Forgácsolás szerszámai. 1. Laborgyakorlat

Átírás

1 Forgácsolás szerszámai 1. Laborgyakorlat

2 Forgácsolóerő meghatározása Közvetlen erőméréssel Teljesítménymérésből való erőmeghatározással Számítással Táblázattal Technológiai szoftverrel

3 Közvetlen erőméréssel Az eredő erő 1, 2, vagy 3 mozgásirányú összetevőjét mérjük Az eredő forgácsolóerő meghatározása ritkán szükséges ha mégis kell, számítjuk a mért adatokból Az erőmérők a forgácsolóerő pillanatnyi nagyságát, vagy a maximális értékét mérik

4 Közvetlen erőmérők Többféle elv szerint készülnek: Rugós Hidraulikus Villamos Maradó alakváltozáson alapuló

5 Rugó alakváltozásán alapuló erőmérő Közvetlen erőmérő 1 irányú komponens mérését teszi lehetővé Közvetlenül a forgácsolóerőre kalibrálható Egyszerű, de viszonylag pontatlan

6 Hidraulikus elvű erőmérő 3 komponensű A forg. Erőt az 1 késen keresztül a 3 ék körül elforduló 2 késtartó közvetíti az 5 henger 4 dugattyújára nyomás megnő -> manométer (6) kijelez Forgácsolóerőre is hitelesíthető Másik 2 irány elve u.a.

7 Az eddig tárgyalt erőmérők nagy hátránya a csuklóknál, mechanikus elemeknél fellépő surlódás -> mérési eredményt bef. Kiküszöbölésére újabb elv -> rugalmas alakváltozáson alapuló eszköz -> villamos elemeket tartalmaz Mérőelem típusa szerint: kondenzátoros, induktív, folyadékellenállásos, piezoelektromos, stb

8 Villamos érzékelés elvén alapuló Kondenzátoros (egyszerű) Két összeerősített lemezből álló 1 alátét, melynek deformálódó (kés alatti) részére kondenzátor-fegyverzeteket erősítenek lehajlik kapacitása megváltozik, ami mérhető az 5 galvanométerrel.

9 Nyúlásmérő bélyeges 1 késszárba van befogva a 2 betétkés késre ható erő a késszár elvékonyított részén deformál, amit a 3 nyúlásmérő bélyeg útján mérik, a 4 nyúlásmérő híddal mért ellenállás-változás méréssel. Bárhol egyszerűen alkalmazható kényes

10 Maradó alakváltozás elvén működő erőmérő Az eddig tárgyalt mérők a forgácsolóerő pillanatnyi értékét, vagy átlagos nagyságát mutatták A maradó alakváltozás elvén működő erőmérővel a mérési időszakban ébredő legnagyobb erő értéke állapítható meg

11 Maradó alakváltozás elvén alapuló mérések A késre ható f. erőt a készülékben lévő golyók veszik fel. Ezek a három összetevő hatásvonalában vannak A golyók 1-1 lágy etalon-lemezt nyomnak (4-5-6) A benyomódásból állapítható meg az erő nagysága

12 Erőmérés esztergán

13 Korszerű erő- és nyomatékmérők megmunkáló-központokra

14 Erőmérés marás esetén Marás esetében a mérőeszköz sokban függ attól, hogy milyen marási módban szeretnénk mérni. Ezekhez a módokhoz legáltalánosabban használható erő mérőket két csoportban lehet osztani: a tárgy asztalra felhelyezhető erőmérő Fx, Fy, Fz,irányokat tudja mérni a főorsóba befogható forgó erő és nyomatékmérő Fx, Fy, Fz, Mz, tud mérni

15 Tárgyasztalra szerelt Főorsóba fogott

16 A mérőeszközök úgy működnek, hogy a bennük lévő piezoelektromos kristályok alakváltozását figyelik, ezeknek a jelét egy elektromos jelerősítővel felerősítik, és ezt egy számítógép és egy szoftver segítségével kiértékelik, majd tengelyekre lebontva fellépő erő idő diagramokat készítnek

17 Részei A teljes erő nyomatékmérő rendszer felépítése: Type 9123C forgó mérőfej rádiós adóval Rádiós vevő Elektronikusan árnyékolt mérőkábel Elsődleges analóg jelerősítő Mérő vezeték Jel feldolgozó, jelerősítő, és vezérlő egység Homlokmaró felfogásához külön készített közdarab

18 Főorsó külső háza Egyedi, a főorsó házhoz készített rögzítő szerkezet Rádiós vevőegység, elhelyezése 1 2 mm re van a mérőfejtől Type 9123C Forgó erőnyomatékmérő Homlokmaró felfogásához készített egyedi felfogó közdarab 4 élű homlokmaró

19 A mérő műszer a három koordináta rendszer irányába ébredő erőket tudja mérni, tehát Fx, Fy, Fz, erőket és a z tengely körüli nyomatékot Mz. Ez a koordináta rendszer a mérőfejnek a saját koordináta rendszere. A z irányú tengely egybe esik a mérőfej forgástengelyével. Az x és az y irány rögzítve van mérőfejen belül. Ezek az irányok a kiértékelés és a számítások során mértékadóak, azaz ehhez koordináta rendszerhez viszonyítva tudjuk meghatározni az erőket.

