MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása Comparison of hard cutting and grinding Kujbus Tamás IV. éves gépészmérnök hallgató Konzulens: Dr. Kundrák János egyetemi tanár Gépgyártástechnológiai Tanszék Miskolc, 2011
Tartalomjegyzék 1. Bevezetés 1 2. Keménymegmunkálások 1 2.1. Szuperkemény szerszámanyagok.2 2.1.1. A gyémánt..3 2.1.2. A polikristályos gyémánt...5 2.1.3. A köbös bórnitrid...6 3. A vizsgált fogaskerék paraméterei..9 4. A köszörülés vizsgálata.10 5. A keményesztergálás vizsgálata 14 6. A köszörülés és a keményesztergálás összehasonlítása 16 6.1. Időráfordítások...16 6.2. Anyagleválasztási jellemzők..18 6.3. Pontosság és a megmunkált felület érdessége...18 6.4. Rugalmasság..19 6.5. Környezetvédelem.19 7. Összegzés..20 Irodalom 20
1. Bevezetés Kemény, edzett anyagok megmunkálási eljárásait a szakirodalom keménymegmunkálásoknak nevezi. A precíziós vagy ultraprecíziós megmunkálások között, döntően a befejező műveletekben a keménymegmunkálások kiemelt jelentőségűek, mivel a megmunkált felületekkel szemben nagyobbak a funkcionális követelmények. Ezzel párhuzamosan az alkatrészek keményfelületeinek száma és/vagy keménysége is növekedett, mert ezáltal is növelhető volt azok tartóssága, s ezen keresztül a termékek megbízhatósága. Ennek következtében a befejező megmunkálás is több ráfordítással jár. A műveletek csökkentéséhez és/ vagy a gazdaságos megmunkálásához viszont a befejező megmunkálások technológiáját és technikáját is fejleszteni szükséges. Az edzett és a betétben edzett acélok mechanikai tulajdonságait széles tartományban lehet szabályozni és következésképpen befolyásolni a forgácsoló eljárást. Az ötvözőktől és a hőkezeléstől függően az edzett vastartalmú anyagok keménységét 50 és 70 HRC között lehet változtatni. A vastartalmú munkadarab anyagok relatíve nagy keménységét martenzites átalakulással, ill. karbidkiválással lehet elérni. A gyártási láncolatban az edzési folyamatot általában olyan befejező művelet követi, mely az alkatrész végleges geometriáját adja és biztosítja az alkatrészek működését meghatározó őség kialakítását [1]. TDK dolgozatomat a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt "Befejező precíziós megmunkálások kutatása" elnevezésű részprojekt támogatta. 2. Keménymegmunkálások Az edzett felületeket korábban abrazív eljárásokkal, elsősorban köszörüléssel munkálták meg. A köszörülés régóta használt, elméletében és technikájában jól kidolgozott és megvalósított, széles körben elterjedt és gyakran alkalmazott megmunkáló eljárás. Az utóbbi évtizedekben a befejező műveletek közül a keményesztergálás azért állt az érdeklődés középpontjában, mert új lehetőségeket teremtett a sokáig egyeduralkodó abrazív (elsősorban köszörülő) megmunkálások mellett a keményfelületek megmunkálásában. Az elmúlt két-három évtizedben a forgácsoló megmunkálások kiemelkedő kutatási iránya volt az edzett acélok forgácsolhatóságának vizsgálata. Kezdetben a határozott élű, egyélű szerszámokkal végzett forgácsolás elméleti és technikai-technológiai lehetőségeit vizsgálták. 1
