A KIALAKÍTÁS SZABÁLYAI II.
ERGONÓMIAILAG HELYES KIALAKÍTÁSOK Átlagos emberi testméretek (Kroemer és Niemann nyomán): A kézi erő értéke függ a mozgás síkjától, az erőkifejtés közben a kéz(kar) elmozdulásának nagyságától, valamint az erőkifejtés irányától. Tájékoztató értékként, vízszintes síkban max. 20 N, függőleges síkban max. 130 N kézi erővel (kötélhúzás esetén max. 500 N húzóerő kifejtésével) lehet számolni, míg a lábbal kifejthető nyomóerő maximális értékét 300-500 N-nak lehet tekinteni. 2
GYÁRTÁSHELYES KIALAKÍTÁSOK A technológia kiválasztását nem a minden áron való gyárthatóság, hanem elsősorban a gazdaságos gyártásra való törekvés motiválja. A gazdaságosságra való törekvés megköveteli, hogy már az első technológiai lépés után az alkatrész alakja minél jobban megközelítse a végleges formát, továbbá, hogy a végleges kialakítás minél kevesebb technológiai lépéssel elérhető legyen. 3
Az öntvények kialakításánál figyelembe veendő általános szempontok (az egyes öntési technológiák egyedi sajátosságain kívül): a formából való kiemelést öntési ferdeséggel és az élek lekerekítésével kell biztosítani: az öntés után megmunkált felületeket ki kell emelni (ráhagyás, felöntés) és a forgácsoló szerszám számára jól hozzáférhetővé kell tenni: 4
az öntvény szilárdságát a falvastagság növelése helyett bordák alkalmazásával kell biztosítani: 5
az öntvény külső alakját a forma, belső üregét a mag adja meg. A mag az öntőformának egy olyan része, amelyik az öntött darab kiemelésekor biztosan megsérül, tehát minden darab után újra kell készíteni. Ezért a magra való öntés drágább és eggyel több hibalehetőséget jelenthet. Az öntvényekkel szemben támasztott általános követelményként nem, de ajánlásként már meg lehet fogalmazni, hogy ahol lehetőség nyílik rá, az alkatrészt úgy kell kialakítani, hogy ne kelljen magot alkalmazni. 6
az üreg-, ill. repedésképződés elkerülése érdekében elő kell segíteni az alkatrész minden részének egyenletes lehűlését az anyaghalmozódás és a hőátadó felületek nagyságának ugrásszerű növekedésének/csökkenésének megszüntetésével 7
az X jellegű (merőleges kereszteződésű) bordák helyett Y vagy K jellegű bordák alkalmazásával jelentősen csökkenthető a bordák találkozásánál felgyülemlő anyagmennyiség, ezáltal csökkenthető az egyenlőtlen lehűlésből eredő repedési veszély: 8
Képlékeny alakítással gyártott alkatrészek kialakításának alapelvei Az alakítás hőmérsékletének függvényében megkülönböztetünk meleg- és hidegalakítást, ill. a kettő előnyeit bizonyos mértékig ötvöző ún. félmeleg alakítást. Az alakított anyag szempontjából mindhárom esetben megkülönböztethetünk térfogatalakító technológiákat, ill. lemezalakító technológiákat Melegalakítást olyan hőmérsékleten végeznek (T alakítás >T rekrisztallizáció >0.5T olvadás ), amelyen a regenerációs folyamatok az alakváltozással együtt mennek végbe. A melegalakítás során az anyag szerkezetében dinamikus poligonizáció (szubszemcsés szerkezet kialakulása) és dinamikus rekrisztallizáció (újrakristályosodás) játszódik le. A melegalakítást a rekrisztallizációs hőmérséklet alatt fejezik be, így az alakított anyag emlékszik az alakváltozás folyamatára, a szubszemcsék irányítottsága (szálirány), amely követte az anyagáramlás irányát, az alakítás után is megmarad: 9
forgácsolt kovácsolt forgácsolt kovácsolt forgácsolt kovácsolt A kovácsolási technológiák közül a süllyesztékes kovácsolás rendelkezik a legtöbb olyan technológiai sajátossággal, amit a tervezőnek egy kovácsolt alkatrész tervezésénél figyelembe kell vennie. Nevezetesen a formakitöltést, az osztósíkot és a sorjaképződést: 10
A melegalakítással ellentétben, a képlékeny hidegalakítás legfontosabb sajátossága, hogy az alakított anyag az alakítás során elszenvedett alakváltozás függvényében felkeményedik, azaz az aktuális folyáshatára (egyben az alakítási szilárdsága is) az anyag folyásgörbéjének megfelelően nő. profilos rudak sajtolása alámetszés, osztott szerszámot igényel 11
