Szerszámacélok köszörülése I. rész.

Átírás

1 Szerszámacélok köszörülése I. rész. A köszörülés folyamata még ma is egy kevéssé közismert terület az ipari technológiák között. A megfigyelés és közvetlen mérések nehézségei korábban hosszadalmas és fáradságos munkát adtak a mérnököknek. Szakemberek is gyakran misztikus ködbe vonják az egész kérdéskört. A következıkben kísérletet teszek arra, hogy rendszerezve a jelenlegi tudásunkat egy cikksorozatban végigmenjünk az elméleti alapfogalmaktól a leggyakorlatibb beállítási szempontok vizsgálatáig. Rövid elméleti bevezetı után a következı fejezet az alapanyagok, szemcsék fizikai tulajdonságai, kiválasztási szempontjai következnek. A köszörőkı kiválasztása, a lehúzás fontossága, a hőtés kérdései és a különféle technológiák (sík-, palást-, furat és beszúróköszörülés stb) speciális kérdései egy-egy cikk keretében kerülnek tárgyalásra. Lezárásként konkrét, gyakran használt szerszámacélok köszörülésének tapasztalatait, tanulságait, esettanulmányait ismertetjük. A köszörülés folyamata, alapvetı szempontok és fogalmak. Minden csiszolási, köszörülési folyamat lényege számos, véletlen szerően eloszló vágóél általi anyagleválasztás (forgácsolás). A keletkezı forgács sokkal kisebb mint a marás, esztergálás és más forgácsolási eljárás esetén. Itt mikroszkopikus méretekben kell gondolkodnunk. Az igen apró forgácsméret ill. anyagleválasztás teszi lehetıvé a folyamat során a legszigorúbb felületi követelmények és tőrések megvalósítását is. A következıkben megkíséreljük feltárni és leírni ezen köszörülési mechanizmus legfontosabb paramétereit, ezáltal megérteni az egész köszörülési mővelet lényegét. Ez a megközelítés segíti a szakembert egy konkrét technológia esetén a megfelelı csiszolóanyag és paraméterek megválasztásában, az esetleges problémák megértésében. A köszörőkı: A köszörőkı két komponense a csiszolószemcse és a kötıanyag, ami a szemcsét rögzíti, hasonlóan pl. egy forgácsolószerszám és a befogó esetéhez. A folyamat:

2 Három alapvetı kölcsönhatás lehetséges a munkadarab és a csiszolószemcse egymásráhatásában: Forgácsolás, tolás (torlás), dörzsölés vagy csúszás. Mivel számtalan vágóél dolgozik egyszerre a köszörülés minden pillanatában, minden fázis egyszerre van jelen a valóságos folyamatban. A köszörülési mővelet optimalizálása ezen kölcsönhatások ellenırzését és egyensúlyban tartását jelenti. Ha sikerül megértenünk az itt tárgyalt egyszerő összefüggéseket, nem fogunk elveszni a gyártók és kereskedık kínálatának számtalan jelölési- - és gyakran felszínes - felhasználási ajánlás rendszerében. Ha megértjük hogy mi történik a folyamatban, bármely jelölésrendszer mellet tárgyalóképes fogalmaink vannak a gyártói választék áttekintésében. Nézzük most sorban a három forgácsolási fázist: Vágás, forgácsolás: tiszta forgácsképet eredményez, ideális eset. A szemcse éles, határozott vágással tiszta forgácsot hasít ki a munkadarabból. A szemcse rögzítése is megfelelı, a keletkezı forgácsot a hőtıfolyadék idıben eltávolítja. A folyamat paraméterei feltételezve a megfelelı szemcse- és kötéskeménység, méretek, vágási- és elıtolási sebességek ill. a forgácselhordás és hőtés megfelelı választása lehetıvé teszi az ideális esetünk jó közelítését a valóságos munkamőveletben is. A köszörülési folyamat dinamikus természete azt jelenti, hogy sohasem valósul meg egy és csak egy állapot a forgácsolási tartományban. Tolás, torlás: (a szakirodalomban plowing, jó fordítása nincs)