Ekkor az alkatrészekre vonatkozó követelmények még többnyire extrémnek ősülő feltételek mellett voltak elérhetőek. Az intenzív kutató és fejlesztő munka eredményeként ezek a feltételek a precíziós megmunkálásokban ma már megszokottá váltak, a megmunkálások pontosságának, az alkatrészek őségének javítása még olyan anyagok esetében is eredményeket hozott, amelyek korábban a nehezen megmunkálható anyagok közé voltak sorolva. Az edzett felületek, szuperkemény szerszámanyaggal végzett széleskörű ipari megmunkálásának a legfőbb akadálya kezdetben annak magas ára volt. A hagyományos szerszámokhoz viszonyított ára idővel kedvezőbbé vált, ami három tényezőre vezethető vissza: a szerszámok konstrukciójának és alkalmazástechnikájának változására; a technológiai hatékonyság kedvező alakulására; a szárazmegmunkálás, t környezetbarát megmunkálás jelentőségének növekedésére. A köbös bórnitrid (CBN) szerszámok hozzáférhetőségének javulása ezt a megmunkálást (keményforgácsolás) iparilag jelentős eljárássá tette. A keményesztergálási műveletek az abrazív eljárásokhoz viszonyítva nagyobb anyagleválasztási sebességet eredményeznek, és nagyobb rugalmasságot nyújtanak. A kutatások napjainkra bizonyították, hogy vitathatatlan műszaki, gazdasági, és környezetvédelmi előnyei vannak számos alkatrész befejező megmunkálásában. Ezért gyorsan elterjedt a köszörülés alternatív műveleteként is, így aránya az anyagszétválasztó megmunkálásokban (műveletekben) növekszik [1]. 2.1. Szuperkemény szerszámanyagok A természetes gyémántot, valat azokat a mesterségesen előállított forgácsolószerszám élanyagokat, amelyek tulajdonságaiban a természetes gyémántot jól megközelítik elérik vagy bizonyos vonatkozásban meghaladják szuperkemény szerszámanyagoknak nevezzük [2]. Ennek alapján szintetikus úton előállított szuperkemény anyagnak tekintjük az alábbiakat: -a polikristályos gyémántot (PCD); -a polikristályos köbös bórnitridet (CBN); -a cermetet; -a kerámiákat. A jelenleg alkalmazott forgácsoló szerszámél anyagok piramisát az 1. ábra mutatja. 2
1. ábra A forgácsoló szerszámél anyagok piramisa [2] 2.1.1. A gyémánt A gyémánt a legtisztább ásványi szén és a természetben előforduló legkeményebb anyag. Kristályrácsa a felületen 2 középpontos hexaéder, amelynek belsejében egy a élű 2 tetraéder csúcspontjain még további négy atom helyezkedik el [3]. 2. ábra A gyémánt kristályrácsa [3] A gyémánt a legkeményebb valamennyi ásványi- és szerszámanyag közül, így a kopással szembeni ellenállóképessége meghaladja a többi anyagét, t azt az 1. táblázat mutatja. 3
1. táblázat Csiszoló, kopásálló anyagok mechanikai és fizikai adatainak összehasonlítása [3] Mikrokeménység HV, N/mm 2 Szilárdsági határ hajlításnál N/mm 2 Szilárdsági határ nyomásnál N/mm 2 Rugalmassági modulus E, N/mm 2 Sűrűség g/cm 3 Hőállóság C Természetes gyémánt 100600 21-49 820-1220 118000 3,01-3,56 600-800 Mesterséges gyémánt 86000-100000 30 886 72000-93000 3,48-3,54 600-800 Köbös bórnitrid 80000-92500 - - - 3,5-3,54 1300-1500 Bórkarbid 37000-45000 30 291 29600 2,48-2,52 500-700 Szilíciumkarbid 33350-67000 15-10 57 36500 3,16-3,99 1200-1300 Normál elektrokorund 18000-27000 87 300-3,93-4,01 - A gyémánt kétszer - ötször keményebb, t más köszörű vagy szerszámanyag. A hajlítószilárdsága nagyon kicsi, a gyémánt tehát rideg, törik, ezért például nem lehet gyémántbetétes esztergakés esetén 0,5 mm-nél nagyobb fogásmélységgel forgácsolni. A rugalmassági modulusa és a nyomószilárdsága is a gyémántnak a legnagyobb, ezért a fellépő forgácsolóerő