Forgácsoló megmunkálások áttekintése 1.

Átírás

1 Gyártócellák (NGB_AJ018_1) Forgácsoló megmunkálások áttekintése 1. Bevezetés

2 A gyártástechnológia alapfogalmai Tartalom A gyártástechnológia fejlődési trendjei Vállalati struktúra Forgácsolási alapfogalmak Forgácsolás folyamata és mechanikája A forgácsolás energetikai kérdései Szerszámelhasználódás, szerszáméltartam Hűtés-kenés Felületi érdesség 2

3 A gyártástechnológia alapfogalmai Bevezetés A szerszámkészítés szerepe, az ember legősibb alkotó tevékenysége. Az őskorban majdnem a teljes munkaidőt a szerszámkészítés töltötte ki, ma már a gépiparban csak kb. 3%-át, a többit a szerszámok alkalmazása jelenti. 1. A technológia (a görög technos szóból ered) a fa és csontból készített szerszámoktól pl. a gyémántból készített 5 nanométer éllekerekítési sugarú forgácsolószerszámokig. Gyártástechnológia alapfogalmai 3

4 Bevezetés 2. A gyártástechnológia alapfogalmai Az első döntő változás a gőzgép gépi erőre épített nagyüzemek. A villamos energia, a tervezés és a szervezés tudományos igényű alkalmazása XX. sz. elején a tömeggyártás (szalagszerű szerelés, mechanikus automaták) megvalósítása. A XX. század közepére a tömeggyártás automatizálása fejlődésének csúcspontja megjelentek merev programokra alapozva - teljesen automatikus (ember nélküli) gyárak kísérleti jelleggel. Gyártástechnológia alapfogalmai 4

5 SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM A gyártástechnológia alapfogalmai Bevezetés 3. Újabb forradalmi változás a XX. század közepén Az elektronika, a számítástechnika (az informatika) alkalmazása első kísérleti számjegyvezérlésű (Numerical Control, NC) marógép 1952 lyukszalagon tárolt megmunkálási program segítségével könnyen átállítható lényegében tetszőleges munkadarabok gyártására. Ma nagy teljesítményű számítógépek a CNC (Computer Numerical Control, CNC) forgácsoló- és alakítógépeken, robotokban, szerelő automatákban rugalmas automatizálás. mind az egyedi, mind a sorozatgyártásban gazdaságos az automatizált gyártás. Gyártástechnológia alapfogalmai 5

6 A gyártástechnológia alapfogalmai Bevezetés 4. A gyártóberendezések tekinthetők mechatronikai szerkezeteknek a szerszámgépekben, robotokban elektronikus kinematikai lánc valósul meg, a mozgásokat intelligens vezérlés irányítja, a végrehajtást intelligens szenzorok ellenőrzik, felügyelik. Megmunkálóközpontok (Machining Center, MC) szerszámok gépen történő tárolása és cseréje Rugalmas (flexibilis) gyártócella (Flexible Manufacturing Cell, FMC) a munkadarabok automatikus tárolása és cseréje. Gyártástechnológia alapfogalmai 6

7 A gyártástechnológia alapfogalmai Megmunkálóközpontok (Machining Center, MC) SZE-n Öt tengelyes megmunkálóközpont Négy tengelyes eszterga megmunkáló központ Gyártástechnológia alapfogalmai 7

8 A gyártástechnológia alapfogalmai Bevezetés 5. Rugalmas (flexibilis) gyártórendszer (Flexible Manufacturing System, FMS) Az FMC-ket irányítási hálózattal összekötve, a szállításraktározást is automatizálva. Számítógéppel integrált termelés (Computer Integrated Manufacturing, CIM) informatikai modulokkal kiegészítve. a gyáron belüli funkciók és a külvilággal való kapcsolatok integrálása. Digitális gyár Hengerfej Gyártástechnológia alapfogalmai 8

9 Hengerfej megmunkáló sor GM Bevezetés 6. A gyártástechnológia alapfogalmai Gyártástechnológia alapfogalmai 9

10 A gyártástechnológia alapfogalmai Bevezetés 7. Adaptív irányítású szerszámgépek (Adaptíve Control, AC) a forgácsolási folyamat jellemzőinek mérése alapján a változó feltételekhez igazítja a megmunkálási paramétereket. szenzorok alkalmasak a folyamatok felügyeletére (hibák felismerése, elhárítása, diagnosztika). Vezérlések beépül a tudás és tanulás képessége részben hagyományos alakban (algoritmusok, adatbázisok), részben új alakban (szakértői rendszerek, mesterséges neurális hálózatok, fuzzy-logika). emberi felügyelet nélküli, illetve felügyeletszegény működés. Gyártástechnológia alapfogalmai 10

