FORGÁCSOLÁSOK FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

Átírás

1 FORGÁCSOLÁSOK FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

2 Forgácsoló szerszámok A forgácsoló szerszámokkal szemben két fő követelményt támasztanak. Eszerint a szerszám legyen alkalmas: - a meghatározott anyagrész leválasztására, - a munkadarab előírt méretpontosságának, alakhűségének és felületi érdességének biztosítására. Ezeket a követelményeket úgy lehet maradéktalanul kielégíteni, ha a szerszám forgácsoló részét helyesen alakítják ki (élgeometria), és a szerszám pontos - a géphez és a munkadarabhoz viszonyított - befogását biztosítani lehet. A megfelelő technológiát a szerszám anyaga is befolyásolja.

3 Forgácsoló szerszámok csoportosítása Élek szerint Anyaguk szerint Készítési módjuk, szerkezeti kivitelei szerint Egyéb szempontok

4 Élek szerinti csoportosítás - Egyélű: pl. esztergakés - Kétélű: pl. Csigafúró - Szabályosan többélű: pl. maró - Szabálytalanul többélű: pl. köszörűkorong

5 Szerszám kialakítása Homloklap Mellékél Csúcs Mellékél hátlapja Hátlap Főél Főél a szerszámnak az az éle, amely a forgácsolás zömét végzi. A főél a szerszám csúcsánál találkozik a mellékéllel. A mellékél a forgácsolásban alig vesz részt. A homloklap az a felület, ahol a forgács elcsúszik. A szerszám hátlapja a főélen átmenő, a forgácsolandó felület felé néző lap.

6 Koordináta-rendszer, és síkok az élszögek vizsgálatához Az I. Fősík (Pf Munkasík/Funkcionális sík) az a sik, amely magába foglalja a főmozgást és az előtolás irányú mellékmozgást, és merőleges a fogásvétel irányára. A II. Fősík (Pp Tengelysík) merőleges az I. Fősíkra, és magába foglalja a főmozgás és a fogásvétel irányú mellékmozgás irányát. A III. Fősík (Pr alapsík/referenciasík) merőleges az I. és II. Fősíkra, valamint a főmozgás irányára, és magába foglalja az előtolás és fogásvétel irányát.

7 Koordináta-rendszer, és síkok az élszögek vizsgálatához Azt a síkot amely merőleges a főmozgás irányára és magába foglalja az előtolás és fogásvétel irányát, és átmegy a szerszám csúcsán, Alapsíknak (A) nevezzük. Az alapsíkra merőleges az Érintősík (E), mely átmegy a szerszám főélén. Az élszögek egy részét a főélre merőleges metszetben vizsgáljuk. A metszősíkot Fősíknak (F) nevezzük, amely merőleges az Alapsíkra és az Érintősíkra

8 Szerszám élszögei α - Hátszög β - Ékszög Homloklap γ Alapsík γ - Homlokszög δ - Metszőszög: α + β = δ A homlokszög pozitív, ha a homloklap az alapsík alatt α β δ helyezkedik el, α + β < 90. Homlokszög nulla, ha α + β < 0. Negatív a homlokszög Érintősík akkor, ha a homloklap az alapsík felett helyezkedik el, α + β > 90.

9 Egyenes nagyoló esztergakés élszögei α Hátszög B metszet α C A metszet α β γ α - Mellékél hátszöge β - Ékszög γ - Homlokszög χ A B r B χ δ δ - Metszőszög χ - Elhelyezési szög ε - Csúcs-szög χ - Mellékél elhelyezési ε A m λ (Hátraköszörülési) szög λ - Terelőszög m - Csúcsmagasság C nézet r - Csúcssugár

10 Kétélű szerszám Szabályosan többélű szerszám γ Főél Mellékél

11 Élanyagok

12 Az ÉLANYAGOT ÉLGEOMETRIÁT A BEVONAT ANYAGÁT TECHNOLÓGIAI ADATOKAT úgy kell összehangolni, hogy a szerszám ne csak forgácsot, hanem PÉNZT, NYERESÉGET is termeljen. A forgácsolásnak mindig TERMELÉKENYNEK OLCSÓNAK BIZTOSNAK (reprodukálhatónak) kell lennie!

