Köszörűkorong szabályozás vizsgálata beszúró furatköszörülés esetén

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT Köszörűkorong szabályozás vizsgálata beszúró furatköszörülés esetén Takács Péter II. éves MSC gépészmérnök hallgató Konzulens: Prof. Dr. Kundrák János (DSc, habil) Tanszékvezető, egyetemi tanár Gépgyártástechnológiai Tanszék Miskolc, 2012

Tartalomjegyzék 1. Bevezetés... 1 2. A köszörülési eljárások áttekintése... 2 2.1. A beszúró furatköszörülés... 4 3. Anyagleválasztás abrazív szemcsékkel... 5 3.1. Az él anyagba hatolása, a karcolás... 6 3.2. A forgácsoló erő és az energia eloszlás a szemcse élén... 7 3.3 A köszörűkorongok kopási mechanizmusai... 10 4. A köszörűkorongok szabályozása... 12 4.1. Egyszemcsés gyémánt-szabályozó szerszámok... 14 4.2. A többszemcsés gyémánt-szabályozó szerszámok... 15 4.2.1. NC szabályozó tárcsák... 16 5. A köszörűkorong szabályozás vizsgálata az EMAG VSC 400DS szerszámgépen... 18 5.1. Az EMAG VSC 400 DS kombinált szerszámgép... 18 5.2. A kombinált eljárás felületi minősége... 19 5.2 A kombinált eljárás alkalmazása a vizsgált fogaskerék furat felületén... 20 5.3 A köszörűkorong fontosabb jellemzői... 21 5.4. A szabályozó szerszám fontosabb jellemzői... 22 5.5. A furat felület köszörűkorongjának szabályozása... 23 5.6. A furatköszörülési művelet időigényének számítása... 24 6. A kísérlet célja... 29 6.1. A szabályozás hatása a megmunkált furatok előírt jellemzőire... 30 6.1.1 A furatok felületi érdességének változása két szabályozási művelet között... 30 6.1.2 A furatok köralak hűségének változása két szabályozási művelet között... 32 6.1.3 A furatalkotók párhuzamosságának változása két szabályozási művelet között... 33 6.1.4. A három darabos szabályozási gyakoriság vizsgálatának értékelése... 35 6.2 A furatjellemzők vizsgálata négydarabos szabályozási gyakoriság esetén.... 36 6.2.1 A furatok felületi érdességének változása két szabályozási művelet között... 36 6.2.2 A furatok köralak hűségének változása két szabályozási művelet között... 38 6.2.3 A furatalkotók párhuzamosságtól való eltérésének változása két szabályozási művelet között... 39 6.2.4. A négydarabos szabályozási gyakoriság vizsgálatának értékelése... 41 6.3 A kísérlet összegzése... 42 7. Köszönetnyilvánítás..46 Irodalomjegyzék...47

1.Bevezetés Napjaink gyártástechnológiájának kiemelt tématerülete a köszörülési technológia. A korszerű fogaskerékgyártásban az edzett felületek befejező megmunkálása során az ultraprecíziós kombinált keményeszterga-köszörű megmunkáló központok nagy jelentőséggel bírnak, mivel a keményesztergálás mellett egy felfogásban tesznek lehetővé az adott munkadarabon abrazív megmunkálásokat is. Ez a fajta hibrid eljárás pontos, és a köszörülés révén az érdesség mikrogeometriai eloszlását tekintve szabálytalanabb felületi minőség előállítását teszi lehetővé, amely különösen előnyös illeszkedő felületek megmunkálása során. Dolgozatomban elsősorban a köszörűkorongok szabályozását, a fogaskerékgyártásban, egy létező autóipari alkalmazásban tanulmányozom, egy kombinált keményeszterga-köszörű centrumban végzett ultraprecíziós megmunkálás során. Különböző szakirodalmak segítségével áttekintem a köszörülési eljárásokat, majd részletesen ismertetem a vizsgált művelet megmunkálási eljárását a beszúró köszörülést. A beszúró köszörülés ismertetését követően kifejtem az abrazív szemcsékkel történő megmunkálás, valamint a köszörűszerszámok kopásának és szabályozási módjainak elméleti hátterét. A továbbiakban bemutatom a vizsgált megmunkálási eljárást, az eljárás során használt szerszámot, szerszámgépet, különös tekintettel a köszörűkorong szabályozásra. A szabályozás vizsgálata során a szabályozás módját és hatásait vizsgálom az alkatrészre vonatkozó geometriai és érdességi előírások, valamint a szabályozás gyakoriságának tekintetében. A köszörülési műveletek időigényének jelentős része a szabályozásból adódó mellékidő, ezért különös figyelmet fordítok a szabályozás módjának és paramétereinek figyelembe vételével a szabályozás időigényének vizsgálatára. Tudományos Diákköri Dolgozatomat a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt "Befejező precíziós megmunkálások kutatása" elnevezésű részprojekt támogatta. 1

2. A köszörülési eljárások áttekintése A gépgyártásban egyre növekvő figyelmet szentelnek a nagypontosságú alkatrészek gazdaságosabb körülmények között történő előállítására. Ennek megfelelően az esztergálás, fúrás és marás után a gépiparban leggyakrabban és legsokoldalúbban alkalmazott forgácsolási eljárás a köszörülés [1]. A köszörülés hosszú ideig befejező megmunkálást jelentett. A nagyteljesítményű szerszámok, és a merev, nagyteljesítményű gépek megjelenésével azonban nagyoló jellegű megmunkálásra is alkalmassá vált. A köszörülés szabálytalan élgeometriájú szerszámmal végzett forgácsolási művelet, amelynél mindig a szerszám végzi a forgó forgácsoló mozgást, amely haladó mozgással is kiegészülhet. A munkadarab szerszámhoz viszonyított mozgása a köszörülési művelet során lehet forgó, haladó, illetve forgó és haladó. Az eljárások forgácsoló sebességei alapján megkülönböztethetünk normál sebességű (v c 30 m/s), nagysebességű (v c =50-80 m/s), és ultrasebességű (v c =100-400 m/s) köszörülést. A munkadarab v w [m/s] sebességét (ami esetenként előtolósebesség is lehet) a q sebességviszony fejezi ki, mely szokásos nagysága [2]: = =60 150 A köszörülés szerszáma a köszörűkorong. A köszörülés a legegyszerűbbtől a legbonyolultabb felületek előállítására alkalmas befejező jellegű forgácsolási eljárás. Lehet nagyoló, de lehet akár az egyik legpontosabb megmunkálási eljárás is [1]. Pontossága IT6-7, az átlagos érdessége pedig R a 0,4-6,3 µm. A köszörüléssel szemben (mint minden más forgácsolási eljárással szemben) két egymással ellentétes követelményt támasztunk: az egyre növekvő pontossági igények minél termelékenyebb kielégítését. A köszörült alkatrész minőségét a méret és alakpontosság, a köszörült felület érdessége és a felületi határrétegnek a köszörülés által befolyásolt állapotváltozása határozza meg. A fogásmélység tájékoztató nagyságrendje előköszörülés esetén a=0,02-0,1 mm, készre köszörüléskor a=0,002-0,01 mm. A mai ipari gyakorlatban azonban ritkán, de megtalálható az úgynevezett mélyköszörülés, amelynél a fogásmélység megközelítőleg a=1-20 mm. A köszörülési eljárások között a szerszám anyagleválasztást végző felülete szerint megkülönböztethetünk palást, illetve homlokköszörülést. A köszörülés mozgásviszonyai alapján pedig beszélhetünk hosszköszörülésről vagy beszúróköszörülésről. 2