A lemezek feldolgozásánál alapvető szerepet játszik a lemezanyag anizotrópiája, amely a lemez hengerlése során a nagymértékű képlékeny alakítás következtében a szemcsék megnyúlása és kristálytani orientációjuk nagyfokú rendezettsége (textúra képződés) miatt jön létre: visszarugózás: 12
Kivágás: kemény lemez Hajlítás: képlékeny lemez 13
Mélyhúzás: Mélyhúzásra olyan lemezanyagok megfelelőek, amelyek nagy átlagos anizotrópia paraméterrel rendelkeznek. Ez azt jelenti, hogy húzó igénybevétel hatására a lemez elsősorban síkjában alakváltozik és ellenáll a vastagság irányú alakváltozásoknak, ami a kontrakció elkerülése szempontjából kedvező. ráncgátló nélkül ráncgátlóval Ráncgátló nélkül lehet mélyhúzni, ha: D 0 d < 5s 0. 14
Porkohászati alakítással gyártott alkatrészek kialakításának alapelvei A porkohászat kész- és félkész termékek gyártására is alkalmas, amelyek főbb jellemzői: kis anyagveszteség és gyártási hulladék, más eljárással nem készíthető ötvözetek és álötvözetek létrehozása, igen jó pontosság (kalibrálással IT7 elérhető) és jó felületi érdesség, széles tartományban gyártható porózus szerkezet, stb. A porkohászati termékek tervezésénél számolni kell a zsugorodással, ami a porsajtolást követő hőkezelésnél (szinterelésnél) következik be. A zsugorodás mértéke az adott porkeverék összetételétől függ, a lineáris zsugorodás a 13...17%-ot is elérheti. A nagy zsugorodás ellenére a gyártott alkatrészek méretpontossága igen jó lehet, 50 mm-nél 0,5%, míg a minimális tűrés 10 mm alatti méretre ±0,05 mm. 15
A porkohászattal gyártott alkatrészek alakjának tervezésénél az alámetszéseket, a hirtelen keresztmetszet-változásokat, valamint az élek kialakítását kerülni kell: 16
17
- Társított (kompozit) anyagból készült alkatrészek kialakításának alapelvei A kompozit anyagból készült alkatrészek kialakításának nehézségeit általában a kötések tervezése jelenti. A merev, egymással párhuzamos héjak párhuzamosságát és egymáshoz képesti távolságuk megtartását (azaz a töltőanyag alakváltozásának elkerülését) a kötés kialakításakor biztosítani kell: 18
- Forgácsolt alkatrészek kialakításának alapelvei Az anyagleválasztással járó technológiákat ma már legtöbbször csak az alkatrészek befejező megmunkálásához használjuk. Ennek megfelelően forgácsolással csak azoknak a felületeknek a megmunkálását végezzük, amelyeknek előírt alak- ill. helyzet-, valamint mérettűrése a képlékeny alakító technológiákkal nem biztosítható. Hátrányok: - a forgácsolási technológiák időigényesek, - a forgácsolási segédanyagok nem környezetbarát anyagok, - a leválasztott olajos forgács veszélyes anyagnak minősül, - a forgácsolási technológiákkal az alkatrész anyagának mechanikai tulajdonságai egyáltalán nem, a megmunkált felület mechanikai tulajdonságai pedig csak kismértékben változtathatók. Előny: - egy bizonyos határon túl a megkívánt tűrések kizárólag forgácsoló technológiákkal biztosíthatók. A tervező felelőssége tehát, hogy a tervezendő alkatrész tűréseit és a tűrt felületek felületi minőségét az adott felületek működési funkciójának megfelelően írja elő. A szükségtelenül szűk tűréshatár, ill. szükségtelenül kis felületi érdesség előírása exponenciálisan növeli a gyártási költségeket!!! 19
A forgácsolt alkatrészek tervezésének legfontosabb szabályai: a szükséges anyagleválasztás a lehető legkevesebb számú lépésben elvégezhető legyen, a különböző forgácsolási lépések között az alkatrész helyzetét egyáltalán ne, vagy ha ez elkerülhetetlen, akkor csak a legkevesebbszer kelljen megváltoztatni, a forgácsolt felületek éleit mindig le kell törni, mivel a forgácsolás során keletkezett sorja egyrészt balesetveszélyes, másrészt igen nagymértékben megnehezíti a szerelést, menetes csapok és furatok peremét lekell törni, különben a menetes alkatrész rendkívül nehezen szerelhető, az alkatrész kialakításakor a forgácsolásra kijelölt felületek csatlakoztatásánál megfelelő helyet kell biztosítani a forgácsoló szerszám