13 ÉLANYAGOK IGÉNYBEVÉTELE NYOMÓ HÚZÓ MECHANIKAI NYÍRÓ STATIKUS, VÁLTAKOZÓ CSAVARÓ HAJLÍTÓ TERMIKUS HŐFOK, VÁLTAKOZÓ HŐMÉRSÉKLET KÉMIAI OXIDÁCIÓ, DIFFÚZIÓ

14 ÉLANYAGOK JELLEMZŐ TULAJDONSÁGAI KEMÉNYSÉG, NYOMÓSZILÁRDSÁG HAJLÍTÓ-, TÖRŐSZILÁRDSÁG, SZÍVÓSSÁG ÉLSZILÁRDSÁG MELEGKEMÉNYSÉG, HŐSOKK-ÁLLÓSÁG OXIDÁCIÓ-ÁLLÓSÁG KICSI DIFFÚZIÓS HAJLAM REPRODUKÁLHATÓ KOPÁSJELLEMZŐK KEMÉNYSÉG, KOPÁSÁLLÓSÁG SZÍVÓSSÁG (hajlító és törőszilárdság)

15 SZERSZÁMANYAG ÉLANYAG TÖMÖR GYORSACÉL KÉS FORRASZTOTT LAPKÁS KÉS VÁLTÓ- LAPKÁS KÉS A SZERSZÁM AKTÍV FORGÁCSOLÓ RÉSZE

16 MUNKADARAB ANYAGOK CSOPORTOSÍTÁSA A FORGÁCSOLHATÓSÁG: KOPÁS, ÉLTARTAM ÉRDESSÉG FORGÁCSOLÓ ERŐ FORGÁCSOLÁSI HŐ FORGÁCS ALAKJA, TERJEDELME ALAPJÁN. PÁLMAI Z.: FÉMEK FORGÁCSOLHATÓSÁGA, MŰSZAKI KIADÓ

17 P HOSSZÚ FORGÁCSOT ADÓ (ötvözetlen, gyengén ötv.-, ACÉLOK erősen ötv. acélok, acélöntvények) M ROZSDAMENTES ACÉLOK K RÖVID FORGÁCSOT ADÓ temper-, szürke-, gömbgrafitos öntvények N NEM VAS FÉMEK S HŐÁLLÓ SZUPERÖTVÖZETEK (Ni, Co alapú) titánötvözetek H EDZETT ANYAGOK

18 Szerszámanyagok Szerszámacélok - ötvözetlen - ötvözött - gyorsacélok Ötvözetlen szerszámacél: Az acélba vason kívül csak szenet adagolnak, míg Mn és Si csak szennyezőként szerepel. C = 0,6 1,5%. - keménysége elérheti a 65 HRC-t /megmunkálás C-ig/ - legkisebb teljesítményű szerszámacél - olyan forgácsolásnál használható, ahol kis hő keletkezik

19 Szerszámanyagok Ötvözött szerszámacél: Szénen kívül egy vagy több ötvözőt is tartalmaznak. Forgácsoló szerszámok készítésére a Mn, W és a Cr ötvözésű acélok használhatók. Mangán-szerszámacél (Mn = 1,5 2,1%) - helyes edzéssel 63-64HRC elérhető /megmunkálás C-ig/ - edzés után, köszörüléskor hajlamos a repedésre - kis teljesítményű forgácsoló szerszámoknál alkalmazható Wolfram-acél : 10 csoport, 1-esben max. W = 12% és C = 0.2%, míg a 10- esben legalább W = 0.8% és legfeljebb C = 1.2% HRC elérhető /megmunkálás C/ - edzési hőmérséklet betartása fontos - közepes teljesítményű forgácsoló szerszámoknál alkalmazható, ahol edzés után minden felületen köszörülni lehet. pl.: csigafúró

20 Szerszámanyagok Krómötvözésű szerszámacél: 6 csoportba osztható. Az 1-esben Cr = %, míg a 6-osban Cr = % Jellemzői: - keménysége HRC, C-ig megőrzi - jó szilárdsági tulajdonságok - nagy kopásálló - lágy állapotban nehezen megmunkálható, míg edzés után jól köszörülhető - jó minőségű dörzsárak, menetfúrók