A megmunkálandó felületek jellege szerint a köszörülés lehet síkfelületek köszörülése, illetve forgásszimmetrikus felületek köszörülése. A munkadarab befogásának módja szerint a köszörülés történhet befogott munkadarabbal (tokmány, befogó patron, mágnesasztal, befogás csúcsok közé), illetve a munkadarab befogása nélkül (csúcsnélküli-köszörülés). A külső és belső hengeres felületek köszörülési eljárásainak rendszerezését az 1. ábra szemlélteti. Dolgozatomban hengeres felület köszörülésével foglalkozom, ezért más felületek köszörülési eljárásait nem tárgyalom. Felület Eljárás Külső Henger Belső Henger Palást -beszúró Palást -hossz Homlok -beszúró Homlok -hossz 1. ábra: A köszörülési eljárások felosztása (DIN 8589 szerint) [4]. A dolgozatomban egy kombinált autóipari szerszámgépen megvalósuló beszúró oszcilláló furatköszörülési művelet köszörűkorongjának szabályozását vizsgálom. Ennek alkalmazása furatos, edzett fogaskeréken történik. 3

2.1. A beszúró furatköszörülés Furatköszörülés során a munkadarab tokmányba, vagy hasonló készülékbe van befogva, annak érdekében, hogy a darab másik vége a köszörűorsó számára szabad legyen. Furatköszörülés során a munkadarab és a szerszám érintkezési íve viszonylag nagy. A munkadarab és a szerszám nagyobb érintkezési felülete miatt a fellépő erőhatások is nagyobbak, ebből következően lágyabb és durvább szemcséjű köszörűkorongokat szokás alkalmazni. Nagyobb átmérőjű köszörűszerszám alkalmazásával, a szerszám elhasználódása kisebb, a köszörülendő furat mérete, alakja pedig pontosabban betartható lesz [1]. A beszúró furatköszörülést rövidebb hengeres, merevebb, számottevő mértékben nem rugózó furat felületek megmunkálására alkalmazzák. Beszúró köszörüléskor a köszörűszerszám saját tengelyére merőleges, sugárirányú, folyamatos vagy szakaszos beszúró előtoló mozgást végez a munkadarab előírt készméretének eléréséig. (A beszúró mozgást a munkadarab is végezheti.) A köszörülés során a munkadarab, és a szerszám különböző fordulatszámmal forog, forgásirányuk ellentétes. A megmunkálási művelet során a köszörűszerszám és a munkadarab az oszcilláló furatköszörülés kivételével egymáshoz viszonyítva hosszirányban nem mozdul el, ezért a köszörűszerszámnak mindig szélesebbnek kell lennie a megmunkálandó felületnél. A beszúró furat köszörülés mozgásviszonyait szemlélteti a 2. ábra. 2. ábra: A beszúró furatköszörülés mozgásviszonyai. 3. ábra: A beszúró oszcilláló furatköszörülés mozgásviszonyai. A felületi simaság növelésének illetve a szerszámnál hosszabb furatok megmunkálhatóságának érdekében a beszúró köszörülés során a szerszám az előtolással egyidejű oszcilláló mozgást is végezhet, ezt beszúró oszcilláló köszörülésnek nevezik. Ekkor a munkadarab rendszerint csak forgó mozgást, a köszörűszerszám azonban a forgó és fogásvételi mozgáson kívül egyidejűleg tengelyirányú, rövid lengő mozgásokat is végez [3]. A beszúró oszcilláló furatköszörülés mozgásviszonyait a 3. ábra szemlélteti. 4

Az általam vizsgált köszörülési eljárás egy beszúró oszcilláló furatköszörülési eljárás. A köszörülési művelet végén néhány kiszikráztató fordulat szükséges, amely a forgácsoló erő következtében létre jövő rugalmas alakváltozások formájában nehezen oldódó feszültségeket csökkenti. A kiszikráztatás egyben javítja a darab felületi minőségét is. A beszúró köszörülés szerszáma lehet egyedi (hengeres lépcsős, alakos), vagy több köszörűszerszámból összeállított készlet. Széles köszörűszerszámok alkalmazása esetén a fellépő nagyobb forgácsoló erők miatt a köszörűorsót különösen jól kell csapágyazni. A beszúró sebesség nagysága függ a köszörűszerszám forgácsleválasztásban ténylegesen résztvevő felületének szélességétől, a munkadarab anyagától és sebességétől, valamint a köszörült felülettel szemben támasztott felületi érdességi követelményektől. A beszúrási előtolás a köszörűszerszám forgácsoló sebességének és a munkadarab átmérőjének függvényében változik [1]. 3. Anyagleválasztás abrazív szemcsékkel A geometriailag határozatlan élekkel rendelkező szerszámmal végzett forgácsolás, ahogyan a határozott élgeometriájú szerszámmal való forgácsoláskor is, a szerszám mechanikus behatása révén kialakuló anyagleválasztás. Az alapelv mind a két esetben azonos. Köszörülés során az élt a kemény anyagú szemcse adja, egy szemcsénél egyidejűleg több aktív él is részt vehet az anyagleválasztásban. A köszörűkorongok éleinek forgácskeresztmetszeti nagyságrendje azonban kisebb, mint határozott élgeometriájú szerszám esetén [4]. A szemcse anyaga leggyakrabban korund, szilícium karbid, köbös kristályos bórnitrid és gyémánt. Ezeket az anyagokat ma már jórészt szintetikusan állítják elő, mert így ha szűk határok között is, de kedvező anyagtulajdonságok érhetők el. A szemcseanyagokat egymástól főleg a keménységük és a kopásállóságuk különböztetik meg, de más szokásos fizikai tulajdonságaik mérőszámai is nagymértékben különböznek (pl.: sűrűség, a rugalmassági modulus, Poisson szám, súrlódási tényező, hőállóság, hőtágulási együttható, hővezető képesség). Mivel az abrazív szemcsék belekapnak a munkadarabba, keményebbnek kell lenniük a forgácsolandó anyagnál, ezért az abrazív szemcsék mindig kemény kristályos anyagok. A szemcse anyagok gyártási folyamatuk során több-kevesebb éles sarokkal és éllel rendelkező, szabálytalan alakzattá formálódnak. A szemcse felületének csak a különösen kiemelkedő részei hatolnak be forgácsolás közben a munkadarabba, ezek összessége együtt alkotja a forgácsoló élt [4]. 5

3.1. Az él anyagba hatolása, a karcolás A kötött szemcsével való forgácsolás mindíg erősen negatív homlokszögű szerszámmal valósul meg. Az él pályája köszörülés során epiciklois. A forgácsvastagság nagyon kicsi, így az anyag alakváltozása nem elhanyagolható. Köszörülés során a köszörűszemcse anyagba hatolásának mechanizmusa tehát pályához kötött. Pályához kötött élbehatolással jellemezhető megmunkálási folyamatnál a szemcse éle lapos pályán hatol be a munkadarabba, és ott egy rugalmas deformálási fázis után elindítja a munkadarab anyagának képlékeny folyását. Az anyagleválasztás vázlatos képét az él anyagba hatolásától a forgács leválásáig a 4. ábra szemlélteti. I.:Rugalmas alakváltozás, súrlódás a szemcse és a munkadarab között II.: Rugalmas és képlékeny alakváltozás, súrlódás a szemcse és a munkadarab között, a munkadarab anyagának belső súrlódása. III.: Rugalmas és képlékeny alakváltozás és forgácsleválasztás, súrlódás a szemcse és a munkadarab között, a munkadarab anyagának belső súrlódása. 4. ábra. A forgácsolóél behatolása a munkadarabba [5]. Mivel az él lekerekedése miatt az él kontúrja és a munkadarab felülete közötti szög eleinte nagyon kicsi, kezdetben nem képződik forgács. A szemcse a munkadarab anyagát oldalra nyomja, kinyomódásokk képződnek, ill. az anyag az él alatt a hátlaphoz folyik. Ha az él a munkadarabba olyan mélyen behatolt, hogy a h c forgácsolási vastagság megfelel az ún. T µ behatolási mélységnek, akkor történik a tényleges forgácsképződés. 6

