 9,39 5, 8,44 1, ,5 0,07 0,763 0,046 0,035 9,43 7,6 10,80 31,79 9,68 13, ,5 0,09 0,774 0,058 0,045 35,50 8,63 1,07 38,99 11,06 14, ,5 0,11 0,784 0,070 0,055 4,65 9,73 13,08 44,76 11,3 14, ,5 0,13 0,794 0,08 0,065 48,58 10,55 14,33 51,67 1,34 15, ,5 0,15 0,804 0,093 0,075 54,15 11,76 15,51 58,45 13,44 16, ,7 0,03 0,944 0,0 0,01 19, 6,00 10,4 4,15 7,7 13, ,7 0,05 0,954 0,037 0,035 9,63 7, 1,97 34,54 9,3 15, ,7 0,07 0,964 0,051 0,049 38,34 8,61 15,15 44,73 10,53 18, ,7 0,09 0,974 0,065 0,063 47,76 9,91 17,54 53,53 1,0 0, ,7 0,11 0,984 0,078 0,077 55,46 10,9 18,4 63,04 1,5 0, ,7 0,13 0,994 0,09 0,091 63,14 11,8 0,01 71,9 13,66 1,86 (k 1,0.1 ) 1. 0,7 0,143 1,001 0,100 0, ,78 1,97 1,37 75,5 14,74,76. 0,7 0,15 1,004 0,105 0,105 71,79 13,46,19 78,74 14,79 3, Fajlagos forgásoló erő modellezése törtkitevős hatványfüggvénnyel A (4) egyenletnek megfelelően kiszámítottam a fajlagos forgásolóerő értékeit mindhárom erőkomonensre (1. Táblázat). 65 Horváth Rihárd Doktori (PhD) disszertáió, 015.