Mechanikai megmunkálás 2. elıad adás Általános faipari megmunkálási eljárások faipari BSc mérnök hallgatóknak Nyugat-magyarországi Egyetem Faipari Mérnöki Kar Terméktervezési- és Gyártástechnológiai Intézet Papp Tibor egyetemi tanársegéd Sopron, 2010
A mechanikai megmunkálás Famegmunkálás s törtt rténete dióhéjban: İsember: repesztéses ses hasításos sos technika, majd kı-, k, vas- és s bronzszerszámok (balta, fejsze, ék), tőzzel t való alakítás! Ókor: Egyiptomban feltalált lták k a fogazott főrészt, az esztergát, t, fúrást, f a gyalut (forgácsol csolással ssal törtt rténı alakítás) Középkor: az asztalosság g mesterfokra jut, lassú fejlıdés, de a kézi k megmunkálások fénykora. Gyaluk, főrészfajtf szfajták k tömkelege t jelent meg. FőrészelF szelés, s, esztergályoz lyozás, és a fúrás f s már m r vízzel v hajtott géppel g törtt rténik (főrészmalmok megjelenése) vastag furnér (svartni)) megjelenése, intarzia fafaragás virágkora.
A mechanikai megmunkálás Famegmunkálás s törtt rténete dióhéjban: Középkori főrészmalom Középkori fúrógép
A mechanikai megmunkálás Famegmunkálás s törtt rténete dióhéjban:
A mechanikai megmunkálás Famegmunkálás s törtt rténete dióhéjban: Ipari forradalom: gızgépek megjelenése, gépesítették k a víziv zi-erıvel hajtott szerszámokat, XIX. Század: zad: 1808-ben kitalálj lják k Franciaországban a körfk rfőrészt, 1809-ben Angliában a szalagfőrészt, szt, Villamosság felfedezésével beindul az üzemszerő termelés, megjelennek az új j faipari technológi giák, gépsorok Lásd L fahajlítás Thonett Új j eljárások, termékek alakulnak ki: rétegelt r lemez, farost lemez, forgácslap MDF, stb. mai napig is virágzik a kompozitok feltalálása. Több T iparág g is keletkezik, kialakul az elsıdleges faipar, másodlagos faipar és s ezek ágazataik Watt és Boulton gızgépe 1784 Wilkinson hengerfúrógépe 1799
A mechanikai megmunkálás Faipari üzem, esztergamőhelye, transzmissziós hajtás
A mechanikai megmunkálás Famegmunkálás s törtt rténete dióhéjban: Gépek fejlıdését a motorizáci ció hatja, kisgépek megjelenése otthoni barkácsol csolás XX. század zad fejlıdı technológia gia, eljárások korszerősödnek, megjelenik a számítógéppel vezérelt speciális NC-gépek pek,, majd a CNC megmunkáló központok Napjainkban: : nanotechnológiai termékspecifik kspecifikáció,, robottechnika, automatizálás, alapanyag-fejleszt fejlesztés (fák-génmanipul nmanipulációja), vízsugaras v vágás, lézertechnikal zertechnika
A mechanikai megmunkálás napjainkban
A mechanikai megmunkálás napjainkban
A mechanikai megmunkálás napjainkban
A mechanikai megmunkálás napjainkban
A tömörfa megmunkálás alapvetı kérdései
A tömör t r faanyag megmunkálási, forgácsol csolási si irányai A tömör t r faanyag egy ortogonálisan anizotróp rugalmas szerkezet. Mit jelent ez általánosságban? Mit jelent ez megmunkálási oldalról l nézve? n Megmunkálási szempontból l nem mindegy melyik oldalról l forgácsoljuk. Ennek oka a növényin nyi-,, anatómiai szerkezetére re vezethetı vissza.