3 Lényegében azt jelenti, hogy a vágóél már nem képes behatolva az anyagba valóságos forgácsot kihasítani. Az anyag feltorlódik az él elıtt és az mint egy dózerlap tolja maga elıtt. Az anyag deformálódik, energiát emészt fel (hı formájában). Csúszás (dörzsölés): esetében már alakváltoztatás sem történik. A szemcse szánkázik a felületen, dörzsöli, nyomja. Az energia hıvé alakul de forgácsolás nem történik. A nem megfelelı paraméterválasztás következtében a szemcse nem tudja elhagyni a rögzített helyét, a csúszási fázis állandósul. A felületen jól látható csúszási nyomokat eredményez. A hı formájában felszabaduló energia égési nyomokat hagy a felületen. Minden köszörülési technológiában ezen három fázis megfelelı egyensúlyának beállítására ill. kézbentartására törekszünk. A sik- és hengerköszörülés, beszúró- és profilköszörülés esetében mindig ezen folyamatok mőködnek. (A szerszámélezés ill. szuperabrazívok (gyémánt, CBN) most nem tárgya vizsgálatunknak.) Ha ezt sikerül jól átlátni, a következık már mőszaki, technikai részkérdések egy konkrét feladat esetében. A fentiek alapján most már vannak fogalmaink a különféle technológiák tárgyalásához. A köszörülési technológiák három fı csoportra oszthatók pl: Nagyoló (durva) köszörülés, precíziós köszörülés és ultra- vagy highpreciziós köszörülés.

4 A három csoport az anyagleválasztás mennyiségi és felületi minıségi (tolerancia) követelményekben különbözik. A szerszámgyártás területének fı technológiái a precíziós kategóriába sorolhatók. A nagy leválasztási teljesítmény és a szigorú felületi- és mérettartási követelmények egyszerre jellemzik a szerszámacélok köszörülési követelményeit. Technológiai szempontok a gyakorlatban: Áttekintve a köszörülési folyamat lényegét és elméleti alapjait, lépjünk át a gyakorlat területére. Vizsgáljuk meg, mi történik a valóságban. Milyen szempontok szerint kell közelítenünk - a számtalan technológiai körülmény áttekintésével a lényegesek kiválasztásával - egy tényleges probléma kezeléséhez. (gép, munkadarab, köszörőkı és beállítási faktorok) Gép tulajdonságai: Fontos szempont a gép merevsége, precíziós és dinamikus stabilitása. Ha a gép mechanikusan nem képes a beállított paraméterek folyamatos tartására, nem fogjuk elérni a várt eredményt. Egy másik szempont a gép megfelelı teljesítménye, beállási pontossága, lehúzási mechanizmusa. Ezek adják az elérhetı be- ill. visszaállási pontosságot a köszörőkı és a munkadarab statikus és dinamikus egymásrahatásában. A visszaállási pontosság az egyik fı paraméter. A gép kenési- hőtési rendszere is lényeges a megfelelı hımérséklet, kenés, ill forgácselhordás szempontjából. Szivattyúkapacitás, hőtıfolyadék összetevıi, átfolyási ill. nyomásteljesítmény, hozzávezetés geometriája stb. fontos szerepet játszanak az elérhetı felületi minıség és teljesítmény optimalizálásában. Munkadarab: A munkadarab paramétereinek pontos ismerete igen fontos a sikeres megoldás szempontjából. Mechanikai tulajdonságok, megmunkálhatóság, hıstabilitás, forgácsolási ellenállás, mikroszerkezet és kémiai érzékenység csak néhány példa a legfontosabbak közül.