21 Szerszámanyagok Gyorsacél: A gyorsacélok legjellegzetesebb tulajdonsága a nagy W- tartalom, ami nagy éltartósságot és nagy forgácsolási teljesítményt biztosit. Ezen kívül tartalmaz Cr-ot, a jobb minőségű gyorsacélokban található Co és Mo. - keménysége HRC, C-ig megőrzi - szilárdsági tulajdonságai jók - lágy állapotban nehezen megmunkálható, míg edzés után jól köszörülhető - dinamikus igénybevételt is jól bírja

22 Szerszámanyagok Keményfémek: A keményfémek olyan szerszámanyagok, amely magas olvadáspontú és nagy keménységű fémkarbidok (pl. wolframkarbid, titánkarbid) porából, zsugorítással állítanak elő. A fémkarbidokat kobalt kötőanyaggal porkohászati úton egyesítik. Az ötvözet keménységét a fémkarbidok adják. Az alacsony olvadáspontú kobalt a zsugorítást segíti elő, és a szívósságot biztosítja. - keménysége HRA, C-ig megőrzi - rideg, törékeny, hajlítószilárdsága kicsi, nyomószilárdsága jó - hirtelen hőingadozást kerülni kell

23 Szerszámanyagok Kerámiák: A kerámia lapkák alapanyaga tiszta alumíniumoxid (Al 2 O 3 ), amit por alakban sajtolnak,lapkaformára alkítanak, és égetve zsugorítanak. - nagy keménység - hőkezelést nem igényel - kis hajlítószilárdság Gyémánt: Egyetlen természetes előfordulású szerszámanyag. Egykristály, igen simára és élesre csiszolható. - nagyon kemény - hőkezelést nem igényel - kis hajlítószilárdság

24 Szerszámanyagok összehasonlítása Keménység / vágósebesség GYÉMÁNT KÖBÖS BÓRNITRID KERÁMIA CERMET IDEÁLIS ÉLANYAG KEMÉNYFÉM GYORSACÉL Szívósság / előtolás

25 Leggyakoribb előfordulás keményfémek

26 Élanyagok megoszlása (HSS nélkül) PTW adat

27 Keményfém élanyagok alkalmazásának osztályozása ISO szerint Alkalmazási főcsoportok Alkalmazási csoportok Betűjel Színjel Mdb. anyag Keményfém fajták Alkalmazhatóság P KÉK Acélok M SÁRGA Rozsdamentes acélok K PIROS Öntöttvasak N ZÖLD S BARNA Nemvas anyagok Nikkel alapú és titánötvözetek H SZÜRKE Edzett anyagok P01 P05 P10 P15 P20 P25 P30 P35 P40 P45 P50 M01 M05 M10 M15 M20 M25 M30 M35 M40 K01 K05 K10 K15 K20 K25 K30 K35 K40 N01 N05 N10 N15 N20 N25 N30 S01 S05 S10 S15 S20 S25 S30 H01 H05 H10 H15 H20 H25 H30 Kopásállóság és forgácsolási sebesség növekedése Szívósság és előtolás növekedése A keményfémek

28 Keményfémek osztályozása az ISO-szabvány szerint P HOSSZÚ FORGÁCSOT ADÓ (ötvözetlen, gyengén ötv.-,acélok erősen ötv. acélok, acélöntvények) M ROZSDAMENTES ACÉLOK K RÖVID FORGÁCSOT ADÓ temper-, szürke-, gömbgrafitos öntvények N NEM VAS FÉMEK, Al, réz S HŐÁLLÓ SZUPERÖTVÖZETEK (Ni, Co alapú) titánötvözetek H EDZETT ANYAGOK

29 A KEMÉNYFÉMEK MEGNEVEZÉSE ISO SZERINT HW WC/Co KEMÉNYFÉM HT TiC/TiN KEMÉNYFÉM (CERMET) HC BEVONATOS KEMÉNYFÉM HF FINOMSZEMCSÉS KEMÉNYFÉM Pl.: HW K40 A keményfémek

30 Bevonatok Bevonat készítési technológiák A szerszámbevonatoló eljárás közül, a szervetlen és a szerves rétegek párologtatására, felhordására 2 kiemelkedő jelentőségű technológia létezik. és 1, A fizikai gázfázis párologtatás PVD ( Physical Vapor Deposition ) 2, A kémiai gázfázis párologatás CVD ( Chemical Vapor Deposition ).