Mivel egyidejűleg megy végbe a munkadarab anyagának oldalra való kinyomása és a forgácsképzés, az anyagleválasztás hatékonysága szempontjából döntő, hogy a h c forgácsolási vastagság milyen hányadát választjuk le ténylegesen forgácsként, és így milyen h ceff tényleges forgácsolási vastagságot érünk el. Ipari kutatások alapján ismert, hogy a T µ és a h ceff az él geometriai jellemzőtől, az η hatásirányszögtől, és az él v e működő sebességétől függnek. Ennek alapján a h ceff, és a T µ értéke az élen kialakuló súrlódási viszonyoktól és a munkadarab anyagának folyási tulajdonságaitól függnek. Mondhatjuk tehát azt, hogy a kis élességű és kis η hatásirányszöggel kapcsolódó tompa élek elősegítik a munkadarab anyagának kinyomását, és túl nagy behatolási mélységhez, ill. kicsi effektív forgácsolási mélységhez vezetnek. Az anyag folyáshatárának megnövelése is hasonló hatásokkal jár. Az él és a munkadarab anyagának súrlódása ezzel szemben fordítva hat. Növelése intenzívebb feszültségi állapotot hoz létre a behatoló él alatt, és elősegíti a forgácsképződést. Hasonló vonatkozik a v e működő sebességre, ennek növelésével kisebb a behatolási mélység [4]. 3.2. A forgácsoló erő és az energia eloszlás a szemcse élén A forgácsolóél behatolásakor az egyes szemcsék élére ható forgácsoló erő a forgácsolás irányába eső F ts és egy erre merőleges F ns komponensekre bontható (4. ábra). Az F ns /F ts hányadost hívjuk forgácsoló erő viszonyszámnak [4]. Az egész szerszám forgácsoló ereje lényegében a forgácsoló erők összege mindazon szemcseélekre, amelyek az adott pillanatban a munkadarabba hatolnak, ezért a gépen mérhető forgácsolási erőviszony az egyes szemcsék éleire értelmezett forgácsoló erő viszonyszámok átlagaként adódik. A karcolás első fázisában, amikor a munkadarab anyagát a szemcsével csak szétnyomjuk, az élt a munkadarabba nyomó F ns erő lényegesen nagyobb, mint az F ts így a forgácsoló erő viszonyszám viszonylag nagy. A forgácsképzéssel az F t$ tangenciális erő megnövekszik, így a forgácsoló erő viszonyszám csökken. Figyelembe véve az előbbieket a ρ s kis élsugarú, éles szemcseélek, illetve nagy súrlódás esetén az él behatolása során a forgácsképzés korábban megkezdődik. Ez viszonylag kisebb forgácsoló erő viszonyszámot eredményez. Ezzel szemben a kis súrlódás, illetve a nagyobb él lekerekedési sugár meghosszabbítják a munkadarab anyagának felgyűrési fázisát, így jó kenésnél, ill. tompa éleknél nagyobb forgácsoló erő viszonyszámmal kell számolni. 7

A forgácsoló erő komponensek abszolút nagyságát karcolási próbák segítségével szokták meghatározni. A vizsgálatokhoz karcoló szerszámként különböző csúcssugarú kúpos gyémántokat használnak. A mérésekből származó eredmények összehasonlíthatóságának érdekében a mért tangenciális erőt a karcolt barázda keresztmetszetére kell vonatkoztatni. ahol: A fajlagos karcoló erő: = - a forgácsolóerő forgácsolás irányába eső komponense, - a karcolási keresztmetszet. A tapasztalat azt mutatja, hogy kisebb karcolási keresztmetszet esetén a vonatkoztatott karcoló erő igen nagy. Ez ismét azt a tényt tükrözi, hogy kis forgácsvastagságoknál az él a hátlapjával a munkadarab anyagán csúszik, és azt csak kinyomja. Ezen kívül megállapítható, hogy tompa élek esetén a nagyobb érintkezési felület miatt összességében nagyobb forgácsoló erő fog fellépni. Ha a fajlagos karcoló erőt a számlálóban és a nevezőben a karcolt felület hosszúságával bővítjük, akkor a térfogatra vonatkoztatott munkát kapjuk. A fajlagos karcoló erő számértékét értelmezhetjük olyan energiaként, amely egységnyi térfogatú barázda karcolásához szükséges. Hasonlóképpen értelmezhető a geometriailag határozott forgácsoló éllel végzett forgácsoláskor a k c1.1 érték. A két jellemző összehasonlításából következik, hogy adott munkadarab-térfogat leválasztásához geometriailag határozatlan éllel olyan energia- mennyiségre van szükség, amely egy nagyságrendnél nagyobb, mint az ugyanazon munkadarab-térfogat geometriailag határozott éllel való leválasztásához szükséges energiamennyiség. 8

5. ábra. Az energia eloszlás az abrazív szemcse anyagba hatolásakor [5]. Az 5. ábra szemlélteti, hogy a bevitt mechanikai energia lényegében négy helyen hővé alakul. A kevésbé éles élek miatt az energia nagy része a hátlapsúrlódás és a munkadarab anyagának képlékeny kinyomódása következtében alakul hővé. Ezen kívül azonban a szemcse homlokfelületén is hő keletkezik, és a forgács lenyírásakor is hő képződik. Végül meg kell említeni, hogy kötött szemcsék esetén a mechanikai energia egy része azért is alakul hővé, mert a szerszám kötőanyaga a munkadarabon dörzsölődik. Míg a geometriailag határozott éllel végzett forgácsoláskor a forgács a hő legnagyobb részét eltávolítja, addig a köszörüléskor a fő hőforrások az él alatt vannak, így a képződött hő nagy része először a munkadarab irányába áramlik, és ott helyi hőmérséklet-növekedést okoz. Ez a hőmérséklet növekedés a nagyságától és a hatás idejétől függően nemkívánatos szerkezetváltozásokhoz és a munkadarab felületén oxidációs jelenségekhez vezethet. Hűtő-kenő közeg alkalmazásával a hőmérséklet emelkedés mértéke és a hatásidő kedvezően befolyásolható. Hűtő-kenő anyagot használva csökken a súrlódás, és ezzel a hőképződés, a folyadék pedig gyorsan eltávolítja a hőt a munkadarabról [4]. 9