hatása legkevésbé torzul, így pontos méretet lehet vele tartani. A gyémánt hőállósága nagyon fontos, mert ha ezen határ felett történik a forgácsolás, akkor a gyémánt oxidálódik, illetve a vasba diffundál, és a szerszám tönkremegy. Kísérletek szerint 500-600 C-on még nincs oxidáció, 700-800 C-on, illetve annál magasabb hőmérsékleten az oxidáció jelentősen felgyorsul. A forgácsolómegmunkálás során a forgácsolószerszám hőfizikai tulajdonságai jelentősen befolyásolják a szerszám élettartamát. A gyémánt hővezetőképessége a legnagyobb, és ez 4
lehetővé teszi a hő gyors elvezetését a gyémántszemcse dolgozó felületéről a kötőanyagba, és csökkenti a magas hőmérséklet keletkezését fogácsoláskor. A gyémánt hőkapacitása a többi anyagéval azonos nagyságrendű. Néhány szerszámanyag fizikai és mechanikai tulajdonságai láthatóak a 2. táblázatban. 2. táblázat Szerszámanyagok tulajdonságai [1] Megnevezés Mértékegység Keményfém K10 PCBN PCD Sűrüség g/cm 3 14 15 3,4 4,3 3,5 4,2 Keménység HV30 1500..1700 3000 4500 4000 5000 Rugalmassági modulus GPa 590 630 580 680 680 810 Törési szívósság MPa m 10,8 3,7 6.3 6,8 8,8 Hőállóság C 800 1200 1500 600 Hővezető képesség W/mK 100 40 100 560 Hőtágulási együttható 10-6 /K 5,4 3,6 4,9 4,2.4,9 A gyémánt szerszámok alkalmazásának főbb területei: A gyémántot színesfémötvözetek, kerámiák, üvegszálborítású műanyagok valat szerszámgyártásban keményfém és kerámiaszerszámok köszörülésére, élezésére alkalmazzák, valat köszörűszerszámok lehúzására, alakos korongok kialakítására. Gépiparban keményfémből, nagyszilárdságú acélból készült alkatrészek, sík-, furat-, palást-, és alakköszörülésére, finommegmunkálására, köszörűszerszámok szabályozására, alakos korongok kialakítására, öntöttvas és acél alkatrészek furatainak dörzsköszörülése. 2.1.2. A polikristályos gyémánt A szintetikus úton előállított poliristályos gyémánt (PCD - Poly Cristal Diamond) a természetes gyémánt után a ma ismert legkeményebb anyag. Tulajdonságai sok vonatkozásban jól megközelítik a természetes gyémántét. 5
Ugyanakkor a természetes gyémánt anizotrópiájával (irányfüggő változó keménységével) szemben a polikristályos gyémánt izotrópiát, azaz a különböző irányokban gyakorlatilag azonos tulajdonságokat mutat. Ez a felhasználhatóság oldaláról igen kedvező, mert egyaránt alkalmas állandó keresztmetszetű forgács folyamatos és változó keresztmetszetű forgács leválasztására. Gyakorlatilag tehát a megmunkálási módok közül precíziós esztergáláshoz, fúráshoz és maráshoz. A kobalt kötőanyag révén a PCD lapka szívóssága változtatható. Minél nagyobb a Co kötőanyag részaránya, annál szívósabb a lapka. A Co kötőanyag aránya ebben az esetben a 15-20%-ot is eléri. A PCD lapkával valamennyi megmunkálási módban általában csak nedves megmunkálás történhet. Természetesen üvegszálas és egyéb műanyagok, kifejezetten rideg és kis hőszilárdságú anyagok szárazon is megmunkálhatók [2]. 2.1.3. A köbös bórnitrid A bórnitridnek, ugyanúgy, t a szénnek két módosulata van: lágy hexagonális és köbös kemény. A bórnitrid vegyi összetétele 43,6% bór és 56,4% nitrogén. A bórnitrid ugyanolyan lágy és síkjai könnyen elcsúsznak egymáson t a grafitnak. A köbös bórnitrid kristályrácsa nagyon hasonló a gyémántéhoz, csak az a különbség, hogy a gyémántrács egy elem (a szén) atomjából áll, míg a köbös bórnitridrács bór- és nitrogénatomból áll. Minden bóratom 4 nitrogénatomhoz kapcsolódik. A köbös bórnitrid kopásállóság és keménység szempontjából a műszaki gyakorlatban használatos valamennyi csiszolóanyagot felülmúlja, csak a gyémánt keménységét nem éri el. [3]. 3. ábra A köbös bórnitrid kristályrácsa [3] 6
