Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Anyag- és Gyártástudományi Intézet FRAISA ToolSchool 2016. Október 20-21. 3D felületek megmunkálása gömbmaróval Dr. Mikó Balázs Szabadformájú felületek 2 1
Szabad formájú felületek gyártása Alkatrész Marás Szerszámtervezés Szabad formájú felület Elektróda tervezés Szikraforgácsolás Marás 3 3D marás Gömbvégű maró CAM rendszer (3-5D) Barázda magasság 4 2
Kutatás célja Szabad formájú felület marásának vizsgálata Felületi minőség vizsgálata Marási paraméterek és a felületi minőség kapcsolata Felületi minőség hatása szikraforgácsoláskor 3 vizsgálat bemutatása 2009-2016. 25 publikáció Dr. Drégelyi-Kiss Ágota Csuka Sándor Tatai Sándor Béni Balázs Baranyai Géza Poór Attila 5 Paraméterek vizsgálata #1 6 3
2016.10.19. Eszközök 45 Mazak Nexus 410A-II CNC megmunkáló központ Szerszám: Gömbvégű maró Fraisa U5286.501 Dc = 12 mm Anyag: 42CrMo4 (1.7225) (300 HB, Rm 1000 MPa) Érdesség mérés: Mitutoyo Surftest SJ 301 Forgácsolási erő: KISTLER 9257 A 7 CAM program - CATIA v5 Nagyolás Elősimítás Simítás 8 4
Kísérletterv Fraisa 5286.501 D c = 12 mm R = 6 mm v c = 280 / 210 / 140 m/min n = 7430 / 5570 / 3715 1/min f z = 0.085 mm z= 2 DOE v f = 1265 / 950 / 630 mm/min a e = 0.8 / 0.5 / 0.2 mm a p = 0.2 mm A = 0 / 90 / 45 Zone n ae A 1 7430 0.2 90 2 5570 0.5 90 3 3715 0.8 90 4 3715 0.2 0 5 5570 0.5 0 6 7430 0.8 0 7 7430 0.5 0 8 5570 0.8 90 9 7430 0.2 45 10 5570 0.5 45 11 3715 0.8 45 9 Eredmények Z5 n = 5570 a e = 0.5 A = 0 Z10 n=5570 a e = 0.5 A=45 Z2 n=5570 a e = 0.5 A=90 90 45 0 10 5
Ra 5 3,00 2,50 Ra [μm] 2,00 1,50 1,00 5 0,50 N1 N2 N3 N4 N5 0,00 11 15 30 45 60 70 y [mm] Ellentmondás Ra [μm] Ch [μm] 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 Ra 15 30 45 60 70 y [mm] Ch 15 30 45 60 70 y [mm] 5 5 Ch = D 2 D D 2 a e a e 2 α α 2 a e cos Ch α 2 12 6
Dolgozó átmérő D eff_1 β D α D eff_2 β α a p D eff _ 1 = D sin( β + α ) = D sin( β α ) D eff _ 2 β = D 2 arccos D 2 D 2 a p β + α D eff 2 _ 1 13 Deff [mm] vc [m/min] Z5 Deff 10 5 0-5 0 10 20 30 40 50 60 70 80-10 y [mm] 14 D eff (y) -CAD v c (y) -CAD 180,0 130,0 80,0 30,0-20,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 y [mm] Deff_1CAD Deff_2CAD vc_1cad vc_2cad h min = 84 v c rn µ h min [µm] 0.7 0.25 [ m ] h min 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 y [mm] [SIPOS Sándor] hmin_1 hmin_2 7
Új tesztek vc n f No z v f a e m/min 1/min mm mm/min mm A marás iránya 5 210 5570 0.085 950 0.5 Fentről lefelé, zig-zag 12 210 5570 0.085 950 0.5 Lentről felfelé, zig-zag 13 110 var. 0.085 var. 0.5 Lentről felfelé, zig-zag Zone 13 D eff_1 n vf mm 1/min mm/min N1 3.62 9700 1649 N2 5.21 6700 1139 N3 6.73 5200 884 N4 8.18 4300 731 N5 9.10 3900 663 15 Eredmények 200,0 vc - real 15000 n vc [m/min] 100,0 0,0-100,0 2,9 11,5 20,4 30 36,9 N [ ] hmin 5 12 13 n [1/min] 10000 5000 0 2,9 11,5 20,4 30 36,9 N [ ] 5 12 13 15,0 hmin [μm] 10,0 5,0 0,0 2,9 11,5 20,4 30 36,9 N [ ] 5 12 13 16 8
Eredmény: Surface roughness Cusp Height Rz 20,00 20,00 15,00 15,00 CH [μm] 10,00 Rz [μm] 10,00 5 12 5,00 5,00 13 0,00 2,9 11,5 20,4 30 36,9 N [ ] 0,00 2,9 11,5 20,4 30 36,9 N [ ] 17 Következtetések A felületi érdességet befolyásoló tényezők Szerszám átmérő Forgácsolási paraméterek A felület jellege Szerszám pálya 18 9