3.3 A köszörűkorongok kopási mechanizmusai Nemcsak a munkadarab felületén okoznak gondot a termikus jelenségek, hanem magát a szerszámot is igénybe veszi a nagy hőmérséklet és a nyomás. A mikroszkopikus tartományban mind a szemcsén, mind magán a kötőanyagon is megfigyelhetjük a kopást. A szemcse és a kötőanyag kopási módjait szemlélteti a 6. ábra. 6. ábra. A szemcse és a kötőanyag kopási módjai [5]. A szemcse kopása azoknak a kristályrétegeknek a szélén kezdődik, amelyek a szemcse felületéhez közel esnek. Itt a nagy nyomás és a hőmérséklet oxidációs és diffúziós folyamatokat vált ki, és ezek csökkentik a szemcse anyagának kopásállóságát. A nyomás hatására lágyuló réteg képződik, amit a további mechanikai igénybevétel eltávolít. Ezzel mindig az új kristályrétegek kezdenek kopni. Továbbá a változó mechanikai és termikus igénybevétel hatására a kristálykötések kifáradása léphet fel. Ahogy minden szilárd testben, úgy a köszörűszemcsében is a rács és szemcsehatároknál, a szennyeződéseknél, a keménységkülönbségeknél stb. jelenlevő hibahelyeknél fáradási repedések alakulnak ki. Ezek az egyes szemcserészecskék lehasadásához vezethetnek, vagy repedések kialakulását okozhatják, és így egész szemcsék törhetnek le. A kötőanyag kopását sok esetben közvetlenül magának a szemcsének a kopása okozza, majd a szemcse élének a megnövekedett súrlódó felület miatti lelaposodása a helyi forgácsoló erő erőteljes növekedéséhez, azáltal a kötőanyag mechanikai túlterheléséhez vezet, így a kötőanyagból egész szemcsekötések töredezhetnek ki. Attól függően, hogy a szemcse erősebben vagy kevésbé erősen kötött, a kopás a szemcsén illetve a kötőanyagán jelentkezik. A kötőanyag azonban a szemcse közvetítése nélkül vegyi, illetve termikus hatásokra is kophat [4]. A forgácsoló felület állapotának változását a köszörülési idő függvényében a 7. ábra szemlélteti. 10

7. ábra. A forgácsolófelület változása a köszörülési idő függvényében [1]. A kopásformák jellegzetes típusai: Nyomás alatti kilágyulás: Leggyakrabban korund szemcsékre jellemző kopásforma. A korund szemcsék nyomószilárdsága 1200 o C-on már csak hatod része a környezeti hőmérsékleten mérhető nyomószilárdságoknak, a köszörülés során azonban a terhelő hőmérséklet elérheti akár a 2050 o C-ot is. A kilágyulás következtében az élen fellépő súrlódás éllekerekedéhez vezet, amely megnöveli a forgácsképződés során keletkező hőt, ami a köszörűkorong tönkremenetelét is okozhatja. A térfogat vagy sugár kopása kicsi. Abrazív kopás: A munkadarab és szemcse közötti mechanikai súrlódás okozta kopásforma. A köszörülési folyamat során a szemcsét a munkadarab anyaga folyamatosan koptatja, ezzel az él lekerekedik, amely a súrlódó és a nyíróerő megnövekedéséhez vezet. A térfogat vagy sugárkopás kicsi. Letöredezés. A fellépőő nagy hőterhelés, és az ezzel együtt járó gyors lehűlés, valamint a fellépő mechanikai igénybevételek miatt szemcserészek töredeznek le, és így új vágóélek alakulnak ki. Ez a kopási forma az új vágóélek kialakulása miatt, ugyan kedvezőbb, mint a többi kopási forma azonban nagyobb térfogati és sugár irányú kopás kialakulásához vezet. Kitöredezés: A kitöredezési kopásforma egész szemcsék kötésből történő kiszakadását jelenti. Főleg lágy kötésekre jellemző, amikor a kötés megtartóereje nem kielégítő. Ez jelentősebb térfogati és sugárkopást okoz. A köszörűkorong azonban megtartja köszörülő képességét [6]. Az eléletlenedett és alakhibás kopott korongot szabályozni kell! 11

4. A köszörűkorongok szabályozása A köszörülési folyamat természetes velejárója, hogy miközben a munkadarabról anyagleválasztás történik, addig maga a forgácsolást végző abrazív szerszám, a köszörűkorong is kopik. A kopás nagysága összefüggésben van a munkadarab anyagminőségével, az alkalmazott köszörűszerszám specifikációjával, a megmunkálási móddal, a beállított technológiai paraméterekkel, a hűtés-kenés minőségével és mennyiségével, az MKGS-rendszer állapotával. Így tehát optimális esetben is a köszörülés közben fellépő szerszámkopás befolyásolja a köszörült felület geometriáját, alakpontosságát és méreteit, valamint a felületi réteg állapotát, az átlagos érdességet, a felkeményedett réteg vastagságát, a maradó húzófeszültség nagyságát, a hordozóhosszat, stb. Ezért elkerülhetetlen, hogy egy meghatározott köszörülési idő után a köszörűszerszámot ne kelljen szabályozni illetve tisztítani. A köszörűkorongok kondicionálása alatt együtt értjük a korongszabályozást, valamint a korongtisztítást is. A kondícionálás fogalmi felépítését az 1. táblázat tartalmazza. A korongszabályozás révén a szerszám eltompult és meglazult szemcséit, a közéjük betapadt forgácsokkal együtt eltávolítjuk, az eltömődött pórusokat, mint forgácstereket megnyitjuk, miközben a geometriai profilját helyreállítjuk azáltal, hogy a kopási nyomokat egy meghatározott köszörűkorong rétegvastagság leválasztásával eltüntetjük. Mivel ez a művelet megszünteti a pórustér eltömítettségét, és egyúttal az abrazív szemcséket is lepattintja, így azok éles élűek lesznek, tehát a profilozás és az élesítés egyidejűleg zajlik le a korongszabályozás során. A hagyományos köszörűkorongoknál a profilozást és az élesítést nem különböztetjük meg egymástól, hanem egyszerűen csak szabályozásról beszélünk. A köszörűkorongok tisztítása során fúvókák segítségével a köszörűkorong felületét sűrített levegővel fuvatjuk a megmunkálási valamint a szabályozási műveletek alatt egyaránt. A tisztítás célja a különböző szennyeződések (hűtő-kenő anyag, forgács, korong szemcse részecskék) eltávolítása a korong felületéről. A köszörűszerszám forgácsoló képességének regenerálása a nagyteljesítményű anyagleválasztás további folytatásának az alapja, valamennyi köszörülési módban [7]. Az általam vizsgált eljárás szabályozó szerszáma egy NC szabályozó tárcsa, ezért a szabályozószerszámok közül bővebben ez kerül kifejtésre. 12

1. táblázat. A kondícionálás fogalmi felépítése [8]. KONDÍCIONÁLÁS Köszörűkorong szabályozás Alakképzés Élezés Tisztítás Makrostruktúra Mikrostruktúra Mikrostruktúra Köralakhűség Hengeresség Élképzés szemcse, és kötőanyag leválasztással. A forgácstér megtisztítása, a forgács, a köszörűkorong és hűtőkenő anyag részecskék eltávolításával. A korongszabályozással befolyásolhatjuk a profilozás és az élesítés mellett a korong forgácsolási tulajdonságait is, mivel a korongszabályozási körülmények hatással vannak a megmunkálás eredményére. A köszörűkorongok szabályozására használt szerszámokat a kinematikai működésük alapján álló szabályozószerszámokra, illetve mozgó szabályozó szerszámokra oszthatjuk. A szabályozószerszámok mozgásviszonyaik alapján történő csoportosítását a 8. ábra szemlélteti. 8. ábra. Szabályozószerszámok a mozgásviszonyaik alapján [14]. 13