5 A geometria is lényeges a megfelelı kıméret, éltartósság és hőtés megválasztása szempontjából. Minıségi követelmények, felületi és mérettartási elıírások behatárolják a kıválasztási ill. beállítási lehetıségeket. Köszörőkı kiválasztása: Elsıdlegesen a csiszolószemcse megválasztása történik. A szemcse anyaga, tulajdonságai, mérete, eloszlása és koncentrációja választandó meg. A szemcse rögzítése (kötés) is lényeges. A kötés karakterisztikája meghatározott a tipusa, keménysége, merevsége, porozitása és hıérzékenysége által. A köszörőkı anyaga és konstrukciója meghatározza a fent tárgyalt folyamatot egy adott munkadarab esetében. A gyártók különbözı, de szerkezetében hasonló karaktersorral adják meg egy köszörőkı fıbb paramétereit. Itt láthatjuk egy hasonló paraméterekkel mőködı tipus jelölését három ismert gyártó esetében. Beállítási szempontok: Ezek a szempontok, ugy mint pl: felszerelés, kiegyensúlyozás, a lehúzás gyakorisága, hőtı-kenı folyadék, a mérés mőködés közben vagy azon kívől történik stb. szintén jelentısen módosíthatják a mővelet eredményét. Az eddig elmondottak célja, hogy megértsük, a köszörülési folyamatot teljes egységében kell megértenünk. Nem az egyes faktorokat kell külön vizsgálnunk, hanem a mechanizmus lényegének tudatában a faktorok befolyását, hatását kell látnunk a folyamat egészére. Vannak kisokos táblázatok, megadva hogy egy konkrét anyagot mivel kell köszörülni. Azon kívül, hogy a fenti paraméterek sokaságából csak egyet vagy egyet sem ismer igazán mi van, ha mégsem válik be. Rossz kérdésre csak rossz választ lehet adni. Lehet vizsgálni, hogy a jól beállított egyéb paraméterek mellett a köszörőkı tulajdonságait hogyan választhatjuk ki vagy változtathatjuk meg egy adott gyártó kínálatából kiindulva. A gyártási technológiák sem azonosak, ezért óvakodni kell az összehasonlító táblázat használatától. Ezeket általában nem felhasználóknak írják nem feltétlenül szakemberek. Mit tegyünk? A mikroszkópi méretekben zajló folyamatokat közvetlenül nem tudjuk vizsgálni. A három fázis vágás tolás dörzsölés nyomait a munkadarab felületén vizsgálhatjuk. Ha kapott eredmény eltér a megkívánttól, ismerve a négy fontos paramétercsoportot (gép, munkadarab, köszörőkı, és egyéb mőködési körülmények) kiválasztva egy esetleg több de sohasem összefüggı paramétert, megváltoztatjuk. Pozitív vagy negatív eredmény kiértékelése után folytatjuk az optimális beállítás közelítését. Eredmények.

6 Az mőszakilag optimális köszörülési technológia lehetıséget ad a gyártási folyamat hatékonyságának növelésére, a selejtarány csökkentésére stb. A teljes gyártási fázis összköltségét nézve a megfelelı esetleg drágább köszörőkı vételára általában elhanyagolható. ( A gépidı költségének a köszörőkı vételára max. 1-2 %, a jól megválasztott beállítás % teljesítmény növekedést is eredményzhet az egész folyamatban! ) A jelen írásban elsısorban azt kívántam érzékeltetni, hogy hogyan, milyen fajta szemlélettel kell a köszörülés problémakörében elindulni. A fenti meggondolások után van értelme az egyes konkrét paramétercsoportok vizsgálatának, konkrét kérdésekre konkrét megoldások keresésének. Igény esetén folytatva a témakör tárgyalását a köszörőkı kiválasztás, lehúzás és hőtı-kenı rendszerek kérdését kell részletesen megvizsgálni. A példa kedvéért álljon itt néhány szempont egy konkrét választás esetén milyen paraméterek változtatását lehet megfontolni.: - a felületi minıség javítása finomabb szemcse, sürübb szerkezet, a köszörőkınél, nagyobb kerületi sebesség, alacsonyabb munkadarabsebesség, kisebb fogásmélység, és nagyobb kıátmérı. - a MRR (leválasztási arány) növelése: nagyobb szemcseméret, nyitottabb szerkezető köszörőkı. - acélokhoz Korund szemcse - nem vas fémekhez, wídiához Szilíciumkarbid szemcse - kemény fémekhez ötvözetekhez > 60 HRC CBN szemcséjő szerszám - lágy anyagokhoz keményebb kötéső, nagyobb szemcsézető köszörőkı - keményebb acélokhoz kisebb szemcse, puhább kötés - hıérzékeny anyagokhoz kisebb fogás, kisebb kerületi sebesség, nagyobb munkadarab sebesség - égetés esetén puhább kötés, nyíltabb szerkezet Losteiner József mérnök-szaktanácsadó csiszolástechnika jozsef.losteiner@noniusz.hu 30/ NONIUSZ Budapest Irodalomjegyzék: Joe Sullivan Senior Product Manager Norton Company Worchester Massichuses