A tömör t r faanyag megmunkálási, forgácsol csolási si irányai 1. 2. 3. 4. 5. 1. Geszt 2. Szíjács 3. Háncs (kambiumzóna) 4. Elıkéreg 5. Kéreg Faanyag szerkezete
A tömör t r faanyag megmunkálási, forgácsol csolási si irányai Ipari fafajok évgyőrő- szerkezeti csoportosítása Átmeneti, vagy Prunus csoport: Cseresznye Fenyık: LF,JF,EF,FF,VF Győrős likacsú lombosok : T,A,K,SZi Mechanikai megmunkálás szerint fontos csoportosítás: a keménység térfogatsúly Szórt likacsú lombosok : B,Gy,É,H,NYí,NYá,D,
A tömör t r faanyag megmunkálási, forgácsol csolási si irányai Szíjács Bél Geszt Tranversal s. = Bütüirányú forgácsolás Radial s. = Rostirányú forgácsolás Tangential s. = Húrirányú forgácsolás Melyik irányban könnyebb? Oda-vissza egyforma erı kell? Mik az inhomogenitást adó tényezık? Szöget-bezáró forgácsolás? Mi a helyzet az agglomerált és kompozit termékekkel?
A tömör t r faanyag megmunkálási, forgácsol csolási si irányai
Forgácsolási alapfogalmak Faipari alakítási eljárások Forgácsolás nélküli alakítás Forgácsoló alakítások Kézi forgácsolás Gépi forgácsolás Hajlítás Tömörítés Öntés Faipari alakítások csoportosítása
Forgácsoló szerszámok A forgácsoló szerszámok jellemzıi: Forgácsolóélek Forgácsoló szögek α= homlokszög β= ékszög γ= hátszög δ= metszıszög (α+ β) Forgácsoló lapok A forgácsolóélek feladata a forgácsoló megmunkálás, az élekkel ellátott forgácsoló fog alakja az ék. Fı és mellékforgácsoló éleket különböztetünk meg. A fıforgácsoló él végzi a forgácsolást. Forgácsolási mozgások: forgácsoló fımozgás, és mellékmozgások A szerszám végzi a forgácsoló fımozgást: főrészelés, marás, gyalulás, furnérhasítás A munkadarab végzi a forgácsoló fımozgást: furnérhámozás, esztergálás
A forgácsoló szerszámok geometriája Ffé: fıforgácsolóél FmÉ: mellékvágóél FCs: forgácsolási csúcsok Hl: Homloklap hl: Hátlap VS: Vezérsík FS: Szerszám forgácsolási síkja MS: Munkasík Hk: Hátraköszörülés síkja MmS: Megmunkálási sík
A forgács geometriája Mozgások forgácsolás közben Forgácsolás csak akkor jön létre, ha a munkadarab és a szerszám egymáshoz képest elmozdul. A szerszám és a munkadarab közötti relatív elmozdulást forgácsoló fımozgásnak nevezzük és m/s-ban mérjük. A forgácsoló fımozgás lehet: Egyenes vonalú, alternáló mozgás (keretfőrészgép, furnérhasító gép) Egyenes vonalú folytonos mozgás (szalagfőrészek) Forgó mozgás (körfőrész, fúró, maró, gyalugépek) A forgácsoló fımozgás azonban nem elegendı, folyamatosan biztosítani kell, hogy a forgácsoló fogak megfelelı mélységben haladjanak a munkadarabban. Ehhez kell elıtoló mellékmozgás (példa: körfőrészgép), vagy fogásvétel (furnérhasító gép, vízszintes szalagfőrész).
A forgács geometriája Mozgások forgácsolás közben Forgácsoló fımozgás Elıtoló mellékmozgás Fogásvétel
A forgács geometriája Forgácsolási fıirányok és mellékirányok
A forgács geometriája Laptermékek, rétegelt lemezek, forgácslapok, tömbök forgácsolásánál nem ezeket az anatómiai forgácsolási fıirányokat (A,B,C) tekintjük mérvadóknak. Két fıirányt határozunk meg: D és E irányokat. D iránya a munkadarab lapsíkjával (legnagyobb felületével) párhuzamos forgácsolást, míg E irány a lap élével párhuzamos forgácsolást jelent. Farostlemezek megmunkálásakor nincsenek fıirányok, hiszen akkor csak az élek megmunkálása jöhet szóba.