3. táblázat A gyémánt és a köbös bórnitrid fizikai tulajdonságainak összehasonlítása [3]. Jellemző tulajdonságok Gyémánt Köbös bórnitrid Kristályszerkezet köbös köbös Rácsállandó, A 3,5675 3,6165 Atomtávolság, A 1,54 1,56 Elméleti sűrűség, g/cm3 3,51 3,48 Tényleges sűrűség, g/cm3 3,47...3,54 3,44...3,49 Hőállóság, C 850 1200 Mikrokeménység, HV 150g terhelésnél, N/mm 2 100000 92500 Elemi rácshoz tartozó atomok száma 18 18 Elemi rácshoz közvetlenül tartozó atomok száma 8 8 Atomok száma 1cm3-ben 1,76x1023 1,69x1023 A köbös bórnitridet köszörülésre és határozott élű forgácsolásra alkalmazzák. Keményebb acélok megmunkálásánál, ötvözött, edzhető acélok, különleges gyorsacélok, 12%-nál több krómot tartalmazó krómacélok, valat titán ötvözetek és bizonyos határok között betétben edzhető acélok megmunkálására alkalmazzák. A köbös bórnitridszemcsés 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 köszörűszerszám 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. 7
A köbös bórnitrid szerszámok alkalmazásának főbb területei: - Edzett acélok, nagykeménységű ötvözött acélok, öntöttvasak megmunkálása. - Gyorsacél forgácsolószerszámok megmunkálása. - Menetszelvények megmunkálása. - Bonyolult szelvényű forgácsolószerszámok (csigamarók, metszőkerekek, hántolókerekek, üregelőtüskék) megmunkálása. - A tömeggyártás termékeinek simító és tükrösítő köszörülése automata és félautomata szerszámgépeken (műszerek és nagypontosságú csapágyak, alkatrészek, menetköszörülés stb.). - Nagyméretű és nagypontosságú alkatrészek simító és tükrösítő köszörülése (szerszámgépágyak, nagypontosságú szerszámgépek főorsói, stb.). - Hőálló, rozsdaálló és erősen ötvözött acélokból (HRC 60) készült nagypontosságú alkatrészek simító és tükrösítő köszörülése. - Bonyolult szelvényű nagypontosságú alkatrészek megmunkálása. - Hő okozta feszültségek érzékeny anyagokból készült alkatrészek megmunkálása. - Nehezen megmunkálható acélokból és ötvözetekből készült alkatrészek tükrösítése (hőálló csapágyacélból készült különleges csapágyak alkatrészei). A szerszámok a különlegesen nehéz forgácsolási feladatok ellenére nagy kopásállóságuknak köszönhetően hosszú élettartammal bírnak, s ennek alapján alkalmazásuk d műszaki, d pedig gazdaságossági szempontból a lehető legjobb megoldás. 8
3. A vizsgált fogaskerék paraméterei Az általam vizsgált fogaskeréknek magas pontossági és őségi követelmények kell megfelelnie. A furatban megmunkálás után IT5-IT6 pontosságot és Rz6 µm felületi érdességet kell biztosítani. A gyártási folyamatban a lágyműveletek és hőkezelés elvégzése után 59-63 HRC keménységű felületek kerülnek megmunkálásra a fogaskeréken. Műveletként lehet alkalmazni köszörülést vagy keményesztergálást. Az alkalmazott technológiát a megmunkálással elérhető pontosság és gazdaságosság határozza meg. Hogy kiderüljön melyik technológiát célszerű alkalmazni összehasonlító vizsgálatokat kell végezni. 4. ábra A fogaskerék megmunkálandó furat- és homlokfelülete A fogaskeréken megmunkálásának ezen fázisában a Z4-es és az F3-as felületekről (4.ábra) kell anyagfelesleget eltávolítani. A vizsgálatot csupán a Z4-es felületre korlátozom. 9