20 a mérő úgy mér, hogy a forgástengelyének elmozdulását figyeli. A mérő belsejében úgynevezett piezoelektromos kristályok vannak, ezek a kristályok képesek erők, elmozdulások hatására alak változni. Az alakváltozott kristályok néhány mv feszültséget adnak ki magukból, nagyobb torzulás esetén nagyobb feszültséget, kisebb torzulás esetén kisebb feszültséget. Ezt a néhány mv feszültséget dolgozzuk fel a méréséhez. Mivel forgó erőmérőről van szó ezért nem megoldható a vezetékes jeltovábbítás, mint a tárgyasztalos erőmérőknél. Ebben az erőmérő fejben egy saját induktív áramforrás kis akkumulátorral és egy rádiós jeladó egység van elhelyezve. A rádiós úton kibocsátott jelek vételére egy a mérő mellé helyezett rádiós vevőre van szükség. Ez már fixen helyezkedik el a főorsóba befogott mérőfej mellett a főorsó külső borítására csavarozva

21 A felszerelt rendszert ezután már csak kábelekkel kell összekötni az erősítős egységhez majd a vezérlő egységhez. A vezérlő egység a kiértékelő számítógéphez csatlakozik

22 Mérés A tesztméréshez egy négy forgácsoló élű átmérő Ø10mm es szármarót használtunk. A forgácsolt anyag egy ST52 szerkezeti acél tömb volt, amelyen sarokmarást végeztünk és a sarokmarás közben a szerszámra a ható erőket néztük meg.

23 A mérés lebonyolítása

24 A teszt során három különböző mérést végeztünk, minden mérés során változtattunk a forgácsolás paraméterein. Ezekhez kaptunk három diagramot. 1 mérés 2 mérés 3 mérés Fordulatszám n = /perc /perc /perc Fogás szélesség a e = 7 mm 7 mm 7 mm Fogás mélység a p = 1,5 mm 1 mm 1 mm Előtolási sebesség v f = 400 mm/perc 400 mm/perc 800 mm/perc Fogankénti előtolás s z = v f /(n*z) 0,04 mm 0,04 mm 0,08 mm

25

26

27

28 A kapott diagramok zoom olt nézetben láthatók tehát nem a teljes mérés folyamatához tartozó diagram. A forgácsolási paraméterek változtatásával, változik az erő, az első méréshez képest a második mérés az ap fogásmélységet 1,5 mm ről 1 mm re csökkentettük. Ezzel arányosan az értékek csökkentek az első méréshez képest. A harmadik mérés során a fogankénti előtolás értékét dupláztuk meg. Itt láthatjuk, hogy a második méréshez képest az erők kb. duplájára nőttek. Ebből is látszik, hogy a forgácsolás során egy egy paraméter változásával, hogy változnak az erők

29 Számítás mérés összehasonlítása Kiinduló alapadatok: Munkadarab: ST52 Szerkezeti acél Fajlagos fő forgácsoló erő: kc1.1 = 1990 N/mm2 Emelkedési szög tangensének növekedése: m = 0,26 Munkadarab szélessége: b = ae =60 mm Forgácsolási ívszög: Szerszám adatai: Szerszám átmérő: D = 63 mm Fő él elhelyezési szög: k = 90º Fogszám: z = 4 Kapcsolódó fogak száma: a p 60 ϕ = 180 (2*arccos ) = 180 (2*arccos ) = 144, 49 D 63 Z e ϕ * Z = 360 = 144,49*4 360 = 1,605

30 Számítási lapok

31 Számítási lapok

32 Számítási lapok

33 Számítási lapok

34 Számítási lapok

35 Számítási lapok

36 A mérések során három forgácsoló erőt befolyásoló tényezőt változtattunk. Első részben a fogásmélység értékét, a második részben az előtoló sebesség értékén keresztül a fogankénti előtolást, a harmadik részben pedig a fordulatszámot változtattuk. Jól látszik a számításokból és mérésekből, hogy az előző mérésektől milyen módon tér el az adott érték. A következő táblázatban összefoglaltam a számított Fck közepes erő értéket, a mért Fa kerületi erő közepes értékét, a számított Mc közepes nyomaték értéket és a mért közepes Mz értéket. Minden erő mértékegysége [N], a nyomaték mértékegysége [Nm]

37 1,13 23,46 7,65 8,78 255,13 278, ,02 18,35 5,48 6,5 188,03 206, ,68 7,04 3,21 3,89 116,53 123,57 9 0,88 15,88 10,97 11,85 360,2 376,08 8 0,92 17,42 7,86 8,78 261,17 278,59 7 0,66 5,79 4,59 5,25 161,01 166,8 6 1,07 21,01 8,97 10,04 297,82 318,83 5 0,76 8,27 3,69 4,45 133,14 141,41 4 1,96 31,82 9,2 11,16 322,46 354,28 3 1,04 16,32 6,4 7,44 219,87 236,19 2 0,35 2,41 3,37 3,72 115,68 118,09 1 Nyomaték eltérés Erő eltérés M z mért nyomaték M c számított nyomaték F a mért erő F ck számított erő

