MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT Kombinált eljárással megmunkált furatok érdességének vizsgálata II. éves MSc. gépészmérnök hallgató Konzulens: Dr. Kundrák János egyetemi tanár Gépgyártástechnológiai Tanszéke Miskolc, 2010
Tartalomjegyzék Bevezetés 2 1.Alkatrészek keménymegmunkálása... 2 1.1. Befejező megmunkálás köszörüléssel... 2 1.2. Befejező megmunkálás keményesztergálással... 3 1.3. Megmunkálás esztergálással és köszörüléssel... 5 1.3.1. A két eljárás együttes alkalmazása... 5 1.3.2. A két eljárás kombinálása... 5 2.Kísérletek különböző módon megmunkált felületek érdességének elemzésére 7 2.1. Kísérleti feltételek... 7 2.1.1. Keményesztergálási vizsgálatok feltételei... 7 2.1.2. Kombinált eljárás vizsgálati feltételei... 13 2.2. Mérési módszerek és mérőeszközök... 16 3.Kísérleti eredmények... 17 4.Kísérletek eredmények kiértékelése... 28 Irodalomjegyzék... 32 1
Bevezetés Az utóbbi évtizedekben a korszerű megmunkálási eljárások vizsgálatára sok kutatás irányult, melyek egyik kiemelt területe a keménymegmunkálás elemzése volt. A keménymegmunkálásokat döntően köszörüléssel végezték, de kialakultak azok a technikai és technológiai feltételek, amelyek lehetővé tették a határozott élű szerszámokkal végzett forgácsolást is. A kutatási munkák eredményeként egyértelművé váltak az abrazív és a határozott éllel végzett megmunkálások előnyei és hátrányai. Jelenleg a legkorszerűbb alkalmazás ezen két eljárás előnyeire épülő kombinált megmunkálás. TDK dolgozatomban a keménymegmunkálással végzett forgácsolás kísérleti vizsgálatával foglalkoztam, valamint elemeztem az ezzel az eljárással megmunkált felületek érdességi jellemzőket. 1. Alkatrészek keménymegmunkálása A 40-45 HRC-nél keményebb felületek megmunkálását a szakirodalom [1] keménymegmunkálásnak nevezi. Összefoglaló neve azon megmunkálási (abrazív és határozott élű) eljárásoknak, amelyekkel gazdaságosan előállíthatóak az előírt felületminőségi és pontossági követelmények. 1.1. Befejező megmunkálás köszörüléssel Edzett furatok napjainkban is legelterjedtebb befejező megmunkálása a köszörülés (1. ábra). Ez a határozatlan forgácsoló élekkel végzett megmunkálás a legrégebbi eljárás, amit az emberiség alkalmazott. A szerszám mikro szerkezete rendkívül összetett, az éleknek sem a számuk sem a geometriájuk, sem a munkadarabhoz viszonyított helyzetük nem meghatározott. Egy időben nagyszámú abrazív szemcse érintkezik a munkadarabbal, a teljes anyagleválasztás nagyon sok egyedi forgácsképzési mechanizmus összegeként adódik. Itt túlnyomóan finom megmunkálási eljárásról van szó, amelynél a forgácsképződés 2
µm nagyságrendű. Elsősorban befejező megmunkálás, de a korszerű nagyteljesítményű szerszámok és gépek alkalmasak előkészítő és nagyoló műveletekhez is [2]. 1. ábra Furatköszörülés 1.2. Befejező megmunkálás keményesztergálással A keményesztergálás olyan anyagleválasztó eljárás, amely edzett felületek készre munkálására alkalmazható, precíziós pontossági- és felületminőségi követelmények mellett. A néhány ezred vagy század mm 2 keresztmetszetű forgács eltávolítása, hűtő-, kenőfolyadék alkalmazása nélkül, un. száraz anyagleválasztással történik. Az alkatrészek készremunkálásánál a keményesztergálás a köszörülés alternatív eljárása lett. A köszörüléssel ellentétben környezetbarát, tiszta technológia, mert nem