A szabályozószerszámok forgácsoló részeinek alapanyaga lehet egyszemcsés természetes, vagy mesterséges (MCD), illetve többszemcsés (PCD) természetes, vagy mesterséges (CVD) gyémánt. Míg az álló szabályozószerszám esetében a szerszám a fogásvételi és előtoló mozgáson kívül más mozgást nem végez, addig a forgó szabályozó szerszám a fogásvételi és előtoló mozgáson kívül forgó mozgást is végez. Az álló szabályozószerszámok úgy működnek, mint egy esztergakés a köszörűkorongon. A szerszám állandó v d axiális leszabályozó előtolási sebességgel a v sd leszabályozáskor beállított köszörülési sebességgel forgó korong tengelyével párhuzamosan mozog, és két leszabályozási löket között sugárirányú fogásvételi mozgást végez. A köszörűkorong kerülete mentén pont vagy vonalszerűen érintkező szerszámok alkalmasak profilos leszabályozásra is. Ekkor a kívánt profil a szerszámmásoló berendezés, illetve NC vezérlés segítségével történő irányítása révén alakul ki. A másoló görgő és tárcsa mozgásviszonyaikat vizsgálva az álló szabályozó szerszámoktól csak forgó mozgásukban térnek el. A másoló görgő és tárcsa kivételével a mozgó szabályozószerszámoknál tengelyirányú előtoló mozgás nem szükséges, mivel ezeknek a szerszámoknak akkora a működő szélességük, hogy az nagyobb a köszörűkorong b s szélességénél így az előtoló mozgás itt radiális irányú. Hogy a leszabályozás alatt a korong anyagát forgácsolhassuk, a szabályozószerszámnak keményebbnek kell lennie az abrazív szemcsénél [4]. 4.1. Egyszemcsés gyémánt-szabályozó szerszámok Az egyszemcsés szerszámok legfontosabb jellemzője hogy egyetlen, természetes vagy mesterséges úton előállított gyémánt szemcsét tartalmaznak. Az egyszemcsés szerszámokhoz soroljuk az univerzális felhasználású oktaéder alakú natúrgyémántokat a speciális geometriával rendelkező csiszolt profilvágó gyémántszerszámokat, valamint a négyzet vagy téglalap szelvényű hasábot tartalmazó szintetikus vagy természetes gyémántból készülő állandó munkaszélességű szabályozó szerszámokat. Egyszemcsés gyémánt szabályozószerszámokat szemléltet a 9. ábra. 9. ábra. Egyszemcsés szabályozó szerszámok [9] [10]. 14

Az egyszemcsés szabályozószerszámok egyaránt alkalmasak egyenes alkotójú, illetve alakos köszörűkorongok szabályozására. A szabályozásra alkalmas gyémánt többnyire tiszta és világos színű kristály. Bár a súly fontos jellemzője a gyémántszemcséknek, az ipari gyémánt minősége és ezzel együtt az ára függ a tisztaságától, a kristályszerkezettől, a hasíthatóságtól, a szemcse alakjától és keménységétől. Fontos szempont, hogy a szabályozáshoz használt gyémánt ne legyen repedt vagy zárványos. Fontos továbbá, hogy több természetes eredetű, éles forgácsoló éle legyen, mint például a nagyobb gyémántszemcsék közül az oktaéder alakúnak. Alakos felületek szabályozása esetén a szerszámot terhelő igénybevételek nagyobbak, ezért lényeges hogy alakos szabályozáskor a szerszámnak csak a természetes, nem csiszolt éleivel szabályozzanak [1]. 4.2. A többszemcsés gyémánt-szabályozó szerszámok A többszemcsés gyémántszabályozó szerszámokhoz tartoznak az álló profilvágó hasábok, az alternáló mozgást végző szabályozó hasábok, a szabályozó lapkák, a gyémántgörgők, a morzsológörgők illetve a szabályozó tárcsák. Az általam vizsgált eljárás szabályozó szerszáma egy NC szabályozó tárcsa. A többszemcsés szabályozószerszámokhoz használt gyémánt összes karátsúlya rendszerint nagyobb, mint az egyszemcsés szerszámoké, a költségek mégis kisebbek, mint az azonos karátszámú egyszemcsés szabályozószerszámok esetében, mert a többszemcsés szabályozószerszám készítéséhez általában gyémántszilánkot (törmelékszemcsét), illetve szintetikus gyémántot használnak [1]. A szemcséket fémes kötőanyagba ágyazzák. A többszemcsés gyémántszabályozó szerszámok adott nagyságú törtszemcsés vagy határozott geometriával rendelkező úgynevezett gyémánttűket, vagy rizsszem alakú nyújtott geometriájú gyémántokat, illetve mesterségesen előállított gyémánt négyzetes hasábokat tartalmaznak. A gyémántszilánkokat vagy szemcséket a szabályozószerszámban különféle mintázat szerint lehet helyezni. Az elrendezési mintázatok leggyakoribb fajtáit a 10. ábra szemlélteti. A szemcsék síkbeli elrendezése hatással van a köszörűszerszám kialakuló topográfiájára, és ez által a köszörülési folyamat során a munkadarab felületi érdességére is [7]. 15

10. ábra. A szemcsék leggyakoribb elrendezési fajtái [7]. Mivel a többszemcsés szabályozószerszámok nagyobb felületen érintkeznek a köszörűszerszám forgácsoló felületével, a terhelés megoszlása következtében nagyobb a szabályozási teljesítmény. Használatuk kevesebb beállítást igényel, mint az egyszemcséseké. A többszemcsés szerszámok gyémántszemcséi sok esetben több rétegben helyezkednek el a fémkötésben. Az egyes gyémántrétegek elhasználódása után a mélyebben fekvő gyémántszemcsék lépnek működésbe. E szerszámok használata hosszú élettartamuk miatt széles körben elterjedt. A többrétegű szerszámok éltartalma az élezési idő függvényében nagyobb, mint az egyrétegűeké. Beszerzési költségük kisebb, ezen kívül egyszeri befogással általában teljes kopásig használhatók. Többrétegű szabályozószerszám például a gyémántszemcsés szabályozólapka [1]. 4.2.1. NC szabályozó tárcsák A korszerű szabályozási technológiában egyre elterjedtebb szerszám az NC szabályozó tárcsa. Ezt a fajta szabályozó szerszámot általában tömeggyártásban CNC vezérlésű berendezéseken alkalmazzák. Az NC szabályozó tárcsa tulajdonképpen egy CNC vezérelt másoló szabályozó görgő, amely egyidejűleg hajtja végre a köszörűkorongok élezését és alakképzését. Az szerszámszabályozó felülete lehet természetes vagy mesterséges szemcsés gyémántokból álló galvanizálással, illetve szinterezéssel előállított bevonatú valamint természetes vagy mesterségess gyémánt egy vagy több szemcsés betétekkel ellátott kivitelű [11]. A gyémántszemcsék vagy betétek a szerszám teljes kerületén helyezkednek el. Bevonatos szemcsés valamint betétes szerszámszabályozó felületeket szemléltet a 11. ábra. 11. ábra. Az NC szabályozó tárcsák szabályozó felületeinek különböző kivitelei [12]. 16