11 A GYÁRTÁSTECHNOLÓGIA FEJLŐDÉSI TERENDJEI 1. Elektronizáció, automatizálás, a mesterséges intelligencia alkalmazása (diagnosztika, felügyelet, optimálás, adaptivitás, stb.) 2. A pontosság fokozása (pl. ultrapreciziós-, szubmikronos megmunkálások) 3. Új anyagok alkalmazása, és ezek megmunkálása 4. A megbízhatóság növekedése és az autonóm üzemmód kiteljesedése (csökkentett felügyeletű-, illetve felügyeletnélküli gyártás) 5. A szellemi értékhányad növekedése a termékekben 6. A diverzifikálódó vevői, felhasználói igények kielégítése 7. Az egyre nagyobb és összetettebb rendszerekbe történő integrálás

12 A gyártástechnológia alapfogalmai Anyagáramlás Információáramlás Rendelés VÁLLALATIRÁNYÍTÁS ÉS ÜGYVITEL MIS Teljesítés CIM Gyártmány - tervezés CAD Gyártástervezés CAPP Termeléstervezés PPS Tervezést segítő modulok Raktározás, szállítás CAST Gyártásirányítás CAM Minőségbiztosítás CAQA Termelést segítő modulok Anyag ANYAGFELDOLGOZÁS PROCESS Termék Számítógép segítségével irányított vállalat struktúrája 12

13 Gyártási folyamat struktúrája A legyártandó alkatrész Műveleti sorrend Felírat:INDEX I. Forgácsol az egyik oldalon 1. Munkadarabot befog 2. Fúr + élt letör 3. Nagyoló esztergál 4. Simító esztergál 5. Fúr homlokfelületen 6. Mar 7. Fúr menet alá 8. Furatot süllyeszt 9. Menetet fúr 10.Munkadarabot átfog 11. Leszúr II. Forgácsol a másik oldalon 1. Második tokmányt alaphelyzetbe hoz 2. Központoz 3. Nagyoló esztergál 4. Beszúr 5. Simító esztergál 6. Beszúrást bővít 7. Fúr menet alá 8. Furatot süllyeszt 9. Menetet fúr 10. Mart felületet letör 11. Feliratoz 12. Munkadarabot kifog Gyártástechnológia alapfogalmai 13

14 Gömb esztergálása Gyártástechnológia alapfogalmai 14

15 A gyártás alappillérei A gyártás alappillérei TERMÉK Forrás: Fejes Sándor: Gyártástevezés és Dokumentáció Előadás SZE Gyártástechnológia alapfogalmai 15

16 Gyártási folyamat megválasztása Gyártási folyamat megválasztása Gazdaságos rugalmasság és minőség Forrás: Fejes Sándor: Gyártástevezés és Dokumentáció Előadás SZE Gyártástechnológia alapfogalmai 16

17 Osztályozás Élek száma és kialakítása szerint: Szabályos egyélű Szabályos többélű Szabálytalan sokélű Konstrukciós kivitelük szerint: Tömörek Összetettek (hegesztettek, forrasztottak, szereltek, stb.) Szerszámok osztályozása FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK 17

18 Forgácsoló szerszámok osztályozása Forrás: Pápai Gábor Labor előkészítő előadás FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK 18

19 A forgácsoló szerszámok jellemző sajátosságai A forgácsoló szerszámok jellemző sajátosságai műszaki gazdasági követelmények: a funkció minőségi ellátása pontosság magas élettartam termelékenység gazdaságosság. Ehhez: szükséges tulajdonságok anyagtulajdonságok geometriai tulajdonságok (élgeometria) FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

20 Szerszámanyagok 2. Szerszámanyagok Követelmények: Melegkeménység H szersz /H munkadarab 2 3 Szívósság Kopásállóság, kémiai passzivitás Termikus kifáradás Alak- és mérettartósság Megmunkálhatóság Ár FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

21 Dr. Horváth Mátyás- Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia Műegyetemi Kiadó Szerszámanyagok Szerszámanyagok hőállósága Forrás: Dr. Horváth Mátyás- Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia. Műegyetemi Kiadó FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK 21