igényel hűtő-, kenőfolyadékot. A kilencvenes évek elején indult meg a keményesztergálás fejlesztése, hogy új szerszámanyagok (CBN alapú) jelentek meg a piacon, ezen kívül a nagypontosságú esztergák konstrukciói is biztosították a kielégítő szilárdságot, stabilitást és pontosságot a keményesztergálás sikeréhez. A keményesztergálás szerszámanyaga a polikristályos köbös bórnitrid (PCBN), amely azért alkalmas kemény-esztergálásra, mert a forgácsolás hőfokán legalább háromszor keményebb, mint az edzett acél. A PCBN a múlt század közepén vált ismertté, azonban évtizedeknek kellett eltelnie ahhoz, hogy ipari felhasználásra alkalmas kereskedelmi 3
szerszámanyaggá váljon. Ezekkel a szuperkemény szerszámokkal a nagykeménységű és/vagy nehezen megmunkálható anyagokat munkáljuk meg, például a szerszámgyártásban befejező megmunkálásként a keményfémeket, gyorsés szerszámacélokat, valamint a kerámiákat. A szuperkemény szerszámok alatt a bórnitrid szilárd változatainak többkristályos formáit (2. és 3. ábra), és a természetes és a mesterséges gyémántot értjük, de ezt a ZF Hungáriánál, mint szerszámanyag a gyártás jellege miatt nem használják [3, 4]. 1. ábra A gyémánt és a PCBN rácsszerkezete [5] 2. ábra Grafit és bórnitrid kristályszerkezete [5] A köbös bórnitrid-szemcsés szerszámok alkalmazása számos előnnyel jár, így például: A köszörülési idő csökkenése és ezzel a gépkapacitás jobb kihasználása. Az eddiginél jobb alak- és mérettűrés. A köszörült felület, ill. az élközeli rész szerkezete nem változik, mivel a köszörű szerszám szemcséje nem nyom és a felület nem melegszik fel. A megköszörült forgácsolószerszámok élettartama növekszik, esetenként 100%-nál jobban. Vasalapú anyagokat is jól lehet vele megmunkálni, mivel nincs benne szén, ami a megmunkálás magas hőmérsékletén a munkadarabba diffundálna. A gyémánt kb. max. 850 C hőmérsékletével szemben 1200 C hőmérsékletet is elviseli a köbös bórnitrid szemcse. 4
Edzett acélok esztergálásakor általában negatív homlokszöget használunk hűtő-, kenőfolyadékok alkalmazása nélkül. A negatív él-kialakítás következménye, a megnőtt passzív erő (F p ), amely gyakran rezgéskeltő hatású. A passzív erő a fő forgácsoló erő kétszeresét is elérheti. Pozitív él-kialakítással rendelkező szerszámmal, hagyományos esztergán végzett forgácsoláskor ez az arány pont fordított [3, 6, 7]. 1.3. Megmunkálás esztergálással és köszörüléssel A keményfelületek megmunkáló eljárásait kemény megmunkálásnak nevezzük. Ezeket a felületeket különböző abrazív szemcsékkel/szerszámokkal munkáljuk meg, s az alkatrész geometriájának, a felület előirt pontossági és érdességi követelmények alapján választjuk a konkrét eljárást. A keményfelületek létrehozásában új fejezetet nyitott a PCBN szerszámok megjelenése, s a velük végzett keményesztergálás [8]. 1.3.1. A két eljárás együttes alkalmazása Az alternatív eljárásokból többféle technológiai változatot lehet összeállítani tárcsaszerű alkatrészek precíziós készremunkálására. A két eljárás összekapcsolásából (esztergálás majd köszörülés) jött létre a fogaskerekek készremunkálásának újabb változata. Ebben az esetben a legfőbb indíték a periodikus topográfia elkerülés, mert ez nem előnyös a tömítő felületeknél, a csapágyhelyeknél és a szinkronizáló kúpoknál sem. A felület köszörült topográfiáját úgy célszerű biztosítanunk, hogy a keményesztergálás nagy anyagleválasztási teljesítményét kihasználjuk, ezért első műveletben esztergálunk, a másodikban köszörülünk [8]. 1.3.2. A két eljárás kombinálása A kombinált megmunkálás lényege, hogy mindkét eljárás előnyeit maximálisan kihasználjuk, a hátrányait pedig nem hagyjuk érvényesülni. Kihasználjuk a keményesztergálás rugalmasságát és nagy anyagleválasztási sebességét, és 5