31 Bevonatok PVD-bevonatoló eljárások A fizikai gázfázis párologtatás A PVD-eljárásnál a forrástól a rétegzőanyag egy fizikai folyamattal a szilárd test fázisból a gázfázisba megy át. A precíziós szerszámoknál az ionbevonat ( Ion Plating ) 3 változata kerül bevetésre. A folyamatokat inaktív gáz alatt és többnyire reaktív gázzal (pl. nitrogén és/vagy acetilén) vezetik és negatív szubsztrátum előfeszültséggel dolgoznak. A változatok a fémpárologtatás fajtájában különböznek: Elektronsugár-párologtató eljárás Fényív- vagy Arc-eljárás (párologtatásához fényívet gyújtanak. Az eljárás Arc-Ion-Plating (AIP)-ként is ismert) Porlasztás, szilárd fázisból kiindulva, részecskebelövéssel.

32 HSS HSS - PM SZERSZÁMOK PVD BEVONATTAL BEVONATTÍPUSOK MEGOSZLÁSA MA: 60-FÉLE BEVONAT! Coating Guide év FORRÁS: EMUGE

33 Bevonatok CVD-bevonatoló eljárások A kémiai gázfázis párologatás A CVD-rétegező berendezéseknél a kiválasztandó anyagokat mindig gázokból nyerik. A fém alkotóelemek könnyen párologtatható fémkloridokat használnak, mint pl. a titántetrakloridot (TiCl4) vagy alumíniumtrikloridot (AlCl3). A reakció alkotóelemeket hordozógázon keresztül szállítják, mint pl. argonon (Ar) vagy hidrogénen (H2), és a felhevített szubsztrátumokra választódnak ki.

34 Bevonatok Gyémántrétegek: A polikristályos gyémánthoz (PKD) képest, ahol egyedülálló, sima vágólemezkéket forrasztanak keményen egy hordozószerszámra, a gyémántréteg azt az előnyt kínálja, hogy a komplex szerszámgeometriák is bevonatolhatók vele. Továbbá a CVDgyémántrétegek kötőanyagmentesek, és ezáltal mint a felforrasztandó CVD-vastag gyémántlemezkék keményebbek, mint a PKD. Minden gyémántanyagra érvényes a szén magas affinitása a vassal. A gyémánt átalakulása ( égetés ) már kb. 600 C-nál megkezd ődik. Természetesen a gyémántot alkalmazhatják Fe-anyagoknál is a kielégítő hűtés és az alacsony vágósebesség kikötése mellett.

35 Bevonattípusok és jellemzői

36 Bevonattípusok és jellemzői

37 Bevonatok Csúszó,- Kenőrétegek (MoS2, C-amorph /nem kristályos/, DLC, WC/C) A csúszórétegek tribologiai rétegek, amelyek a szárazmegmunkálásnál is egy bizonyos önolajozást biztosít. A felületi súrlódás, és a gerjesztett súrlódási hő csökkentésével az alkatrészbe ill. a szerszámba bevitt hő csökken. Van puha és kemény réteg. A puha, az ismert molibdén-szulfid (MoS 2 ), jelentőséget a forgácsnélküli, alakító szerszámoknál ért el. A forgácsolásnál jelentős kemény csúszórétegek közül többek között a szénrétegeket (a-c), és a hidrogéntartalmú fém-szén-rétegeket (Me-C:H, pl. WC/C) alkalmazzák.

38 Nézzünk egy forgácsolási folyamatot

39 MAGYARÁZAT A videón a forgácsleválasztás folyamata látható szabadforgácsolással. A szerszám bevonatos és bevonat nélküli gyorsacél. A munkadarab anyaga ötvözetlen szerkezeti acél. A bevonat nélküli szerszámra a forgács feltapad, élrátét képződik. A bevonatos szerszám alkalmazásakor ez a jelenség nem tapasztalható. A forgácsleválasztás folyamata Forrás: Balzers GmbH