Az NC szabályozó tárcsák egyaránt alkalmasak profilos, vagy egyenes alkotójú felületek szabályozására is. Egy NC szabályozó tárcsát szemléltet a 12. ábra. Szabályozás során a tárcsa forgó, sugár irányú fogásvételi, valamint tengely irányú előtoló mozgást végez. (Profilos korongok szabályozás esetén a tárcsa a tengely irányú előtoló mozgáson kívül az adott profilnak megfelelő sugár irányú mozgást is végezhet.) A köszörűszerszám forgácsoló felületét a szabályozótárcsa forgácsoló felületén radiálisan elhelyezkedő sok gyémántszemcse, illetve gyémánt betét alakítja ki előírt alakúra. Az NC szabályozó tárcsa szélessége mindig kisebb, mint a köszörűkorong szélessége. 12. ábra. NC szabályozó tárcsa [12]. A szerszám előnye hogy forgó mozgásának köszönhetően a szerszámot terhelő igénybevételek és hő hatások nagyobb felületen a szerszám teljes kerületén oszlanak meg. A szerszám forgó mozgásának eredménye képen a gyémántszemcsék, illetve gyémántbetétek kopása a szerszám kerülete mentén egyenletes. Az NC szabályozó tárcsák általában nagyobb átmérőjű szerszámok, nagyobb felületen érintkeznek a köszörűkorong felületével, ami nagyobb szabályozási teljesítményt eredményez. A nagyobb szerszám átmérő összességében nagyobb anyagleválasztásra alkalmas felületet jelent, amely a szerszám éltartalmának növekedéséhez vezet. Az NC szabályozótárcsákat általában programvezérelt szerszámgépeken alkalmazzák, így a CNC vezérlésből kifolyólag a szabályozás pontosabb, és a szabályozás átfutási ideje gyorsabb. A természetes gyémánttűs betéteket tartalmazó szerszámkivitel hátránya az erősen limitált újraélezhetősége (maximum 1-2 alkalom). 17

5. A köszörűkorong szabályozás vizsgálata az EMAG VSC 400DS szerszámgépen Ebben a fejezetben a köszörülési, illetve korongszabályozási eljárások áttekintése után dolgozatom fő témájaként egy adott alkatrész az EMAG VSC 400 DS keményesztergaköszörű centrumban végzett megmunkálása során a keményesztergálási műveletet követő furatköszörűléshez tartozó köszörűkorong szabályozást vizsgálom. A kísérleti vizsgálatokat, valamint méréseket az egri ZF Hungária Kft. termelő üzemében végeztem. 5.1. Az EMAG VSC 400 DS kombinált szerszámgép Az edzett furatok, gyűrűk, tárcsaszerű alkatrészek egy befogásban való készre munkálásának igényét a szerszámgépgyártók hamar felismerték és olyan szerszámgépeket készítettek, amelyek egy befogásban komplett megmunkálásokat tesznek lehetővé. Az EMAG VSC 400 DS megmunkáló központ a keményesztergálással egy befogásban teszi lehetővé köszörülési műveletek elvégzését. Az EMAG VSC 400 DS megmunkálóközpontot a 13. ábra szemlélteti. A hagyományos keményesztergálás hátrányai korlátozzák alkalmazását, vagy abrazív kiegészítő műveletek (köszörülés) alkalmazását teszik szükségessé. Ezáltal a kombinált (más néven hibrid) megmunkálások alkalmazását lehetővé tevő szerszámgépek előnyösek, mivel ezek nem igényelnek külön szerszámgépet, hanem a keményesztergálással együtt ugyanazon a szerszámgépen megvalósíthatóak. A kombinált eljárások javítják a keményesztergálás hatékonyságát, és kiterjesztik alkalmazhatóságát. Az egy felfogásban végzett készre munkálás során a felfogásokból eredő hibák nem lépnek fel [15]. 13. ábra. Az EMAG VSC 400 DS megmunkáló központ munkatere. 18

Az általam vizsgált fogaskerék furatának befejező megmunkálása az EMAG VSC 400 DS kombinált keményeszterga köszörű centrumban történik. A szerszámgépen a pozícionáló és előtoló mozgásokat a forgó főmozgás mellett a tokmány végzi. A szerszámok és a hajtható köszörűorsó egy dobrevolverben foglalnak helyet. A megmunkáló géphez egy automatikus posztprocessz mérőállomás is kapcsolódik, amely a megmunkált furat átmérőjét több helyen, valamint a kúposság mértékét és a homlokmagasságot ellenőrzi. Ha a mért értékek tűrésen belüliek, de nem középértékűek, akkor a rendszer automatikusan visszakorrigálja a szerszámgépet, ha pedig tűrésen kívüli a méret, akkor a rendszer azokat a fogaskerekeket külön erre a célra kialakított pályára irányítja. Az EMAG VSC 400 DS szerszámgép fontosabb jellemzőit a 2. táblázat tartalmazza. 2. táblázat. Az EMAG VSC 400 DS szerszámgép fontosabb paraméterei. Megnevezés: Érték: Legnagyobb tokmány átmérő 400 [mm] X/Z irányú gyorsjárati mozgás sebessége 45/30 [m/min] X/Z irányú maximális előtoló erő 11 [kn] Főorsó maximális fordulatszáma 3000 [1/min] Köszörűorsó maximális fordulatszáma 45000 [1/min] Legnagyobb teljesítmény 58 [kw] Legnagyobb nyomaték 620 [Nm] Szerszámgép tömege 10 [t] 5.2. A kombinált eljárás felületi minősége Az általam vizsgált fogaskerék keményesztergálás-köszörülési műveletében az érdességi előírás a furatra vonatkozóan Rz 3. A vizsgált kombinált eljárással megmunkált felületek közel azonos pontossággal rendelkeznek, mint a keményesztergált felületek (IT5- IT6), az egyedüli eltérés a felületei érdesség mikrogeometriai eloszlásában van. Kombinált megmunkálás esetében, a furat felületek megmunkálásának befejező művelet eleme a köszörülés, mivel a keményesztergáláshoz képest a furatok érdesség eloszlásának mikrogeometriája a szerelés szempontjából kedvezőbb [15]. A keményesztergálással létrehozott felület mikrogeometriai profilját szemlélteti a 14. ábra. A 14. ábrán egyértelműen kirajzolódnak az esztergálási barázda nyomok. A kombinált eljárással kialakított felület mikrogeometriai profilját pedig a 15. ábra szemlélteti. 19

A 15. ábrán látható hogy az esztergálás rendezett mikrogeometriai profilját a köszörülés szabálytalanabbá tette. 14. ábra: Keményesztergált felület [13]. 15. ábra: Kombinált eljárással létrehozott felület[13]. 5.2 A kombinált eljárás alkalmazása a vizsgált fogaskerék furat felületén Az általam vizsgált munkadarab kombinált keményesztergálási-köszörülési megmunkálása az EMAG VSC 400 DS keményeszterga-köszörű centrumon zajlik. A szerszámgép tokmányának elrendezése vertikális. A munkadarab felfogása a darab fejkörén hárompofás hidraulikus önközpontosító esztergatokmánnyal, ütköztetése pedig a kapcsoló fogazattal ellentétes homlok oldalon ütköző csillaggal történik. A munkadarab befogásának és ütköztetésének módja a köszörülési ráhagyások felosztása mellett a 16. ábrán látható. A munkadarab furatának megmunkálása egy keményesztergálási művelettel és egy simító beszúró-oszcilláló köszörülési művelettel történik. A furat keményesztergálási művelete egyetlen fogásból áll. A keményesztergálás technológiai paramétereit a 3. táblázat tartalmazza. A köszörülési folyamat légköszörüléssel kezdődik. Légköszörülés közben a beszúró sebesség folyamatosan csökken egészen a légköszörülés végéig. Az anyagleválasztás a légköszörülést követően még kettő fogásból és egy kiszikráztatásból áll. Mindkét fogáshoz egy meghatározott az adott fogás végéig állandó beszúró sebesség érték tartozik. köszörülési ráhagyás eltávolítása beszúró köszörülés lévén folyamatos fogásvétellel történik. A köszörülés technológiai paramétereit a 4. táblázat, a köszörülési ráhagyás felosztásának módját pedig a 16. ábra szemlélteti. 3. táblázat. A nagyoló keményesztergálás technológiai paraméterei. Furat nagyolás Technológiai paraméterek Forgácsolási sebesség v c [m/min] Fordulatszám n [1/min] Előtolás nagysága f [mm/ford] A Fogásmélység a p [mm] 160 698 0,2 0,1 sugárban 20