Paraméterek vizsgálata #2 19 Paraméterek Szerszám: D = 10 mm, gömbvégű maró T1 - z = 2 / T2 - z = 4 Forgácsolási paraméterek v c = 140 m/min, n = 4451 1/min f z = 0.06 0.10-0.14 mm a e = 0.2 0.5 0.8 mm Marási stratégia szabadságfoka: 3D / 5D CAM: CATIA v5 - sweeping PowerMill T1 - Fraisa 7450.450 z = 2 T2 - Fraisa 7450.451 z = 4 20 10
3D és 5D marás MAZAK 410 A-II Deckel Maho DMC 75V (Euroform Kft, Budapest) 21 Teszt alkatrész Anyaga: EN IS0 42CrMo4 (1.7225) Geometria: 9 különböző felület Egyenirányú marás (down cut) Egyenirányú marás 22 11
Kísérletterv (DOE) No DoF T a e f z v f No DoF T a e f z v f 1 3D T1 0.8 0.06 534 10 3D T2 0.5 0.1 1780 2 3D T1 0.8 0.14 1246 11 3D T2 0.2 0.06 1068 3 3D T1 0.2 0.14 1246 12 3D T2 0.5 0.1 1780 4 3D T1 0.5 0.1 890 13 5D T1 0.5 0.1 890 5 3D T1 0.2 0.06 534 14 5D T1 0.8 0.06 534 6 3D T1 0.5 0.1 890 15 5D T1 0.2 0.14 1246 7 3D T2 0.8 0.06 1068 16 5D T2 0.5 0.1 1780 8 3D T2 0.8 0.14 2492 17 5D T2 0.8 0.06 1068 9 3D T2 0.2 0.14 2492 18 5D T2 0.2 0.14 2492 3D Taguchi modell T1 és T2 szerszámra 5D Nincs DOE 23 Σ 162 felület Vizsgált paraméterek Felületi érdesség (Ra, Rz) 162 felületen Érdességek átlaga Főhatás elemzés Regresszió elemzés 24 12
Eredmények 3D vs 5D / z =2 vs z = 4 25 Eredmények 3D vs 5D / z =2 vs z = 4 26 13
2016.10.19. #4 : ae = 0.5 mm; fz = 0.1 mm 27 Eredmény átlagos Rz 3D T1/T2 28 3/5D T1 3/5D T2 3/5D T1 3/5D T2 3/5D T1 3/5D T2 3D T1/T2 14
Regresszió analízis Rz = 6.42 + 24.3 ae^2 + 10.2 fz*z - 1.48 DoF + 0.624 SP R-Sq(adj) = 73.7% 5D 3D 30 Következtetések Az elméleti érdesség modell (barázda magasság) nem megfelelően írja le a kialakuló felület minőségét, mivel egyéb paraméterek is befolyásolják azt: Oldallépés (a e ) Szerszám átmérő, Élek száma (z) Marási és előtolási irány, Fogankénti előtolás (f z ) Szerszám helyzete (Felület helyzete, 3D/5D marás) Fogásmélység (a p ) 31 15
Szikraforgácsolás Az érdesség hatása A kutatás célja Elektróda anyag Érdesség igény Szikraköz (VDI) Folyamat paraméterek?? Elektróda érdessége? Idő Érdesség Kopás Gyártási idő Szerszám Forgácsolási paraméterek 33 16
Kísérletterv Marás oldallépése: a e = 0,1 0,2 0,3 mm. Felületi érdesség (VDI 3400 szerint): VDI = 18 (Ra 0.79) 21 (Ra 1.12) 24 (Ra 1.58). Szikraköz: SD = 0,20 0,25-0,30 mm. 34 Eszközök Mazak A410-II 35 Ingersol Gantry 400 (Koop 55 Kft, Ajka) Szikraforgácsolási program generálása: - Elektróda anyag -VDI - Szikraköz Mahr-Perten Concept 2D/3D Mitutoyo PJ-H3000F Kern ALJ 220-4NM 17
Elektróda előkészítése Marás Ø10R5, z = 2, n = 8.000 1/min, v f = 2.000 mm/min, zig-zag No ae Ra_E1 Rz_E1 1-3 0.1 1.4 7.2 4-6, 10 0.2 1.6 8.8 7-9 0.3 2.3 12.5 36 Felületek értékelése VDI Ra_E 37 18
Topográfia 38 Érdesség változása, jellege 39 19
Az érdesség pontossága R = Ra Ra Ra tervezett tényleges R Ra < 1 Ra_tervezett < Ra_tényleges R Ra = 1 Ra_ tervezett = Ra_ tényleges R Ra > 1 Ra_ tervezett > Ra_ tényleges 41 Következtetések Az elektróda érdessége rontja a folyamatbiztonságot. Nagyobb érdesség esetén az érdesség pontossága és a felület homogenitása romlik. A szikraköz növelése javítja a homogenitást, de rontja a pontosságot. A megfelelő érdesség és a szikraköz együtt biztosítja a pontos felületminőséget. Elektróda kopás Termelékenység 43 20
Köszönöm figyelmüket Dr MIKÓ Balázs PhD, Egyetemi docens, Intézetigazgató-helyettes Óbudai Egyetem Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar Anyag- és Gyártástudományi Intézet Cím: H-1081 Budapest Népszínáz u. 8. Tel.: +36-1-666-5408 Fax: +36-1-666-5480 E-mail: miko.balazs@gbk.uni-obuda.hu http://www.uni-obuda.hu/users/mikob/ 44 21