Az eljárások hatékonysága a következő mérőszámok alapján hasonlíthatók össze: Az anyagleválasztási sebesség (MRR) - Q w (mm 3 /s) A felületképzési sebesség (SR) - A w (mm 2 /s) 4. A köszörülés vizsgálata A furaköszörülés adatai: köszörűgép: SI-4/A, P=17 kw köszörűkorong: 9A80K7V22 (Tyrolit) technológiai adatok: v c =30 m/s v w =19 m/ v f,l,nagyoló =2200 mm/ v f,l,simító =2000 mm/ a e,nagyoló =0,02 mm/kettős löket a e,simító =0,001 mm/kettős löket kiszikráztatás: i s =8 kettőslöket Z nagyolási =0,2 mm Z simítási =0,05 mm Anyagleválasztási sebesség és felületképzési sebesség elméleti értékének számító képletei: Anyagleválasztási sebesség: Felületképzési sebesség: Q w =a e f v w A w =f v w 10
ahol: a e fogásmélység (mm); f előtolás (mm/mdb.ford.); v w munkadarab sebesség (mm/s). Az elméleti értékek nem mutattak sem értékeikben, sem tendenciájukban érdemi kapcsolatot a megmunkálási időkkel ill. a költségekkel. Ezért a tényleges arányokat jobban tükröző paramétereket, az anyagleválasztás gyakorlati értékeit alkalmazhatjuk. A Q wp anyagleválasztási paraméter gyakorlati értékét Q wp úgy számoljuk, hogy a ráhagyás anyagtérfogatát osztjuk a leválasztásához szükséges idővel. Ez az idő lehet az ipari gyakorlatban alkalmazott valamely üzemgazdasági időadat, így pl. a gépi főidő, a darabidő, a műveleti idő, a személyi (norma) idő. Q wp d1 L3 Z t 60 x (mm 3 /s), ahol: d 1 -a furat átmérője (mm); L 3 - a furat hossza (mm); Z sugárirányú ráhagyás (mm); t x - amely lehet: t m - gépi főidő (); t p.- műveleti idő (); t op.- darabidő (); t s - személyi (norma) idő (). Az A w felületképzési paraméter gyakorlati értékét (A wp ) úgy számoljuk, hogy az elkészítendő felület nagyságát, osztjuk az elkészítéshez szükséges idővel: A wp d L t 60 1 3 x (mm 2 /s) 11
4. táblázat Idők kiszámítása: Jelölés külön T gépi összesen T csere,egyéb T alap T darab T elők T műveleti N: 0,736 S: 4,698 5,343 3 8,434 9,6991 180 10,6 sorozatnagyság n=200 darab A gépi főidő meghatározása nagyolásra: T gépi fő,n = 2 L 3 v f,l,n Z N a e,n, ahol: L 3 furat hossza; v f,l,n nagyolási hosszirányú előtolósebesség; Z n nagyolási ráhagyás; a e,n nagyolási kettőslöketenkénti fogásmélység. T gépi fő,n = 2 81 2200 0,2 = 0,736 0,02 A gépi főidő meghatározása simításra: T 2 L Z 3 S gépi fő,s ik v f,l,s ae,s, ahol: v f,l,s simítási hosszirányú előtolósebesség; Z s simítási ráhagyás; a e,s simítási kettőslöketenkénti fogásmélység; i k kiszikráztatási kettőslöketek száma. T gépi fő,s = 2 81 2000 0,05 + 8 = 4,698 0,001 12
A teljes gépi főidő meghatározása: T gépi fő =T gépi fő,n +T gépi fő,s T gépi fő = 0,736 + 4,698 = 5,434 Az alapidő meghatározása: T alap =T gépi +T csere, egyéb T csere, egyéb 3 T alap = 5,434 + 3 = 8,434 A darabidő meghatározása: T darab =1,15 T alap (ha a gépi főidő > 1,5 perc) T dara b = 1,15 8,434 = 9,5991 A műveleti idő meghatározása: T műveleti = T előkészületi n + T darab T előkészületi 180 T műveleti = 180 + 9,6991 10,6 200 Az anyagleválasztási paraméter gyakorlati értéke a műveleti idő alapján: 61 π 81 0,25 Q wp = = 7,77 mm3 10,6 60 s A felületképzési paraméter meghatározása a műleleti idő alapján: A wp = 61 π 81 10,6 60 = 24,4 mm2 s 13