4. táblázat. A furatköszörülés technológiai paraméterei. Jellemzők Fogásmélység Munkadarab Előtolási sebesség (sugárban) fordulatszám f [mm/min] Fogások a p [mm] n [1/min] A légk. A légk. Légköszörülés: 0,28 elején végén Forgácsoló sebesség v c [m/s] Oszcillálás nagysága s [mm] 8 3,6 8 1. fogás: 0,012 0,2 350 40 Előtolási 2. fogás: 0,008 0,16 sebesség z irányban f o [mm/min] *Kiszikráztatás: 0 0 900 *A kiszikráztatási idő 8 másodperc. 16. ábra. A furatköszörülés ráhagyásának felosztása fogásonként. 5.3 A köszörűkorong fontosabb jellemzői Az általam vizsgált gyártmány furatának köszörüléshez kerámiakötésű korund köszörűkorongot alkalmaznak. A köszörűkorongot a 17. ábra szemlélteti. Az alkalmazott Tyrolit köszörűkorong fontosabb jellemzőit az 5. táblázat tartalmazza. 5. táblázat. A köszörűkorong fontosabb jellemzői Korongjellemzők: Külső átmérő Belső (furat) átmérő Korong szélesség A szerszám jele Értékek: D k = Ø50 mm D b = Ø13 mm b=40 mm 87A602I5V112 17. ábra. A furatköszörüléshez használt köszörűkorong. 21

Az 5. táblázatban lévő furat köszörűkorong szerszámjelének értelmezése: 87A: A szemcse anyaga elektrokorund. (alumínium oxid) 602: A köszörűszemcsék mérete porfinom. I: A korong keménysége közepesen lágy. 5: A korong szerkezetére utal. V: A korong kötőanyaga keramikus. 112: A gyártó belső kódja, amely a kötőanyag összetételére utal. 5.4. A szabályozó szerszám fontosabb jellemzői A furat köszörűkorongjának szabályozásához használt szerszám egy NC szabályozó tárcsa. Az anyagleválasztást végző felület a szerszám kerülete mentén elhelyezett kötőfémbe ágyazott gyémánt betétekből áll. A szerszámtest anyaga acél. A szerszám belső átmérője kialakítását tekintve az EMAG VSC 400 DS szerszámgép tokmányához illeszkedik. A szerszám fontosabb jellemzőit a 6. táblázat tartalmazza. A szabályozószerszám kialakítását a fontosabb méretekkel a 18. ábra szemlélteti. A szabályozó szerszámot valamint a gyémánt betétek elhelyezkedését a 19. ábra szemlélteti. 18. ábra. A szabályozószerszám kialakítása, A részlet: egy CVD betét. 22

6. táblázat. A szabályozó szerszám fontosabb jellemzői. Jellemző: Érték: A szerszámtest anyaga Acél A kötőfém anyaga Nikkel Az anyagleválasztó betétek típusa Többkristályos szintetikus gyémánt (CVD) betétek Az anyagleválasztó betétek keménysége 10000 HV [N/mm 2 ] Az anyagleválasztó betétek hőállósága 600 700 C A szerszám külső átmérője D k = Ø375 mm A szerszám belső átmérője D b = Ø50 mm A szerszám hossza b=66 mm 19. ábra. A szabályozó szerszám és a gyémántbetétek elhelyezkedése. 5.5. A furat felület köszörűkorongjának szabályozása A furat köszörüléséhez használt korongot minden harmadik munkadarabnál szabályozzák. A szabályozó szerszám egy NC szabályozó tárcsa, amely a vertikális elrendezésű tokmányon helyezkedik el, a tokmánypofák fölött a tokmány testen. A szabályozás a művelet elemek sorrendiségét tekintve közvetlenül a furatköszörülés előtt történik meg. Szabályozás során a szabályozótárcsa szabályozó pozícióba áll, és elvégzi a meghatározott fogásvételi és előtoló mozgásokat. Szabályozás közben a tárcsa és a köszörű korong is forgó mozgást végez, forgásirányuk ellentétes. Használt korongnak tekintem azt a korongot, amellyel legalább egy fogaskereket már megmunkáltak. Használt korong esetén a korong szabályozása három fogásból áll, a fogásmélység 0,03 mm. A szabályozás technológiai paramétereit a 7. táblázat tartalmazza. A szabályozás mozgásviszonyait a 20. ábra szemlélteti. A 20. ábra alapján látható hogy a szabályozótárcsa mozgásviszonyait tekintve X irányú fogásvételi és Z irányú előtoló mozgást végez a szabályozás közben. 23

Szabályozás közben a hűtés/kenés emulzió segítségével történik, valamint egy fúvóka nagy nyomású levegővel fújja a korong felületét, a nem kívánatos leválasztott szemcsék szennyeződések a korong felületéről történő hatékony eltávolításának céljából. 7. táblázat. A furatkorong szabályozásának technológiai paraméterei. Korong szabályozás Korong fordulatszám n k [1/min] Szabályozótárc sa fordulatszáma n t [1/min] Előtolás v f [mm/min] Fogásmélység sugárban a p [mm] Lehúzások száma Új korong esetén Használt korong esetén 15000 825 300 0,03 15 3 20. ábra. A furatkorong szabályozás mozgásviszonyai. 5.6. A furatköszörülési művelet időigényének számítása Az művelet időigényének számítása során az alapidő számítását végzem el, a szabályozási idő alapidőbeli időhányadának vizsgálata érdekében. A vizsgált berendezésen a köszörülési és keményesztergálási műveletek nagy technológiai stabilitást mutatnak. Az alapidőt a jobb szemléltethetőség kedvéért egy 200 darabból álló gyártási szériára vonatkoztatva számítom ki. Az alapidő egy gépi főidőből és egy mellékidőből tevődik össze. ő = é ő + é ő ő A megmunkálási művelet gépi főideje egy nagyoló keményesztergálási időből, és egy köszörülési időből áll. A gépi főidő számítását az alábbi képlet szerint végzem: é ő ő = + 24

A nagyoló keményesztergálás idő igényét az alábbi képlettel számítom [6]: ahol: - keményesztergálási idő [min], - előtolási hossz [mm], munkadarab fordulatszáma [1/min], - előtolás nagysága [mm/ford], - fogások száma [-]. = A nagyolási művelet számítása során az előtolási hossz a furat hosszának és a szerszám rá illetve túlfutásoknak (2-2 mm) az összegéből adódik. A furat nagyolás technológiai paramétereit az 5.2 fejezet 3. táblázata tartalmazza. A nagyolás időigénye tehát: = =44,8+4 1=0,3496 698 0,2 A nagyolási művelet idő szükséglete egy 200 darabból álló széria esetén: = 200=0,3496 200=69,91 A köszörülés idejének számításához az alábbi képletet használom fel [3]: = + ahol: - köszörülési idő [min], - köszörülési ráhagyás sugárban [mm], beszúrások száma [-], beszúrási sebesség [mm/min], - kiszikráztatási idő [s]. A beszúró furatköszörülés egy légköszörülésből, két különböző sebességű és mélységű beszúró fogásból, valamint egy kiszikráztatásból áll. Ezért a köszörülési időt ismert kiszikráztatási idő mellett (8 sec 0,1333 min) a légköszörülésre valamint a két beszúró fogásra külön kell számítani. A furatköszörülés technológiai paramétereit az 5.2 fejezet 4. táblázata tartalmazza. A köszörülés összes időszükségletének számítást az alábbi képlet szerint végzem: = + + + 25