40 Bevonattípusok alkalmazása Acélok Aluminium (>12% Si) Aluminium (<12% Si) Szürkeöntvények Szuperötvözött Vörösréz Bronz/ Sárgaréz Műanyag Fúrás ALTiN TiALN ALTiN TiALN naco TiCN TiCN-MP TiAlCN naco AlTiN CrN TiCN-MP TiALCN TiCN-MP TiALCN Esztergálás ALTiN TiALN ALTiN TiALN naco TiCN TiCN-MP TiAlCN naco AlTiN CrN TiCN-MP TiALCN TiCN-MP TiALCN Forgácsoló megmunkálás Marás Menet megmunkálás ALTiN TiALCN TiALCH TiCN-MP ALTiN TiALN ALTiN TiALN naco TiCN ALTIN TiALN TiCN-MP TiAlCN CrN+CBN TiCN-MP naco AlTiN naco AlTiN CrN CrN TiCN-MP TiALCN TiCN-MP TiALCN TiCN-MP TiALCN TiCN-MP TiALCN Fűrészelés TiALCN TiN TiCN-Mp TiN TiALCN TiN TiALCN TiN TiALCN TiN CrN TiCN-MP TiALCN TiCN-MP TiALCN Dörzsárazás és üregelés TiALN TiCN-MP TiALN TiCN-MP TiALN TiCN-MP TiCN-MP TiAlCN ALTiN TiALCN CrN TiCN-MP TiALCN - Forgácsolás nélküli megmunkálás Fröccsöntés Kivágás és sajtolás Képlékeny alakítás TiN CrN - ALTiN TiALCN - TiN CrN naco TiCN-MP TiCN-MP TiALCN - naco TiN CrN CrN+CBN TiCN-MP CrN+CBN TiCN-MP TiN CrN naco AlTiN CrN CrN CrN TiN TiN CrN TiCN-MP naco - naco AlTiN CrN TiCN-MP -

41 WOLFRÁM BÁZISÚ KEMÉNYFÉM HW KEMÉNY FÁZIS WC, TiC, TaC, NbC KÖTŐANYAG Co TITÁN BÁZISÚ KEMÉNYFÉM HT CERMET KEMÉNY FÁZIS TiC, TiN KÖTŐANYAG Ni, Mo A keményfémek

42 Bevonatstruktúrák TiN TiC WC/C TiCN TiAlN TiAlN TiN TiN Szubsztrát Szubsztrát Szubsztrát Szubsztrát Szubsztrát Egyszeres bevonat Gradiens bevonat Többrétegű bevonat Nano bevonat Kemény/lágy bevonat Bevonatolás

43 Egy- és többrétegű bevonat hajlítási szimulációja: Bevonatolás

44 Többrétegű gyémántbevonat elektronmikroszkópi képe Bevonatok

45 Többrétegű bevonatok elektronmikroszkópi képei Bevonatok

46 Gyémánt bevonatok töretfelületének elektronmikroszkópi képei NORMÁL ÉS NANO MULTI BEVONAT EGYRÉTEGŰ Bevonatok Forrás: EMUGE

47 Szerszám forgácsoló részének kialakítása A forgácsoló szerszám felhasználhatósága az élszögek kialakításától függ. A szerszám tervezésekor a homlok-, hát-, fő és mellékélehelyezési-, valamint a terelőszög, és a csúcssugár értékeinek meghatározása az elsődleges követelmény. Forgácselhelyezés: szerszámtervezéskor a megfelelő forgácstérről gondoskodni kell, ellenkező esetben a forgács megszorul, ami szerszámtöréshez vezethet. A forgácselhelyezés módja szerint megkülönböztetünk: - nyitott forgácstér (pl. eszterga) - félig zárt (pl. csigafúró) - zárt forgácstteret (pl. üregelőtüske)

48 Forgácsoló szerszámok csatlakozó részei A csatlakozó rész kettős feladatot lát el: a szerszám pontos helyezését, illetve az erő-, és nyomatékátvitel. A szerszámok csatlakozó részei a szerszámgép típusától függően szabványosítva vannak. Az általánosan használt csatlakozórészek: - négyszögletes - hengeres - kúpos - különleges kalakításúak