22 Szerszámanyagok Szerszámanyagok csoportosítása, jellemző tulajdonságok Fő csoportok: Szerszám- és gyorsacélok Keményfémek és kerámiák (karbid, oxid, nitrid alapú keverékek) Szuperkemény szerszámok FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

23 Szerszámanyagok Bevonatos szerszámok Titán-nitrid csökkenti a súrlódási tényezőt, jó hőálló, jól ellenáll a hátkopásnak, jól tapad az alapfémhez, de kis "v" esetén élrátétképződés aranyszínű a legelterjedtebb Titán-karbid kiváló hátkopásállóság, többrétegű bevonatoknál alaprétegként Kerámia bevonat elsősorban Al 2 O 3 -t jelent hőállósága jó, kemény, passzív a vasalapú fémekkel, de gyenge az alapfémhez való kötődése egyre jelentősebb a nagy "v" - vel végzett esztergálás terén FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

24 Bevonatos szerszámok Szerszámanyagok További bevonatok: Keménybevonatok (speciális alkalmazásokhoz); karbonitrid Ti(C,N) hafniumkarbid (HfC), aluminiumnitrid (TiNAl), krómnitrid (CrN) Lágybevonat; molibdéndiszulfid (MoS 2 ) Gyémántbevonat (még különlegesség) Gyémánt bevonat töretfelületének elektronmikroszkópi képe FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

25 Szerszámanyagok Szerszámanyagok összehasonlítása D: Gyémánt CBN: köbös bórnitrid Forrás: Dr. Horváth Mátyás- Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia. Műegyetemi Kiadó FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

26 Forgácsoló szerszámok élgeometriája Forgácsoló szerszámok élgeometriája Homlokfelület (homloklap): A forgács ezen a felületen siklik (csúszik) le. Forrás: Pápai Gábor: Labor előkészítő előadás FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK 26

27 Forgácsoló szerszámok élgeometriája Forrás: Pápai Gábor Labor előkészítő előadás FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK 27

28 Szerszámellátás, szerszámrendszerek 4. Szerszámellátás, szerszámrendszerek Forrás: Dr. Horváth Mátyás- Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia. Műegyetemi Kiadó FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

29 Szerszámellátás, szerszámrendszerek Szerszámellátás, szerszámrendszerek Forrás: Dr. Horváth Mátyás- Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia. Műegyetemi Kiadó FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

30 Hűtés-kenés, hűtő-kenő anyagok 5. Hűtés-kenés, hűtő-kenő anyagok Felhasználás céljai: Súrlódás, szerszámkopás csökkentése (azaz a szerszám éltartamának és a megmunkált felület minőségének javítása) A forgácsoláshoz szükséges erő- és energia igény csökkentése Forgácstő hűtése (munkadarab hőmérsékletének és deformációjának csökkentése) Forgács eltávolítása a munkatérből Megmunkált felületek megvédése a környezeti károsodástól FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

31 Hűtés-kenés, hűtő-kenő anyagok Hűtés-kenés módszerei: Elárasztásos hűtés ( a hűtővíz mennyisége: esztergálásnál 10 l/min-től a marásnál 225 l/min-ig ) Ködhűtés (csak vízalapú folyadékok esetén) A szerszám külső hűtése A szerszám belső hűtése Irányított hűtőcső A szerszámtestben kialakított központi furat Külső hűtésű M6-os menetfúróknál 31 FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

32 Hűtés-kenés, hűtő-kenő anyagok Belső hűtés elve A főorsóból történik a hűtés-kenés, de a HSK befogó, illetve a szerszám egy központi furattal van ellátva, melyből a hűtőfolyadék a szerszám élénél áramlik ki és mossa ki a forgácsot, valamint keni a szerszám élét. Mélyfurat fúróknál csak ezt a módszert alkalmazzák. A lépcsős fúróknál a hűtőfolyadék nyomása 15 bar, a mélyfurat fúróknál 50 bar. 32 FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

33 Hűtés-kenés, hűtő-kenő anyagok Hűtés-kenés módszerei: Hűtés-kenés hatása a forgácsolási jellemzőkre: növeli a szerszám éltartamát elősegíti a forgácstörést javul a felületi minőség elősegíti a forgácseltávolítást Forrás: Dr. Horváth Mátyás- Dr. Markos Sándor: Gépgyártástechnológia. Műegyetemi Kiadó FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