Mivel az előtoló sebesség egy adott sebesség értékről a légköszörülés folyamán fokozatosan csökken egy kisebb sebesség értékig, ezért beszúró sebességként a két sebesség átlag értékét veszem figyelembe. = = 0,28 1 =0,0483 5,8 = = 0,012 1 =0,06 0,2 = = 0,008 1 =0,05 0,16 A köszörülési művelet ideje: = + + + =0,0483+0,06+0,05+0,1333=0,2916 A köszörülés időigénye egy 200 darabos szériára vonatkoztatva: = 200=0,2916 200=58,33 A megmunkálási művelet teljes gépi főideje egy 200 darabból álló széria esetén: é ő ő = + =69,91+58,33=128,24 A teljes megmunkálási művelet mellékideje, a korongszabályozási időből, és az egyéb kiegészítő műveletek idejéből tevődik össze. A mellékidő számítását egy 200 darabos szériára vonatkoztatva végzem el, a számítást az alábbi képlet szerint hajtom végre: é ő = + é Ahol: é a darabra vonatkozó összes egyéb műveleti mellékidő (üzemi adat). é =0,2 A köszörűkorong szabályozásból adódó mellék idő számítását az alábbi képlet szerint végzem [3]: ahol: - a szabályozási művelet főideje [min], - az előtolási hossz [mm], az előtolási sebesség [mm/min], - a fogások száma [-]. = 26

A szabályozás technológiai paraméterei megtalálhatóak az 5.5 fejezet 7. táblázatában. A köszörűkorong fontosabb paramétereit az 5.3 fejezet 5. táblázata tartalmazza. Az előtolási hossz a köszörűkorong szélesség, valamint a szabályozó tárcsa rá és túlfutási értékeinek (2-2 mm) összegéből adódó érték. A korong szélesség 40 mm. A szabályozási művelet időigénye tehát: = 40+4 300 3=0,44 Minden harmadik munkadarab után végzett szabályozás esetén a szabályozás ideje egy 200 darabos szériára vonatkoztatva: = 200 3 =0,44 200 =29,33 3 A megmunkálási folyamat kiegészítő műveleteiből származó mellékidő nagysága egy 200 darabos széria esetén: é =0,2 200=40 A megmunkálási művelet mellékideje egy 200 darabból álló széria esetén: é ő = + é =29,33+40=69,33 A gépi fő és mellékidő ismeretében a megmunkálás alapideje egy 200 darabból álló széria esetén: ő = é ő + é ő ő =69,33+128,24=197,57 A teljes megmunkálás alap idejének felosztását egy 200 darabos széria esetén a 21. ábra szemlélteti. A szabályozási mellékidőt a teljes mellékidőhöz viszonyítva egy 200 darabos széria esetén a 22. ábra szemlélteti. 27

15% 20% 30% 35% Keményesztergálás Furatköszörülés Szabályozás Egyébb mellékidő 21. ábra. A megmunkálás alap idejének összetevői. 58% 42% Szabályozási mellékidő Egyébb mellékidő 22. ábra. A korongszabályozási idő a megmunkálás teljes mellékidejéhez viszonyítva. A számítások alapján látható hogy az alapidőnek közel hatod részét, a mellék időnek pedig kevesebb, mint a felét a korongszabályozásból adódó időhányad teszi ki. Összességében az alapidő és mellékidő jelentős hányadát képzi a köszörűkorong szabályozásból származó szabályozási mellékidő, amely a szabályozás gyakoriságával van összefüggésben. Látható, hogy a szabályozás gyakoriságának csökkentése jelentős időmegtakarítást eredményezne az adott megmunkálási folyamat átfutási idejét tekintve. Ezért a továbbiakban a köszörűkorong szabályozás gyakoriságát befolyásoló jellemzőket vizsgálom. 28

6. A kísérlet célja A 5.6. fejezet alapján látható hogy a köszörűkorong szabályozásból adódó időhányad az alapidőhöz, valamint a mellékidőhöz viszonyítva is jelentősnek mondható. A kísérlet célja a köszörűkorong szabályozás alkatrészgyártásra gyakorolt hatásának vizsgálata, a szabályozás gyakoriságának, és ez által időhányadának csökkentése érdekében. A szabályozás gyakoriságának csökkenése a vizsgált megmunkálási eljárás átfutási idejének csökkenését is eredményezné, és ezáltal közvetve csökkentené a teljes gyártás időigényét is. Egységnyi gyártmánymennyiségre vonatkoztatott kevesebb korong szabályozás a köszörűkorong élettartalmának megnövekedését és ebből kifolyólag az egy koronggal összesen megmunkálható alkatrészek számát is megnövelné. A gyártmány furatköszörülési megmunkálásának legfontosabb célja a furatra vonatkozó geometriai és felület minőségi követelmények kielégítése. A köszörűkorong szabályozás jelenlegi gyakoriságának az alkatrész geometriára és felületi érdességre gyakorolt hatását, valamint annak időbeli változását a két szabályozási művelet között gyártott alkatrészek geometriai és érdességi jellemzőinek az előírt geometriai és érdességi jellemzőkkel történő össze hasonlításával lehet vizsgálni. Ezért először a beállított szabályozási gyakoriság és technológiai paraméterek mellett a megmunkált alkatrészek furatra vonatkozó jellemzőinek alakulását vizsgálom. A szabályozás vizsgálatához tehát elsődlegesen ismernünk kell az adott alkatrészre vonatkozó érdességi és geometriai előírásokat, amelyeket a 23. ábra szemléltet. Furat hőkezeltségi állapota Betétedzett (59-63 HRC) Anyagi minőség SAE 4320H 23. ábra. A munkadarabra vonatkozó érdességi és geometriai előírások. 29

6.1. A szabályozás hatása a megmunkált furatok előírt jellemzőire Az alkatrész köszörülésére vonatkozó technológiai előírás a köszörűkorong szabályozásának gyakoriságát három munkadarabonként írja elő. Két korongszabályozás között a korong tehát három alkatrész megmunkálását végzi el. Új korong esetén a szabályozási művelet során a szabályozó szerszám 10 fogást vesz, már gyártásban lévő korong esetén 3-at. A vizsgált korong már gyártásban lévő korong. A vizsgálat során a gyártásból kivett három egymás utáni darabon végeztem méréseket. A három munkadarabon elvégeztem a felületi érdességek, a köralak hűségek, és az alkotó párhuzamtól való eltérések mérését. A mérési eredmények a következő alfejezetekben kerülnek bemutatásra. 6.1.1 A furatok felületi érdességének változása két szabályozási művelet között A munkadarab furatok felületi érdességének mérését a MarSurf XR 20 érdesség mérő berendezés segítségével végeztem. Furatonként mérésre kerültek a furat Rz és Rmax érdességi jellemzői. Minden egyes furat mérése során az érdesség a furat palást három egymással megközelítőleg 120 -ot bezáró pontján történt, egy furatra vonatkozó végeredményként a három érték átlagértékét vettem. A furatra vonatkozó felületi érdesség előírt értéke: Rz3, Rmax4. A darabok Rz érdességeit az egymás utáni mérési eredmények alapján a 24. ábra Rmax érdességeit pedig a 25. ábra szemlélteti. 1,2 Felületi érdesség RZ [µm] 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 1 2 3 Munkadarab sorszáma [ - ] 24. ábra. A munkadarabok Rz érdesség értékeinek változása. 30