ugyancsak kihasználjuk a köszörülés folyamatbiztonságát és megbízható minőségbiztosító képességét. A kombinált eljárások a lényege, hogy a munkadarab azonos befogása mellett, ugyanazon szerszámgépen, a munkadarab ugyanazon befogása mellett először egy keményesztergálási művelet történik. Ezt követően abrazív megmunkálás következik, amikor már csak egy nagyon csekély, néhány század mm anyagréteg leválasztása történik. Ezáltal nő a pontosság, megszűnik a periodikus topográfia, egyszóval biztosított az alkatrész kiváló minősége. A ráhagyás minél nagyobb részét tudjuk az első lépésben leválasztani, annál kevesebbet kell használunk az újra megjelenő hűtő-kenő folyadékból. A köszörülés előnyei már igen kis ráhagyás eltávolításakor is megjelennek. Az egy befogás előnye alapján többféle kombinált eljárást is alkalmazhatnak [8]. Az EMAG VSC DS előnyei [9]: - Függőleges tengelyű keményesztergálás és köszörülés folyadékhűtött és száraz egy felfogásban, egy gépen. - A munkadarab részei az esztergálás során megbízhatóan lesznek megmunkálva és amennyiben a minőség illetve előírás megköveteli, úgy a keményesztergálás után köszörülést is alkalmazhatunk, mint befejező eljárást. Az ennél a gépnél alkalmazott HDS -technológia költségoptimalizált gyártási módszer. - Magasabb munkadarab minőség és magasabb termékminőség, mert a munkadarab egy felfogásban készül el. A köszörülési ráhagyás megközelítőleg 0,02mm-től az átmérő függvényében változik. - Időtakarékos simítóeljárások, mivel a köszörűkorong a kis anyagleválasztás során sokkal kevésbé kopik. - A HDS -technológia a hagyományos köszörüléssel szemben kevés anyag leválasztását is lehetővé teszi, hogy száraz vagy csak minimális mennyiségű köszörűolajjal is lehessen köszörülni. A köszörűiszap költséges eltávolítása megszűnik. - Az eljárás megbízhatóságát növelhetjük és egyidejűleg jobb felületminőséget érhetünk el köszörüléssel, mint csak keményesztergálással. 6
- Az egyszerű keményesztergálással szemben csavarfelület mentes (drallfrei) felületeket munkálhatunk meg köszörüléssel, egy gépen belül. - Komplex kontúrvonalakat, amelyek lekövetése köszörűkoronggal bonyolult vagy lehetetlen, azokat gyorsan és egyszerűen lehet esztergálással megmunkálni. - Kis elmozdulások = minimális mellékidők = alacsony darabköltség - Jól megközelíthető munkatér, gyorsabb beállítás. - Nagyobb pontosság és felületminőség az eljárás magas megbízhatósága mellett. - Szimmetrikus felépítés - Merevebb és stabilabb alaptest MINERALIT polimerbetonból. - Szabadabb forgácsesés 2. Kísérletek különböző módon megmunkált felületek érdességének elemzésére A kísérletek célja a keménymegmunkálással előállított edzett felületek érdességi vizsgálata. A kombinált megmunkálás és a keményesztergálás edzett munkadarabok precíziós megmunkálására van kifejlesztve. 2.1. Kísérleti feltételek 2.1.1. Keményesztergálási vizsgálatok feltételei A forgácsolási kísérleteket nagymerevségű keményesztergán, bórnitrid szerszámmal végeztük. Az alábbiakban ennek a kutatási feltételeit ismertetem. A vizsgált munkadarab A kísérleteknél edzett fogaskerék testeket munkáltak meg. A munkadarab jelölését az 1. táblázatban foglaltam össze. A fogaskerekek geometriai adatait, valamint az anyagminőséget a 2. és 3. táblázat tartalmazza. 7