5. A keményesztergálás vizsgálata Az esztergálás adatai: esztergagép: PITTLER PSVL-2/1-1 R lapka: nagyoláshoz Mitsubishi CNGA120408 TA4 MB8025 simításhoz Sandvik CNGA 120404 S0103A 7015 forgácsolás adatai: nagyoláshoz v c =162,9 m/ f=0,24 mm/ford a p =0,1 mm simításhoz v c =165 m/ f=0,12 mm/ford a p =0,04 mm 5. táblázat Az idők kiszámítása: Jelölés külön T gépi összesen T csere,egyéb T alap T darab T elők T műveleti N: 0,41 S: 0,81 1,22 0,2 1,42 1,704 12 1,764 sorozatnagyság n=200 darab A gépi főidő meghatározása nagyolásra: T gépi fő,n = L 4 f n w, ahol: T gépi fő,n = L 4 =L 3 +2 mm; L 3 a megmunkált felület hossza; n w a munkadarab fordulatszáma; f előtolás. 84 = 0,41 0,24 850 14
A gépi főidő meghatározása simításra: T gépi fő,s = 84 = 0,81 0,12 861 Az összesített gépi főidő: T gépi = T gépi,n + T gépi,s = 0,41 + 0,81=1,22 Alapidő meghatározása: T alap = T gépi + T csere + T egy éb T csere =0,2 T alap = 1,22 + 0,2 = 1,42 A darabidő meghatározása: T darab = T alap + T pótlék T pótlék = 0,2 T alap, mivel T gépi 1,5 T darab = 1,42 + 0,2 1,42 = 1,704 Előkészületi idő: T elők 12 A műveleti idő meghatározása: T műveleti + T darab = T el ők n T műveleti = 12 + 1,704 = 1,764 200 Az anyagleválasztási paraméter gyakorlati értéke a műveleti idő alapján: 61 π 81 0,25 Q wp = = 36,6 mm3 1,764 60 s A felületképzési paraméter meghatározása a műleleti idő alapján: A wp = 61 π 81 mm2 = 146,6 1,764 60 s 15
6. A köszörülés és a keményesztergálás összehasonlítása A számítások szerint a keményesztergálásnál a műveleti idők dig kisebbek, t köszörülésnél. Így a keményesztergálás gazdaságossága az időráfordítások alapján kedvezőbb. Ha figyelembe vesszük, hogy köszörülésnél korongszabályozásra, a homlok megmunkálásához síkköszörű adapterre vagy síkköszörűgépre van szükség, akkor az eredmény teljesen egyértelmű. 6.1. Időráfordítások A fogaskerék időráfordításait a táblázat mutatja. 6.táblázat Gépi főidő [] Darab idő [] Műveleti idő [] Köszörülés 5,34 9,7 10,6 Keményesztergálás 1,22 1,7 1,76 Százalékosan kifejezve az eredményeket: a keményesztergálás gépi főideje a köszörülésnek 22,8 %-a, a keményesztergálás darab ideje a köszörülésnek 17,5 %-a, a keményesztergálás műveleti ideje a köszörülésnek 33,8 %-a. 16
Idő, [%] Idő, [] Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011 Az eredmények oszlopdiagramban bemutatva (5. ábra). 12 10 Köszörülés Keményesztergálás 9,7 10,6 8 6 5,34 4 2 1,22 1,7 1,76 0 Gépi főidő Darab idő Műveleti idő a) 100 100 100 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 22,8 17,5 16,6 Gépi főidő Darab idő Műveleti idő b) Köszörülés Keményesztergálás 5. ábra Keményesztergálási és köszörülési időráfordítások a) idők percben; b) idők százalékosan 17
6.2. Agyagleválasztási jellemzők A megmunkálási eljárások hatékonyságát vizsgálva az anyagleválasztási jellemzők gyakorlati értékei is a keményesztergálás mellett szólnak. Ezeket mutatja a táblázat. Anyagleválasztási sebesség [mm 3 /s] Felületképzési sebesség [mm 2 /s] Köszörülés 7,77 24,4 Keményesztergálás 36,6 146,6 Az eredmények oszlopdiagramban is bemutatva a 6. ábrán. 160 140 146,6 120 100 80 60 40 20 7,77 24,4 36,6 Köszörülés Keményesztergálás 0 Anyagleválasztási sebesség [mm 3 /s] Felületképzési sebesség [mm 2 /s] 6. ábra Az anyagleválasztási sebesség és a felületképzési sebesség 6.3. Pontosság és a megmunkált felület érdessége A két eljárással megmunkált felületeket összevetve látható és megállapítható, hogy hasonló érdességi értékek mellett eltérő a topográfia. Keményesztergált felület érdességi profilja szabályosan ismétlődő. Mind a felület mikroprofiljának magassági pontjai d azok egymástól való távolsága közel állandó, míg köszörülésnél nagyon egyenetlen (7. ábra). 18
