9. FINOM- ÉS ULTRAPRECÍZIÓS MEGMUNKÁLÁSOK



Hasonló dokumentumok
Ultrapreciziós megmunkálás Nagysebességű forgácsolás

Keménymarás és/vagy szikraforgácsolás. Dr. Markos Sándor, Szerszámgyártók Magyarországi Szövetsége

7. Élettartam növelő megmunkálások (tartósság növelő)

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM ANYAGISMERETI ÉS JÁRMÛGYÁRTÁSI TANSZÉK FORGÁCSOLÓ MEGMUNKÁLÁS

Szakmai nap Nagypontosságú megmunkálások Nagypontosságú keményesztergálással előállított alkatrészek felület integritása

A forgácsolás alapjai

2. a) Ismertesse a szegecskötés kialakítását, a szegecsek fajtáit, igénybevételét(a szegecselés szerszámai, folyamata, méretmegválasztás)!

2011. tavaszi félév. Köszörülés. Dr. Markovits Tamás. Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

Új homlokfelület geometria szuper-kemény szerszámanyagokra. New rake surface geometrie for ultra hard tool materials

Korszerű technológiák

9. FORGÁCSOLÁS HATÁROZATLAN ÉLGEOMET- RIÁJÚ SZERSZÁMMAL

FINOMFELÜLETI MEGMUNKÁLÁSOK

A fúrás és furatbővítés során belső hengeres, vagy egyéb alakos belső felületeket állítunk elő.

06A Furatok megmunkálása

A forgácsolás alapjai

MEGMUKÁLÁSI TECHNOLÓGIÁK NGB_AJ003_2 FORGÁCSOLÁSI ELJÁRÁSOK

A forgácsolás alapjai

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) és 25/2014 (VIII.26) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Használható segédeszköz: számológép (mobil/okostelefon számológép funkció nem használható a vizsgán!)

Különleges technológiák

Gyártástechnológiai III. 2. Előadás Forgácsolási alapfogalmak. Előadó: Dr. Szigeti Ferenc főiskolai tanár

GAFE. Forgácsolási erő. FORGÁCSOLÁSI ALAPISMERETEK (Gépi forgácsoló műveletek)

GYÁRTÁSTECHNOLÓGIA NGB_AJ008_1

KÚPOS LEMEZFÚRÓ. profiline

10. Jellegzetes alkatrészek technológiai tervezése

Gépgyártástechnológiai technikus Gépgyártástechnológiai technikus

KÚPOS LEMEZFÚRÓ. profiline

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) és 25/2014 (VIII.26) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

Gyártástechnológiai III. 4. előadás. Forgácsoló erő és teljesítmény. Előadó: Dr. Szigeti Ferenc főiskolai tanár

Ultraprecíziós KutatóFejlesztő és. Szolgáltató Laboratórium. dldh.hu. dldh.hu/webshop. Direct Line Kft. DirectLine1

A termelésinformatika alapjai 10. gyakorlat: Forgácsolás, fúrás, furatmegmunkálás, esztergálás, marás. 2012/13 2. félév Dr.

A szűrőpapírok hűtő-kenőanyagok, híg olajok, mosófolyadékok, lúgok / kemény vizek, stb. tisztítására alkalmasak.

GAFE FORGÁCSOLÁSI ALAPISMERETEK (Kézi forgácsoló műveletek)

Házi feladat. 05 Külső hengeres felületek megmunkálása Dr. Mikó Balázs

FORGÁCSOLÁSI ELJÁRÁSOK

Felületjavítás görgızéssel

2011. tavaszi félév. Élgeometria. Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

2011. tavaszi félév. A forgácsolási hő. Dr. Markovits Tamás. Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

14. Jellegzetes alkatrészek technológiai tervezése. b) Méret és méretviszonyok Simatengelyek művelettervezése

CNC-forgácsoló tanfolyam

Forgácsoló erő, teljesítmény A forgácsoló megmunkálás hőjelenségei

II. BAGAG22NNC FORGÁCSOLÁS

A 12/2013 (III. 28.) NGM rendelet szakmai és vizsgakövetelménye alapján Gépgyártás-technológiai technikus