49 Váltólapkák ISO-szabvány szerinti kialakításuk ISO-szabvány szerinti leszorítás - felerősítésük, és jelölésük

50

51

52

53 SZERSZÁMKOPÁS

54 KOPÁSI FOLYAMAT KOPÁS TÖRÉS IDŐ BEKOPÁS LINEÁRIS KOPÁS KATASZTROFÁLIS TÖRÉS DEGRESSZÍV PROGRESSZÍV 54

55 Kopáskritériumok a gyakorlatban Megmunkált felület minősége (érdessége) romlik Pontosság csökken (csúcs-kopás) Rezgések erősödnek Mdb melegedése Forgácsolóerő nő törés Szerszám élettartama lecsökken

56 Szerszámkopások fajtái

57 KOPÁSFAJTÁK ÖSSZKOPÁS DIFFÚZIÓS ABRAZÍV OXIDÁCIÓS FORG. SEBESSÉG (HŐ) ADHÉZIÓS (FELHEGEDÉSES) KOPÁSFORMÁK - HÁTKOPÁS - KRÁTERES KOPÁS - FÉSÜS KOPÁS - SZÉLKOPÁS (SAROKKKOPÁS) - KIMORZSOLÓDÁS - KITÖREDEZÉS - PLASZTIKUS DEF. - TÖRÉS Kopások fajtái és formái 57

58 Kopási jelenségek okai

59 Kopási jelenségek okai

60 Kopás típusok = Hátkopás 2 = Kráteres kopás (B B) 3 = Főél hasítékos kopása 4 = max. hasítékos kopás 5 = Oxidációs vájat a mellékélen 6 = Plasztikus deformáció (C) 7 = Élrátét (A A) 8 = Fésűs repedések 9 = Kifáradásos repedés 10 = kitöredezés fogáson kívül 11 = Szerszámcsúcs roncsolás

61 Élsisak - élfelrakódás Vágóseb. Növelés Előtolás növelés Bevonatos keményfém Pozitív élgeometria Nagyobb felrakódásgátlós hűtőfolyadék, vagy a hűtés megszüntetése

62 Hátkopás Kopásállóbb keményfém Vágóseb. Csökkentése Előtolás növelése Intenzívebb hűtés

63 Kráteres kopás Kopásállóbb keményfém Bevonatos lapka Vágóseb. Csökkentése Pozitív élgeometria Intenzívebb hűtés

64 VB HÁTKOPÁS VB N SZÉLKOPÁS KT KRÁTERMÉLYSÉG KB KRÁTER SZÉLESSÉG KM KRÁTER KÖZÉPTÁVOLSÁG kopások 64

65 Oxidációs vájat a mellékélen Bevonatos (Al2O3), kopásálló lapka Jó kenőhatású és fokozott hűtés Vágósebesség csökkentése

66 Él plasztikus deformációja Kopásállóbb keményfém Vágóseb. Csökkentése Előtolás csökkentése Hűtőemulzió, intenzív hűtés Nagyobb csúcs-sugarú lapka Nagyobb csúcs-szögű lapka

67 Főél hasítékos kopása Bevonatos (Al2O3), kopásálló lapka Forgácsot egyenlőtelnül kell elosztani (homloklapforgácstörő kialakítás) Vágósebesség csökkentése Beállítási szög csökkentése

68 Vágóél rideg kitöredezése Szívósabb keményfém lapka Eltérő vágási geometria alkalmazása Fogás kezdetén csökkentett előtolás Kevésbé intenzív vágási feltételek

69 Vágóél (fogáson kívüli) sérülése Előtolás változtatása Élgeometria változtatása (forgácstörő) Szívósabb keményfém

70 Fésűs repedés Levegős hűtés Szívósabb lapka Vágósebesség csökkentése

71 Kifáradásos repedés a hátfelületen Szívósabb keményfém Szerszám be- és kilépés változtatása Vágási feltételek változtatása Él-geometria módosítása Előtolás módosítása

72 vágóél-, szerszámcsúcs roncsolása Szívósabb keményfém Nagyobb csúcs-sugár Nagyobb csúcs-szögű lapka Más élgeometria A fogás elején csökkentett előtolás

73 Hátkopás Szélkopás Kráteres kopás Kopások a forgácsoló lapkán Fésüs kopás forrás: Coromant 73

74 Kitöredezés háton Plasztikus deformáció forrás: Coromant Kopások a forgácsoló lapkán Kitöredezés csúcson 74

75 Szármaró kopása és élezése

76 Köszönöm a figyelmet!