38 Erő összehasonlítása

39 Nyomaték összehasonlítása

40 Eltérések különbség diagrammok

41 a mérőszoftver által megrajzolt diagram látható. Az első barna színű diagram az Fa kerületi erőt ábrázolja, ezt a szoftver számította ki a szerszámátmérő figyelembe vételével. A második zöld színű diagram az Mz nyomaték, a harmadik rózsaszín diagram az Fz erőt ábrázolja, a diagramra jelen esetben nincs szükségünk. A negyedik piros színű az Fy, az ötödik kék színű Fx diagramok láthatók. Az Fy és Fx értékekből számítja az Fa kerületi erőt

42 következtetések ezekkel a mérésekkel sikerült az elméletben meghatározott és a mért értékek között az összefüggést megtalálni, tehát a számított és mért értékek közelítőleg megegyeznek. A fent kiszámított, lemért erő és nyomaték értékek között még látható eltérés, ez az eltérés betudható annak, hogy a forgácsolás során nem használtunk hűtő kenő anyagot, tehát szárazon történt a homlokmarás. A mérések során nem új lapkákat használtunk, ez is növelte az eltérés értékét. Adódhatnak még a forgácsolt anyagban lévő anyaghibák miatt is. Összefoglalva kis hibatűréssel elfogadhatónak mondható a mért és a számított erő közötti eltérés.

43 Forgácsolási hőmérséklet mérése

44 Kaloriméteres hőmérséklet mérés Legrégebbi A forgácsot a leválasztáshoz közel egy kaloriméterbe vezetik -> felmelegíti a vizet: a forgács által leadott melegmennyiség=a kaloriméter melegmennyiség-növekedésével Hátrány: - mérés után számolást igényel - a forgács hőmérsékletét méri, nem a szerszámét

45 Hőelemes mérési módszerek Mesterséges hőelem Félmesterséges hőelem Természetes hőelem Mindhárom módszer a fizikából ismert hőelem elvén alapul: Ha különböző anyagú 2 fémrúd végét összeforrasztjuk és a forr. Helyét (melegpont) melegítjük, a rudak másik végét meg állandó hőmérsékleten tartjuk, akkor az áll. Hőmérsékleten tartott pontok (hidegpont) között feszültségkülönbség mérhető.

46 Szerszámba 1,5-2 mm furat a homloklaptól 0,4-0,5 mm-re végződve Ebbe hőelem, szigetelőcsővel (5) elszigetelve 1 melegpont melegszik, 2-3 hidegpontok között mérünk Mesterséges hőelem

47 Félmesterséges hőelem Előzőhöz hasonló, csak a homloklaphoz átfúrnak még egy 0,4-0,6 mm furatot A furatban konstantán huzalt szegecselnek, amit a nagyobb átm. Furat-szakaszban elszigetelnek a testtől Melegpont 1 Hidegpontok 2-3 Mérő -4

48 Természetes hőelemes módszer A hőelem mindkét tagja részt vesz a forgácsolási folyamatban Egykéses módszer: egyik tag a szerszám (1), másik a mdb (2) Forgácsolás nagy felületi nyomás a szerszámélen (mintha forrasztás lenne). Ez a hőelem melegpontja. Hidegpontok szerszámtest (5) és a mdb (4) A mdb-ot a géptől elszigeteljük (6, 8) (9) fémtárcsa, 10 higany

49 Kétkéses módszer 2 különböző anyagú kés, egyidőben dolgozik a hőelem két tagjaként Forraszanyagot a tárgy képviseli Melegpontok a két kés forg. Éle Hidegpontok a szárrésze A kések elszigetelve egymástól

50 Egyéb hőmérések Metallográfiai alapja az a jelenség, hogy a felmelegedés a szerszámban szövetszerkezeti és keménység változásokat okoz. Hőjelző festékes módszer felhasználva, hogy egyes anyagok a hőre változtatják színüket, ilyen festékkel festik be a szerszámot és a színváltásból következtetnek a hő nagyságára.

51 Hő-kamera alkalmazása

52 elve Elvben ugyan olyan kamera mint bár mely más fényképezőgép vagy videó kamera. A lényeges különbség, hogy a látható fény hullámhossza helyett az infravörös tartományra érzékeny. Az infravörös tartomány más jellemzőktől is függően, de a kibocsátó felület hőmérsékletével arányos.

53 Mérés hő kamerával HŐKÉP

54 Adott pontok hőmérsékletének leolvasása

55 Adott terület átlaghőmérséklete

56 Profil adott metszet hőmérséklete

57 Adott hő-tartomány kigyűjtése

58 Hisztogram

59 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!