1. táblázat Jelölésrendszer bemutatása Jelölés Alkalmazott technológia és az előírt érdességi jellemező K/I K/II E/I E/II Keményesztergált furat R z 3 előírással Keményesztergált furat R z 6 előírással Kombinált eljárással megmunkált furat R z 3 előírással Kombinált eljárással megmunkált furat R z 6 előírással 2. táblázat K/I munkadarab specifikációja Vegyi összetétel C% 0,15 0,2 Cr% 1 1,3 Mn% 1 1,3 Mo% max. 0,12 Si% max. 1,4 Al% 0,02 0,05 S% 0,02 0,035 P% max. 0,025 B% 0,001 0,003 Cu% max. 1,3 Ni% max. 0,3 Megnevezés 20MnCr5 Keménység 59-63 HRC 3. táblázat K/II munkadarab specifikációja Vegyi összetétel C% 0,14-0,2 Cr% 1,4-1,7 Mn% 0,5-0,9 Si% max 0,4 S% 0,035 P% 0,035 Ni% 1,4-1,7 Megnevezés 17CrNi6-6 Keménység 60-63HRC 8
A szerszámgép PCC Pittler- CNC- vertikális esztergagép (4. ábra) a PV SL 2 /1-1 modell egy motoros orsóval és egy keresztszánnal. A gépnél a legnagyobb pontossággal elkészített, különösen stabil blokk állvány alkotja a gépállványt, amely nagy statikus és dinamikus merevséggel, optimális rezgéscsillapítási tulajdonságokkal, és termikus stabilitással rendelkezik. A függőleges falak a gépen belül forgácskiszóródástól jól védett munkateret képeznek (5. ábra). A keresztszán megvezetése (görgős csapágyazása játékmentes, ami lineáris mozgást eredményez. Közvetlenül a gépállványra) van felszerelve az X- tengely irányú mozgás megvezetése, ez gondoskodik a legnagyobb esztergálási pontosságról. Minden szánhajtás a munkatér tetején van elhelyezve. A munkatér gondos méretezése biztosítja a kedvező forgácskihordást, valamint a munkadarab befogó elemekhez és a szerszámhoz a jó hozzáférhetőséget. A gép védve van a munkatér burkolása révén, a tolóajtó biztonsági ablakkal és elektro-mechanikus biztonsági zárral van ellátva. A gép munkaterét egy lámpa világítja meg egy fénycsővel. Automatikus központi olajkenés van a szánokhoz, kis mennyiségű olajködkenés a forgó orsó csapágyai számára. Hűtő aggregát van beépítve a főorsó motorjának hűtésére. A zajszint 75 db alatt marad normál megmunkálási feltételek mellett [3]. 4. ábra PV SL 2/1-1 keményeszterga 5. ábra A keményeszterga munkatere 9
A keményesztergálásra vonatkozó technológiai paramétereket a 4. és az 5. táblázatban foglaltam össze, mind a simító mind a nagyoló megmunkálás esetén. 4. táblázat K/I technológiai paraméterei n n 620 1/min n s 450 1/min f n 0,22 mm/ford f s 0,12 mm/ford a pn 0,12 mm a ps 0,02mm 5. táblázat K/II technológiai paraméterei n n 855 1/min n s 782 1/min f n 0,24 mm/ford f s 0,12 mm/ford a pn 0,1mm a ps 0,03mm Szerszámbefogás A revolverfej a gépállványra szerelt, nyolc darab, 50 mm-es hengeres szárú késtartó befogadására alkalmas (6. ábra). Laptávolsága: 360 mm. Központi hűtőközeg hozzávezetés van kialakítva, a fej elfordítása extrém rövid idő alatt megvalósul, ami az iránylogikának, valamint a háromfázisú szervomotornak köszönhető, átfordulás után pedig a fejet hidraulikus reteszeléssel a gép rögzíti. A befogásnál a biztonságra is törekednek. CAPTO befogással kerülik el az esetleges hibákat. Ez kúpos poligon befogást jelent, ami csak egyféleképen teszi lehetővé a szerszám elhelyezését a revolverfejen. 6. ábra Szerszámbefogás 10