34 Hűtés-kenés, hűtő-kenő anyagok 5. Hűtés-kenés, hűtő-kenő anyagok Hűtő-kenő anyagok: Vízalapú hűtőanyagok; Emulziók (Ásványi vagy növényi eredetű olajcseppek szuszpenziója vízben) vizes oldatok szódavíz modern változatai korrozióvédelmi adalékkal kiegészítve Olajalapú hűtőanyagok; állati olajok növényi olajok petróleum FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK

35 Forgácsolási alapfogalmak Forgácsolási alapfogalmak v forgácsolósebesség (m/min;m/sec) f előtolás (mm/ford) a fogásmélység (mm) n c fordulatszám (ford/min) h; b elméleti forgácsméretek (mm) A = h.b elméleti forgácskeresztmetszet v f előtolási sebesség (mm/min; m/min) v f = n c. F q c anyagleválasztási sebesség q c = a.f.v c A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

36 Forgácsolási alapfogalmak Alapfogalmak s előtolás (mm/ford) a fogásmélység (mm) h; b elméleti forgácsméretek (mm) A c = h.b elméleti forg. keresztmetszet (mm 2 ) A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

37 Forgácsolás folyamata és mechanikája Az anyag a nyírási síkban erősen deformálódik, majd anyagszakadás a fő igénybevétel nyírás A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

38 Forgácsolás folyamata és mechanikája Forgácsolás folyamata és mechanikája Az anyag a nyírási síkban erősen deformálódik majd anyagszakadás a fő igénybevétel nyírás A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

39 Forgácsolás folyamata és mechanikája Forgácsolás folyamata és mechanikája Különböző forgácstípusok keletkeznek: Alakváltozási tényező ( ): Minél kisebb, annál kedvezőbb a folyamat. h 1 h A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

40 Forgácsolás folyamata és mechanikája Forgácsformák Forgácstörés A forgács szabadon fut le Akadály A forgács lefutása során akadályba ütközik eltörik A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

41 Termikus jelenségek A forgácsolás energetikai kérdései A mechanikai energia teljesen hővé alakul 75-85% a forgácsba kerül A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

42 A forgácsolás energetikai kérdései A forgácsolás energetikai kérdései Élrátétképződés ábra Keletkezése A forgácsolási sebesség hatása Élrátét (U) Sorjaképződés Sorja (B) A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

43 Szerszámelhasználódás Szerszámkopás folyamata A kopás mechanizmusa I. Kezdeti kopás szakasza (bekopás) II. Egyenletes kopás szakasza (lineáris kopás) III. Túlkopás szakasza ( katasztrofális törés) Forrás: Pápai Gábor: Forgácsoló szerszámok. Laborgyakorlat előkészítő előadás A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

44 Szerszámelhasználódás A kopás mechanizmusa, kopásformák Hátkopás Homlokkopás, vagy kráteres kopás Szerszámelhasználódás Kráteres kopás A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

45 Szerszámelhasználódás Forrás: Pápai Gábor: Forgácsoló szerszámok. Laborgyakorlat előkészítő előadás A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

46 Szerszámelhasználódás Szerszámelhasználódás Szerszám A szerszámkopás (hátkopás) mérése Munkadarab Hátkopás δ r ε b/4 δ Hátkopás Megengedett maximális hátkopás δ t b δ t Megengedett Maximális hátkopás A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

47 Szerszámelhasználódás Szerszámelhasználódás Példák a szerszámkopásokra Hátkopás Homlokkopás és élkopás Hátkopás Homlokkopás és élkopás A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

48 Szerszámelhasználódás Példák a szerszámkopásokra 1. A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

49 Szerszámelhasználódás Példák a szerszámkopásokra 2. A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

50 Szerszáméltartam Az az idő, amelyet a szerszám utánélezés vagy csere nélkül forgácsolásban eltölt. Éltartamkritérium: éltartamot a maximálisan megengedhető kopás (δ t ) nagyságával határozzák meg. TAYLOR éltartamkritérium ábra Szerszáméltartam lg t C v = T m v c A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

51 Szerszáméltartam C v állandó T éltartam (min) m éltartamkitevő V c forgácsolási sebesség δ t megengedhető kopás Szerszáméltartam C v = T m v c A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

52 Felületi érdesség Felületi érdesség Mikroegyenetlenség R z elméleti érdesség A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS ALAPJAI

53 Köszönöm megtisztelő figyelmüket! 53