a) b) 7. ábra Jellegzetes köszörült (a) és keményesztergált (b) felület [4] A keményesztergált felület nagyobb hordozófelülettel rendelkezik, a felszíni rétegben kialakuló nyomó feszültség a kopásállóság szempontjából előnyösebb. Az IT5 vagy IT6 méretpontosság sorozat megmunkálásánál is biztosítható. Az előírt méret-, alak- és helyzetpontosság keményesztergálással a befogó erő kis értékei mellett biztosíthatóak [4]. 6.4. Rugalmasság A keméynforgácsolás egyik fő előnye a köszörüléssel szemben, hogy több felületet, bonyolult geomertiájú alkatrész képes megmunkálni egy befogásban. Köszörülésnél a megmunkálandó felületek számának növekesésével nökkeszik az alkalmazandó szerszámgépek és befogások száma, plusz meg kell említeni olyan járulékos műveletet t a korongszabályozás, ami rontja az eljárás rugalmasságát. Ezeket összevetve látható, hogy a keményesztergálás sokkal rugalmasabb megmunkálási eljárás, t a köszörülés. 6.5. Környezetvédelem Ökölógia szempontból ismét alternatívája lehet a keményesztegálás a köszörülésnek, köszönhetően a korszerű (PCBN) szerszámanyagoknak, élgeomertia fejlődésének, korszerű szerszámgépek, vezérlések, szerszám- és munkadarab-befogó rendszerek, nem igényel hűtőkenő folyadékot. Ezzel a hűtéssel-kenéssel felmerülő környezeti, egészségügyi és gazdasági problémákat is kiküszöböli. Szükség esetén léteznek olyan opciók, amelyekkel a környezet terhelése nélkül lehetséges hűtést alkalmi. Ilyen a sűrített levegővel és a imálkenéssel történő hűtés. 19
7. Összegzés Összefoglalásként elmondható: az összehasonlító kísérlet azt mutatta, hogy a vizsgált fogaskerék megmunkálásakor a keményesztergálás lehetséges alternatíva lehet a köszörülés kiváltására. A keményesztergálás előnye a nagy anyagleválasztási sebesség és felületképzési sebesség. Biztosíthatóak az előírt felület érdességi és pontossági jellemzők, melyek kevesebb felfogásban, kisebb időszükséglet mellett hozhatóak létre. További előnye a nagy rugalmasság, mely az univerzális szerszámalkalmazásnak köszönhető. Egyetlen szabályos éllel különböző kontúrokat tudunk előállítani. Keményesztergálással, t szárazmegmunkálással, környezetbarát módon váltható ki a köszörülés, ugyanis elmarad a köszörüléskor keletkező iszap környezetszennyező hatása, illetve kezelési költsége. Csupán a forgács újrahasznosítását kell megoldani. Felhasznált irodalom [1] Dr. Kundrák János: Kemény edzett anyagok megmunkálása G1.06 tananyagmodul [2] Dr. Gégényi János: Perecíziós megmunkálások gyémánt és köbös bórnitrid szerszámokkal [3] Dr. Szakács György Dévényi Miklós: Kemény és szuperkemény Anyagok alkalmazása [4] Kundrak, J., Bana, V.: "Geometrical accuracy of machining of hardened bore holes", WESIC 2003 4th Workshop on European Scientific and Industrial Collaboration, University of Miskolc, Hungary, pp. 473-480. 20