kifutásához, a forgácsoló szerszámok éllekerekítését, mint lehetséges legkisebb lekerekítési sugarat kell a vállak, átmenetek kialakításánál figyelembe venni, furatok megmunkálásakor törekedni kell az átmenő furatok alkalmazására, a furat elhelyezésénél biztosítani kell, hogy a furat homlokfelülete mindig merőleges legyen a fúró tengelyére, különben a fúró keresztéle nem tudja a forgácsolást megkezdeni, menetes alkatrészek kialakításánál figyelembe kell venni, hogy a menetek nem központosítanak, ha a központosítás szükséges, akkor azt külön arra a célra kialakított felülettel kell megoldani, a forgácsolt alkatrészek tervezésénél figyelembe kell venni a forgácsolás során kialakuló felületi topográfia irányítottságát is, mivel azok nagymértékben befolyásolják az adott felület súrlódási és kopási tulajdonságait az üzemelés során. 20
SZERELÉS- ÉS SZÉTSZERELÉS-HELYES KIALAKÍTÁSOK - Az alkatrészek egymáshoz képest egyértelműen (csak egyetlen helyzetben, egyféleképpen és egy adott sorrendben) és biztonságosan legyenek szerelhetők: helytelen helyes - Két alkatrész egymáshoz képesti megvezetését megkönnyítő, sőt sok esetben magát a szerelhetőséget lehetővé tévő élletörések szerepe: 21
- Kerülni kell az egyidejű, ill. kettős illeszkedéseket (egyértelműség alapszabálya): helytelen helyes 22
- Rögzítésre, pozicionálásra (egy konstrukción belüli adott helyzet megtartására) alakzáró elemeket (pl. bepattanó, rugalmas rögzítőelemeket) alkalmazunk. Terhelés alatt álló elemek pozicionálásához erőzáró elemeket kell alkalmazni. Ezek felcserélt alkalmazása súlyos károsodásokhoz vezető konstrukciós hiba forrása lehet! 23
- A szerelés egyszerűsítése érdekében csavarkötéseknél alátétet csak nagyon indokolt esetben célszerű alkalmazni, akkor is előnyben kell részesíteni a növelt felfekvő felületű vagy az alátéttel szerelt kötőelemeket: 24
- A szerelés egyszerűsítése érdekében kifejlesztett önbiztosító csavaranyák alkalmazása: (a deformált anyák, b fogazott anyák, c műanyagbetétes anya,) 25
- A szerszám helyszükségletét az alkatrészek kialakításánál már figyelembe kell venni: 26
A KENÉS SZEMPONTJÁBÓL KEDVEZŐ KONSTRUKCIÓ KIALAKÍTÁSA A kenőanyag és a kenési mód kiválasztása: - folyadék(olaj)kenés vagy zsírkenés? (lokális optimumkeresés) - önkenő súrlódó elem alkalmazása (a zsírkenés egyszerűségéből adódó előnyök fokozott alkalmazása!) -kenés légnemű kenőanyagokkal Az alkalmazott gépelemek sajátosságainak figyelembevétele: A kúpgörgős csapágy szivattyúzó hatásának figyelembevétele a kenőanyag oda- és elvezetésének kialakításánál 27
Önkenő polimer siklócsapágy-persely beépítések 28
A SÚRLÓDÁSI VESZTESÉG CSÖKKENTÉSE SZEMPONTJÁBÓL KEDVEZŐ KONSTRUKCIÓ KIALAKÍTÁSA Hagyományos gépelemek kiválasztására a súrlódási veszteség csökkentésének figyelembevételével: A számított súrlódási nyomaték változása a radiális csapágyterhelés függvényében azonos beépítési méretű csapágyaknál 29
A súrlódási nyomaték változása a fordulatszám függvényében, különböző kialakítású, de azonos méretű (d =100 mm, D = 150 mm, B = 20 mm) és terhelésű (F a = 500 N) nagy pontosságú ferde-hatásvonalú golyóscsapágyak esetén 30
Hagyományos konstrukciós megoldások kiválasztása a súrlódási veszteség figyelembevételével: Merülő és befecskendezéses kenésű, egylépcsős fogaskerék-hajtóművek súrlódási vesztesége a névleges teljesítmény és a kenésre jellemző mennyiségek függvényében. 31
Új megoldások keresése: Gépjármű motorok szelepvezérlő mechanizmusának fejlődése a tribológiai követelményeknek is megfelelően (a./ hagyományos, b./ görgős, c./ elektromágneses) 32
TERMÉKSOROZATOK - Építőszekrény-elv: (a: villanymotor + állítható fordulatszámú fokozatmentes hajtómű, b és c: a + kapcsolható, ill. nem kapcsolható fogaskerék előtéthajtómű, d: a + b + kúpkerekes szöghajtómű) 33
- Méretsorok: Geometriai méretsorok: - szabványos számsorok, - tengelycsonk átmérő sorozatok, - kötőelem sorozatok, - stb. 34
- Teljesítmény szerinti sorozatok: 35
VÉGE 36