Az alkalmazott esztergaszerszám tartó adatai az 6. táblázatban kerültek összefoglalásra. Ezt a szerszámtartót használják mindegyik forgácsoló lapka befogásához. 6. táblázat Késszár specifikációja [10] Megnevezés C5-PCLNR/L-17090-12 Munkadarab befogás Gyártó Homlokszög SANDVIK γ=-6 Terelőszög λ s =-11 Működő hossz Befogórendszer 67 mm CAPTO A három pofás pneumatikus működésű gyorstokmány (7. ábra) szolgálja a munkadarab biztonságos szorítását a szerszámgépen. A fogaskerekeket fejkörön szorítják be (8. ábra). Szerelhető ütközőkkel van ellátva, valamint a munkadarab felfogását ellenőrző berendezéssel. A szorítóerő állítható a pofákon, így a körkörösségi hiba nagyságát is be tudjuk állítani. A szorítóerő mind axiális, mind radiális irányban változtatható. A felfogást kemény pofák teszik lehetővé. Azért nem puha pofás tokmányt alkalmaznak, mert azzal az előírt pontosság nem lenne elérhető. A pofákat egyszer szabályozzák, az első felfogáskor, és onnantól kopásig használják őket. A maximális fordulatszám a gépen elérheti a 4000 1/min-t is. 7. ábra Munkadarab befogás 8. ábra Fejkörön való befogás 11
A munkadarab befogás paramétereit úgy kell megválasztani, hogy az IT 6 pontosság és az ennek megfelelő előírások a körkörösség, a hengeresség és a párhuzamosság tekintetében biztosíthatóak legyenek keményesztergálással is. Szerszámanyagok és a szerszám Keményesztergálás esetében a nagyoló és a simító megmunkálás is esztergálás. Hűtó-kenőfolyadékot a PCBN bevonatú lapka hősokkérzékenysége miatt ebben az esetben nem alkalmaznak. A K/I esetben alkalmazott nagyoló lapka specifikációja a 7. táblázatban, a simító lapka specifikációja az 8. táblázatban került összefoglalásra. 7. táblázat K/I nagyoló lapka specifikációja[11] Lapka megnevezése 4NC CNGA120408TA2 Gyártó MITSUBISHI Bevonat PCBN Élkialakítás Normál Ajánlott v c 50 150 m/min Ajánlott f 0,03 0,2 mm/ford Ajánlott a p 0,05 0,2 mm D 1 12,7 mm D 2 5,16 mm S 1 4,76 mm R e 0,8 mm 8. táblázat K/I simító lapka specifikációja [11] Lapka megnevezése 4NC-CNGA120408GSW2 Gyártó Bevonat Élkialakítás Ajánlott v c Ajánlott f Ajánlott a p D 1 D 2 S 1 R e MITSUBISHI PCBN Wiper 50 150 m/min 0,03 0,2 mm/ford 0,05 0,2 mm 12,7 mm 5,16 mm 4,76 mm 0,8 mm 12
A K/II jelölésű keményesztergált furatnál a nagyoló és a simító lapka specifikációja megegyezik, amit a 9. táblázatban mutatok be. 9. táblázat K/II nagyoló és simító lapka specifikációja [10] Lapka megnevezése CNGA120408S01030A 7015 Gyártó SANDVIK Bevonat PCBN Élkialakítás Normál Ajánlott v c 150 250 m/min Ajánlott f 0,05 0,3 mm/ford Ajánlott a p 0,07 0,8 mm ic 12,7 mm r ε 0,8 mm s 4,76 mm l 12mm 2.1.2. Kombinált eljárás vizsgálati feltételei A vizsgált munkadarab A fogaskerekek geometriai adatait, valamint az anyagminőséget a 10. és 11. táblázat tartalmazza. 10. táblázat E/I munkadarab specifikációja Vegyi összetétel C% 0,14-0,2 Cr% 1,4-1,7 Mn% 0,5-0,9 Si% max 0,4 S% 0,035 P% 0,035 Ni% 1,4-1,7 Megnevezés Keménység 17CrNi6-6 60-63HRC 13