06a Furatok megmunkálása

LÉPCSŐS FÚRÓ. profiline

Járműszerkezeti anyagok és megmunkálások II / I. félév. Kopás, éltartam. Dr. Szmejkál Attila Ozsváth Péter

Forgácsoló erő, teljesítmény A forgácsoló megmunkálás hőjelenségei

Forgácsoló megmunkálások áttekintése 2.

passion for precision Sphero-XP +/ 0,003 rádiusztűréssel Edzett acélok finommegmunkálása az új szuper precíziós gömbvégű maróval

A nagysebességű marás technológiai alapjai és szerszámai

Gépgyártástechnológia alapjai 2014/15 I. félév

Hatékony nagyolás az új -CB3 forgácstörővel. TOTAL TOOLING = MINŐSÉG x SZOLGÁLTATÁS 2

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

Járműszerkezeti anyagok és megmunkálások II / I. félév. Esztergálás. Dr. Szmejkál Attila Ozsváth Péter

2011. tavaszi félév. Esztergálás. Dr. Ozsváth Péter Dr. Szmejkál Attila

Lehúzás rögzített gyémántlehúzó szerszámmal:

KÖSZÖRÜLÉS FORGÁCSOLÁS HATÁROZATLAN ÉLGEOMETRIÁJÚ SZERSZÁMOKKAL KÖSZÖRÜLÉS KÖSZÖRÜLÉS. Dr. Szmejkál Attila Ozsváth Péter

Gildemeister-Bielefeld NEF

Járműszerkezeti anyagok és megmunkálások II / II. félév ÉLGEOMETRIA. Dr. Szmejkál Attila Ozsváth Péter

Szerkó II. 1 vizsga megoldása 1.) Sorolja fel és ábrázolja az élanyagokat szabványos jelölésükkel a keménység-szívósság koordináta rendszerben!

International GTE Conference MANUFACTURING November, 2012 Budapest, Hungary. Ákos György*, Bogár István**, Bánki Zsolt*, Báthor Miklós*,

Lépcsős fúró Ezzel a robusztus szerszámmal a lemezek egy műveletben központosíthatóak, megfúrhatóak, kifúrhatóak és sorjázhatóak.

Hatékonyság a gyorsacél tartományában

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

Fejlődés a trochoidális marás területén

GAFE FORGÁCSOLÁSI ALAPISMERETEK (Kézi forgácsoló műveletek)

05 Külső hengeres felületek megmunkálása

Használható segédeszköz: számológép (Mobil/okostelefon számológép funkció nem használható a vizsgán!)

GYÁRTÁSTECHNOLÓGIA NGB_AJ008_1 A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS

A felület összes jellemzői együtt határozzák meg a felületminőséget. Jelentősége a kapcsolódó felületeknél játszik nagy szerepet.

CNC programozás. Alap ismeretek. Készített: Hatos István

passion for precision SpheroCarb gyémántbevonatú gömbvégű maró keményfém megmunkáláshoz

Géprajz - gépelemek. Előadó: Németh Szabolcs mérnöktanár. Belső használatú jegyzet 2

Jármőszerkezeti anyagok és megmunkálások II. Kopás, éltartam. Dr. Szmejkál Attila Dr. Ozsváth Péter

A 12/2013 (III. 28.) NGM rendelet szakmai és vizsgakövetelménye alapján Gépgyártástechnológiai technikus

Száras maró, keményfém

Korszerű technológiák

Nagy teljesítmény Az új FORMAT GT

Multicut XF simítómaró Surface Master new!

A 12/2013 (III. 28.) NGM rendelet szakmai és vizsgakövetelménye alapján Gépgyártástechnológiai technikus

Tájékoztató. Használható segédeszköz: számológép

MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny. Elődöntő KOMPLEX ÍRÁSBELI FELADATSOR MEGOLDÁSA

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gyártástudomány és technológia Tanszék. Kutatási beszámoló

Gépgyártástechnológia Tanszék ALKATRÉSZGYÁRTÁS Technológiai tervezés CNC esztergára

Din6527K, VHM-TSM33, z=4, spirál: 30, sarokletörés. Ajánlott: acélhoz 1300 MPaig, öntöttvashoz, alumíniumhoz, rézhez, mőanyagokhoz.