Forgácsalakok A forgács geometriája Az anatómiai fıforgácsoló irányok (A, B, C) jellemzı forgácsalakjai Elıhasadás: B és C irányokban, δ metszıszög kis értéke esetén. Elkerülése: forgácstörıvel, vagy nagy δ metszıszöggel
A forgácsolás jellemzıi Forgácsolási sebesség A forgácsolás elıfeltétele a munkadarab és a szerszám egymáshoz képesti relatív elmozdulása. E fı- és mellékmozgások sebessége a forgácsolási sebesség, amit v f, és m/s-ban, vagy m/min-ben mérjük. A forgó mozgást végzı szerszámok forgácsolási sebessége: ahol: D= körfőrész, maró, gyalu, szalagvezetı tárcsa átmérıje (m) n= szerszámok, vagy megvezetı tárcsák fordulatszáma (1/perc)
A forgácsolás jellemzıi Forgácsolt felület simasága A forgácsolás következtében keletkezett felületi egyenetlenségeket 2 csoportba oszthatjuk: Hullámosság: ismétlıdı felületi egyenetlenség, mely a forgó szerszámok éleinek ív alakú nyomaként jelentkezik a forgácsolt felületen. Az érdesség a forgácsolószerszám élkopásainak és a faanyagnak a fıforgácsoló él elıtti berepedezéseibıl származik, a hullámosságnál finomabb felületi egyenetlenség. Hullámosság csökkentésének módjai: Elıtolási sebesség csökkentésével Szerszám fordulatszámának növelésével Fıforgácsolóélek számának növelésével
A forgácsolás jellemzıi Forgácsolt felület simasága Az ív menti fogácsoláskor a forgácsolt felület még elméletileg sem lehet sima, hiszen minden késél az elmozdulás mértékével összefüggésben ciklois-pályát ír le a felülethez képest. A felületi hullámok mélységét és a hullámok e z hosszát a fogak számának növelésével és a fogásmélység csökkentésével tudjuk korrigálni. Több élő forgácsolószerszámoknál fontos a forgácsoló élek egy élkörön futása.
A forgácsolás jellemzıi Forgácsolt felület simasága Az elıtolás mértékének meghatározása A hullámmélység század, vagy ezred mmben kifejezett egység, ennek ellenére szabad szemmel észrevehetı a gyalult vagy mart felületen. A hullámosság mértékével jellemezhetjük a felület milyenségét. Így minél jobb felület elérése érdekében optimálisan meg kell választani az elıtolási sebességet. A hullámhossz (e z )értékének ismeretében az elıtolás a következıképpen számolható:
A forgácsolás jellemzıi Forgácsolt felület simasága: A felületi érdesség csökkenthetı: Ha B vagy azt megközelítı forgácsolást alkalmazunk, akkor jól élezett szerszámmal, faanyagnak a forgácsolási él elıtti leszorításával (nyomóléc), a forgács homlokfelület elıtti folyamatos összeroppantásával (nagy metszıszögő szerszámmal, vagy forgácstörıvel ellátott szerszámmal) Ha A irányban forgácsolunk akkor jól élezett kis metszıszögő szerszámmal, vagy ferde élő szerszámmal dolgozunk.
A forgácsolás jellemzıi
A forgácsolás jellemzıi A szerszám kopása A szerszám forgácsolóélei az ıket érı mechanikai hatások következtében elvesztik élességüket, tompulnak. A szerszám kopására (tompulására) jellemzı az élrövidülés. Az élrövidülés az elméleti és a valóságos lekerekített élfelület közötti, az ékszög felezıjében mért távolság. A szerszám nem kopik egyenletesen. A szerszámok kopása 3 szakaszra különíthetı el: Tompulás munkaéles állapotig. A kiélezett szerszám rohamos kopása kezdeti szakaszban Tompulás munkaéles állapotban. A kopás lassul gyakorlatilag a leforgácsolt hosszal arányos a mértéke. A kopás sebessége függ a forgácsolt anyag milyenségétıl, fejlıdı súrlódási hıtıl, szerszám anyagától, forgácsolás mechanikai jellemzıitıl. Teljes tompulás szakasza. Ekkor már a szerszám nem alkalmas a forgács tökéletes leválasztására. Romlik a felület minısége, nı a forgácsoláshoz szükséges erı, és nı a fejlıdı hı is.