11. táblázat E/II munkadarab specifikációja Vegyi összetétel C% 0,15 0,2 Cr% 1 1,3 Mn% 1 1,3 Mo% max. 0,12 Si% max. 1,4 Al% 0,02 0,05 S% 0,02 0,035 P% max. 0,025 B% 0,001 0,003 Cu% max. 1,3 Ni% max. 0,3 Megnevezés 20MnCr5 Keménység 59-63HRC A szerszámgép Az EMAG VSC 400 DS gépállványa rendkívül stabil, optimális rezgéscsillapítási tulajdonságokkal valamint termikus stabilitással rendelkezik. Munkatere függőleges falakkal határolt, mely a forgácskiszóródástól jól védett. Keresztszánja görgős csapágyazású, játékmentes, lineáris mozgású. A gépállványon található az X-tengely irányú mozgás megvezetése, ez az esztergálás maximális megmunkálási pontosságáról gondoskodik. A gép szánhajtásai a munkatér tetején kaptak helyet. A munkatér gondos tervezése biztosítja a megfelelő forgácskihordást, valamint a munkadarab befogó elemekhez és a szerszámhoz való jó hozzáférhetőséget. A gép védve van a munkatér burkolása révén, a tolóajtó biztonsági ablakkal és elektromechanikus biztonsági zárral van ellátva. Automatikus központi olajkenés van a szánokhoz, kis mennyiségű olajködkenés a forgó orsó csapágyai számára. Hűtő aggregát van beépítve a főorsó motorjának hűtésére. A köszörülés két vagy három műveletben valósul meg, ugyan azzal a koronggal. A köszörülés technológiai adatait a 12. és 13. táblázat tartalmazza. 14
12. táblázat E/I technológiai adatai v c 45m/s a p2 0,012mm n w 351/min f 2 0,08mm/ford a p1 0,03mm a p3 0,008mm f 1 0,25mm/ford f 3 0,04mm/ford 13. táblázat E/II technológiai adatai v c 45m/s a p2 0,008mm n w 425/min f 2 0,18mm/ford a p1 0,42mm - - f 1 0,25mm/ford - - Szerszámbefogás A revolverfej a gépállványra szerelt, 50 mm-es hengeres szárú késtartók befogadására alkalmas, DIN 69 880 szerinti csatlakozásokkal. Központi hűtőközeg hozzávezetés van kialakítva, a fej elfordítása extrém rövid idő alatt megvalósul, háromfázisú szervomotor által, amelynél mindkét elfordítási irány programozható, átfordulás után pedig a fejet hidraulikus reteszeléssel a gép rögzíti. Kombinált eljárásnál a nagyoló megmunkálás forgácsoló lapkával, keményesztergálással történik, míg a simítás egy köszörülési művelet. A simító megmunkálás köszörüléssel a nagyoló keményforgácsolás után következik ugyanazon befogással. A köszörülési műveletben a beégés veszélye miatt feltétlenül szükséges a hűtő-kenés alkalmazása, ezért keletkezik némi köszörűiszap, amely mennyisége a konvencionális értelemben vett köszörüléshez képest (nagyoló + simító köszörülés) elhanyagolható mennyiségű. Az alkalmazott korszerű szerszámok műszaki specifikációi a 14. táblázatban került összefoglalásra, valamint a 15. táblázatban a korongszabályozás adatait mutatom be. 15
14. táblázat Köszörűkorong specifikáció Megnevezés 97A 60 K 6 V112 Gyártó Anyag (szemcse) Kötőanyag Keménység Ajánlott f Ajánlott v Tyrolit 60 közepes szemcseméret, Al2O3 96%-99% korund V keramikus K: közepes keménység, 21220 1/min 50m/s 15. táblázat Korongszabályozás adatai E/I szabályozási adatai E/II szabályozási adatai szabályozási idő 10s szabályozási idő 6 s n 825 1/min n 825 1/min v 40m/s v 40m/s f 300mm/min f 400mm/min a p 0,015mm a p 0,03mm szabályozás 2 db-ként szabályozás 2 db-ként Munkadarab befogás A hidraulikus szorító henger szolgál a belső- és külső szorításhoz, biztonsági berendezéssel és programozható útmérő rendszerrel van kiépítve. A henger szorítóereje beállítható. A munkadarab befogás a kombinált eljárás esetén sarkalatos műveletelem, ugyanis az egy befogásban végzett keményesztergálás és köszörülés biztosítja a nagy alak- és helyzetpontosságot (9. ábra). Ezért nagyon fontos a megfelelő befogás és központosítás tervezése. 2.2. Mérési módszerek és mérőeszközök A vizsgálataim során elsősorban a keménymegmunkálással készre munkált fogaskerék furatok érdességi mérőszámait vizsgáltam olyan módon, hogy a sorozatban futó kerekek közül minden tizedik kiemelésére került, ezekből minden ötödiket kilencszer, az összes többin háromszor végeztem el a mérést. 16