A forgácsolás jellemzıi Forgácsoláskor fellépı erıhatások A forgács leválasztásához szükséges erıt forgácsoló erınek nevezzük. Jelölése F f. A hatás- ellenhatás törvénye alapján ébredı és a forgácsoló erı ellen ható erıket együttesen forgácsolási ellenállásnak nevezzük. Mibıl tevıdik össze a forgácsolási ellenállás? A fa sejtjeit összetartó kohéziós erıkbıl, A rugalmas alakváltozásból származó erıkbıl A forgács tehetetlenségi erejébıl A forgács ellenállásaiból: forgácstörés, forgácstérbe sajtolás Súrlódási erıkbıl Az 1mm 2 keresztmetszető forgács leválasztásához szükséges erıt fajlagos forgácsolóerınek nevezzük, jele: K, mértékegysége N/mm 2, számolása: h= a forgácsolt réteg vastagsága (mm) b= a forgácsolt felület, vagy forgács szélessége (mm)
A forgácsolás jellemzıi A fajlagos forgácsolási ellenállást befolyásoló tényezık: Szerszámtól függı tényezık: Forgácsolási sebesség 15-40 m/s között növelve csökken a forgácsolási ellenállás (szerszám és munkadarab függvényében a legoptimálisabb sebességeket már kísérletekkel megállapították. Forgácsoló szerszámtól függı tényezık: Jellemzı szögek optimális megválasztása (gyártók kísérletei és ajánlásai alapján homlokszög (α) 25, ékszög (β) 50, hátszög (γ) 15.) Forgácsoló szerszámok éle: a forgácsoló szerszámok lapjai nem az elméleti vonalban találkoznak egymással, hanem találkozásuknak mindig van valamennyi lekerekítettséggel járó sugara. A szerszám kopásával nı a lekerekítettségi sugár, azaz nı a fajlagos ellenállás.
A forgácsolás jellemzıi A fajlagos forgácsolási ellenállást befolyásoló tényezık: A megmunkált anyagtól függı tényezık: Keménység: a forgácsolási ellenállás csaknem egyenesen arányos a megmunkált anyag keménységével. Természetesen a faanyagok inhomogenitása is közrejátszik a forgácsolási ellenállás változákonyságába. A forgácsolási ellenállás és a faanyag sőrősége között is egyenes arányosság áll fenn. A megmunkált anyag nedvességtartalma: a faanyag nedvességtartalma feldolgozás helyétıl és idejétıl függıen változó. Kísérletek alapján állapították meg, hogy a legnagyobb a forgácsolási ellenállás 8-10 %-os nedvességtartalomnál. A rosttelítettségi határ felett azonban már nem befolyásolja a megmunkálást a nedvességtartalom-változás. Rosttelítettségi határ alatt megállapítható, hogy a faanyag nedvességtartalmának növekedésével nı a rugalmassága (a forgácsolás közben rugalmas alakváltozás is fellép, nem csak nyírás, valamint magas nedvességtartalomnál kiszakadás is fellép). Fontosak a nedvességtartalom és a hımérséklet összefüggései.
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással
A tömör t r faanyag megmunkálási, forgácsol csolási si irányai Szíjács Bél Geszt Tranversal s. = Bütüirányú forgácsolás Radial s. = Rostirányú forgácsolás Tangential s. = Húrirányú forgácsolás Melyik irányban könnyebb? Oda-vissza egyforma erı kell? Mik az inhomogenitást adó tényezık? Szöget-bezáró forgácsolás? Mi a helyzet az agglomerált és kompozit termékekkel?