9. ábra A munkadarab megfogása és pozícionálása[9] A felületi érdességi méréseket a Mahr PGK 120 Perthometer mérőállomáson (10. és 11. ábra) végeztem, mérőszobai körülmények között. 10. ábra A mérőműszer 11. ábra Mérés 3. Kísérleti eredmények A konvencionális keményesztergálással és a kombinált eljárással megmunkált fogaskerekek felületérdességi mérőszámainak a kiértékelő szoftver (Mahr Surf XR20) által szolgáltatott értékeket vettem figyelembe. 17
Négy táblázatban (16 19. táblázat) kerültek összefoglalásra a mintavételezett fogaskerekek furatain mért szűrt érdességi profil és a választott mérőszámok is. 16. táblázat K/I érdességi karakterisztikák változása darabszám R profil Érdesség 1 20 40 60 80 100 120 18
Megfigyelhető a K/I és K/II esetben a forgácsolószerszám kopása miatt kialakult profilváltozás, míg E/I és E/II esetén pedig változás szinte nem tapasztalható. 17. táblázat K/II érdességi karakterisztikák változása darabszám R profil Érdesség 1 20 40 60 80 100 120 19
18. táblázat E/I érdességi karakterisztikák változása darabszám R profil Érdesség 1 20 40 60 80 100 120 20
19. táblázat E/II érdességi karakterisztikák változása darabszám R profil Érdesség 1 20 40 60 80 100 120 A feldolgozott mérési eredményeket a 20. táblázatban foglalom össze a megmunkált fogaskerekek számát feltüntetve. Ezeket grafikonon is ábrázoltam (12 15. ábra), valamint a grafikonon néhány esetben bemutatom az érdességi profil változását is. 21
20. táblázat Mérési eredmények 12/a 22
12/b 12/c 12/d 12. ábra K/I felületek érdességének változása 23
13/a 13/b 13/c 24
13/d 13. ábra K/II felületek érdességének változása A 12 13 ábrasorozaton bemutatott keményesztergált érdességi paramétereknél a darabszám növekedésével a K/I sorozat esetén jelentős hullámzás tapasztalható, de valamennyi érték az előírt határ alatt maradt. A kezdeti darabszámnál az érdesség növekedés a szerszám kezdeti kopásának tudható be. Az ez után következő érdesség csökkenés a forgácsoló élre feltapadt fémrészek hatásával magyarázható. Az érdesség csökkenést követő 20 30 darab után újra erőteljes növekedés figyelhető meg, a szerszám további adhéziós kopásának köszönhetően. A második méréssorozatnál a darabszám növekedésével közel egyenletesen növekednek az érdességi mérőszámok értékei, kivéve a 100. darabnál. 14/a 25
14/b 14/c 14/d 14. ábra E/I felületek érdességének változása 26
15/a 15/b 15/c 27
15/d 15. ábra E/II felületek érdességének változása AZ E/I és E/II jelű mérési sorozatban már az ún. kombinált eljárással megmunkált furatok kerültek vizsgálatra. Mivel a simító fokozatban alkalmazott köszörüléskor a szerszám mind a két esetben két darabonként szabályozásra kerül, ezért a vizsgált értékek tekintetében alig észlelhető változás, mivel a szabályozás miatt a szerszámkopás hatása itt nem jelentkezik. 4. Kísérletek eredmények kiértékelése A 16. és a 17 ábrán egyszerre tüntetem fel és hasonlítom össze a keményesztergálással és a kombinált eljárással megmunkált furatok érdességei mérőszámait. 16/a 28