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolássalssal Alkatrészek felületeinek leteinek lehetséges formái 1.1. SíkfelS kfelület, let, mely párhuzamos p a rostiránnyal
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolássalssal Alkatrészek felületeinek leteinek lehetséges formái 1.2. Sík S k felület, let, mely meghatározott szöget zár z r be a rostiránnyal 1.2.1. Oldal-fel felületlet 1.2.2. Lap-fel felületlet 1.2.3. Bütü-felB felületlet
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolássalssal 1. Alkatrészek felületeinek leteinek lehetséges formái 1.3. Sík S k felület, let, mely meghatározott szöget zár z r be a bázisfelb zisfelületekkel letekkel és korlátozott méretekkel m rendelkezik 1.3.1. Rostirány mentén
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolássalssal Alkatrészek felületeinek leteinek lehetséges formái 1.3.2. Rostirány széless lességében 1.3.3. Rostirány mentén és s széless lességében
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolássalssal Alkatrészek felületeinek leteinek lehetséges formái 1.4. Hengerfelület, mely párhuzamos a bázisfelülettel és a rostiránnyal 1.5. Hengerfelület, mely merıleges a bázisfelülettel és a rostiránnyal 1.6. Forgásfelület, melynek forgástengelye merıleges a bázisfelületre
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolássalssal Alkatrészek felületeinek leteinek lehetséges formái 1.7. Profilfelület 1.8. Térgörbe felület
Típus-alkatrész általános mechanikai megmunkálásának nak rendszere Megmunkálási fázisok: f Szabás Főrészelés Késztermék k kialakítása Gyalulás Marás Esztergályoz lyozás Szerkezeti megmunkálás Főrészelés Fúrás Marás Szerelvényez nyezés Főrészelés Fúrás Marás Díszítı megmunkálás Marás Intarzia Kézi megmunkálás Felületi leti kikész szítés Csiszolás Felületkezel letkezelés Kárpitozás
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolással ssal rostiránnyal párhuzamos p síkfels kfelületek letek kialakítása Síkfelület kialakításának technológiai vázlata: A- egyengetı gyalulás; B- másolás sablon segítségével Különleges gyaluhenger kialakítások
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolással ssal 2. rostiránnyal párhuzamos p és s szöget bezáró síkfelületek letek kialakítása A felület kialakításának technológiai vázlata: a- A bázisfelülettel szomszédos, meghatározott szögő síkfelület kialakítása; b- A bázisfelülettel párhuzamos-, illetve azzal tetszıleges szöget bezáró síkfelület kialakítása; 1- alkatrész; 2- szerszám; 3- sablon;
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolással ssal felületi leti hullámoss mosság g problémája A forgácsolt felület minıségének jellemzıi: Sz =L - a hullámhossz, t = H- a hullám mélysége (magassága), D- élkör-átmérı Német jelölések Mitıl függ a hullámosság (hullámhossz)? v = elıtolás sebessége (m/perc) n = szerszám fordulatszám (1/perc) z = megmunkáló élek száma ( fogszám) (db) Kések elhelyezése!!
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolással ssal felületi leti hullámoss mosság g problémája A kinematikai egyenetlenség hullámmagassága (H) a hullámhossz (L) és a szerszám élkör-sugarának (R) függvényében
Alkatrészek megmunkálása forgácsol csolással ssal felületi leti hullámoss mosság g problémája A felületi minıség a hullámmélység függvényében A- jó (bútoripar); B- közepes (épületasztalos ipar); C- alacsony (építıipar) felületi minıség
A bázisb zis-,, illetve a vele szomszédos síkhoz, s adott szög g alatt elhelyezkedı,, sík s k bütü-felb felület let kialakítása Bütü-felület kialakítása asztali körfőrész gépen 1- alkatrész; 2- főrésztárcsa; 3- gépasztal; 4- vezetıvonalzó; 5- fix ütközı.
Rostirány mentén n korlátozott méretekkel m rendelkezı síkfelületek letek kialakítása
Rostiránnyal párhuzamos p síkokkal s határolt síkfelületek letek kialakítása
Az alkatrész rostiránya és s erre merıleges iránya mentén n határolt síkfels kfelületek letek kialakítása
A rostiránnyal és s a bázisfelb zisfelülettel lettel párhuzamos hengerfelület let kialakítása A- vastagsági, vagy többfejes gyalugépen, B- marógépen, 1- alkatrész, 2- megmunkáló szerszám, 3- vezetıvonalzó.
A bázisfelb zisfelületre letre és s a rostirányra merıleges felület let kialakítása 1- alkatrész; 2- megmunkáló szerszám; 3- sablon; 4-oldalsó ütközı; 5- hátsó ütközı; 6- vezetıgyőrő
Felületek letek elıáll llítása a munkadarab forgatásával
Adott forma, belsı felületeinek leteinek kialakítási lehetıségei
Adott forma, belsı felületeinek leteinek kialakítási lehetıségei