16/b 16/c 16/d 16. ábra Felületi érdességek összehasonlítása R z 3 előírásnál 29
17/a 17/b 17/c 30
17/d 17. ábra Felületi érdességek összehasonlítása A keményesztergálással és kombinált eljárással előállított felületi érdességi mérőszámok között jelentős különbségeket tapasztaltam a darabszám függvényében (21. és 22. ábra). Keményesztergálás esetén jelentős ingadozás figyelhető meg az érdességi jellemzők tekintetében, amely bizonytalanná teszi az előállított érdesség tervezhetőséget. Ez a jelenség bizonyos gépelemek gyártása során hátrányos lehet. Ez magyarázható a határozott élű PCBN szerszámkopási mechanizmusával, mivel az egy ponton forgácsoló szerszám dolgozó részének geometriája belemásolódik a munkadarab, így annak geometriai hibái is. Ellentétben a kombinált eljárás estén keményesztergálással nagyolt felület érdességi csúcsai leköszörülésre kerülnek a két munkadarabonként szabályozott köszörű szerszámmal. Ezzel egyenletessé, tervezhetővé válik az előállítható felületi érdesség, valamint elkerülhető az esztergálás során képződő mikro menet jelensége is. Bár a keményesztergálás hűtőkenő folyadék alkalmazásának mellőzése miatt kvázi abszolút környezetbarátnak mondható, az elérhető felületi érdesség ingadozása valamint a topográfia jellege miatt meghatározott működési feltételek esetén kiváltása javasolt a minimális környezeti terhelést jelentő kombinált eljárásra. 31
Irodalomjegyzék [1] Forgácsolási Műszaki Kézikönyv, AB Sandvik Coromant SE-811 Sandviken, Sweden, 2010, p. H9 [2] WILFRIED KÖNIG: Köszörülés, dörzsköszörülés, tükrösítés, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1983. [3] Szakács György- Dévényi Miklós: Keményfémek és szuperkemény anyagok alkalmazása [4] Gégény János: Precíziós megmunkálások gyémánt és köbös bórnitrid szerszámokkal, Biomed Center Bt. 2006 [5] Internet: http://www.manuf.bme.hu/seged/kulonleges/upkeea.pdf [6] G. de S. GALOPPI- M. S. FILHO- G. F. BATALHA: Hard turning of tempered DIN 100Cr6 steel with coate and no coated CBN inserts. Journal of Materials Processing Technology, Volume 179, 2006, Pages 146-153. [7] KUNDRAK J., BANA V.: Investigation of surface roughness in turning of hardened and cylindrical surfaces. Cutting and tool in manufacturing systems No63, pp.88-94, 2002. [8] J. Kundrák: Comparison of Processes in Machining of Hardened Surfaces, The Journal of the Advanced Materials and Operations Society, Vol. 1, Is. 1, 2009, pp.61-64 [9] Internet: http://www.emag.com [10] Sandvik Coromant szerszámkatalógus [11] Mitsubishi szerszámkatalógus [12] KUNDRAK, J; GYANI, K; BANA, V: Roughness of ground and hard-turned surfaces on the basis of 3D parameters INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY Volume: 38 Issue: 1-2 Pages: 110-119 Published: 2008 [13] KUNDRAK J, MAMALIS AG, MARKOPOULOS A: Finishing of hardened boreholes: Grinding or hard cutting MATERIALS AND MANUFACTURING PROCESSES 19 (6): 979-993 2004 [14] KUNDRAK J., GYANI K., BANA V.: Qualification of hard bored surfaces with 3D parameters, DAAAM International Scientific Book, Vienna 2005, pp.371-384 [15] MAMALIS AG, KUNDRAK J, GYANI K: On the surface integrity of precisionground steel cylindrical parts, MATERIALS AND MANUFACTURING PROCESSES 18 (5): 835-845 2003 32