Reszelők, ráspolyok. edzése biztosítja a magas keménységet és forgács-teljesítményt. - simító vágás kettős simító vágás...

Gyártástechnológia alapjai

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

Katalógus FÚRÓSZERSZÁMOK

TANMENET. Tanév: 2014/2015. Szakképesítés száma: Követelménymodul: Követelménymodul száma: Tantárgy: Tananyag típus: Évfolyam:

Minimálkenés, szárazforgácsolás Keménymegmunkálások

A 27/2012 (VIII. 27.) NGM rendelet (12/2013 (III.28) és 25/2014 (VIII.26) NGM rendelet által módosított) szakmai és vizsgakövetelménye alapján.

Versenyző kódja: 15 27/2012. (VIII. 27.) NGM rendelet MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny.

POLÍROZÁS A SZERSZÁMGYÁRTÁSBAN I. rész.

CNC MARÁSI FELADATOK ANYAGALAKÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK FORGÁCSOLÓ ELJÁRÁSOK

Gépgyártástechnológia alapjai 2015/16 I. félév

1 A táblázatban megatalálja az átmérőtartományok és furatmélységek adatait fúróinkhoz

passion for precision Sphero-CVD Keményfém nagy teljesítményű marása gyémánt marószerszámokkal

Anyagválasztás dugattyúcsaphoz

Átírás:

9. FINOM- ÉS ULTRAPRECÍZIÓS MEGMUNKÁLÁSOK Már a 17. században készítettek rézből tükröket üveg és porcelán kísérleti célból történő megolvasztásra, továbbá csillagászati tükörteleszkópok számára. Emanuel Maignan 1648-ban már olyan esztergát szerkesztett, amivel hiperbolikus (aszférikus) fémtükröket lehetett esztergálni. A fémtükrök készítése terén az igazi fejlődés azonban csak 1945 után következett be, amikor szerszámélként természetes gyémánt egykristályt kezdtek alkalmazni.

Az ultraprecíziós technika gyors fejlődését a teljesítménylézerek kifejlesztése, valamint az infravörös optika elterjedése ösztönözte. Fémtükrök számára jól reflektáló anyagokat (réz, alumínium, nikkel, arany, ezüst, platina) alkalmaznak. Az infravörös tartományban jó áteresztőképességgel rendelkező anyagok (germánium, szilícium, galliumarzenid, cinkszelenid, magnéziumfluorid, stb.) a megfelelőek.

Egyéb optikai elemeket (pl. beültethető szemlencse, kemény kontaktlencse, stb.) műanyagokból (PMMA, polisztirol, nylon, stb.) készítenek. A berendezések hatásfokának javítása az optikai felületektől 1 µm alatti megmunkálási pontosságot és Ra 0,05-0,01 µm érdességet igényel. Ilyen pontos felületeket csak rendkívül kicsi (µm körüli mérettartományba eső) forgácsméretek beállításával lehet szabályos élgeometriával rendelkező szerszámmal előállítani. Ezért ezeket a megmunkálásokat szubmikronos megmunkálásoknak, ultraprecíziós megmunkálásoknak, nanotechnológiának, mikroforgácsolásnak, stb. is nevezik Az ultraprecíziós megmunkálásokra egységes osztályozás még nem alakult ki.

9.1. táblázat Megmunkálási eljárás/ változat Megkövetelt pontosság Alakhiba[PV]/ Érdesség [Ra] Osztályba sorolás 1. Esztergálás, marás < 50 µm / 1.6 µm Finommegmunkálás 2. 3. 4. 5. Finomesztergálás, köszörülés Leppelés, finomköszörülés mikro- Mikroforgácsolás, köszörülés Polírozás, polírozás elektrokémiai < 25 µm / 0.24 µm Precíziós megmunkálás < 10 µm / < 0.13 µm Nagypontosságú megmunkálás < 1 µm / < 0.1 µm Ultraprecíziós megmunkálás < 0.1 µm / < 0.01 µm Nanotechnológia A megmunkálási eljárások osztályozása az elérhető pontosság szerint

Más osztályozás szerint a 9.1. táblázat 1. sora a hagyományos megmunkálásokkal elérhető pontosságot jelöli. A 2. és 3. sort precíziós megmunkálásoknak, míg a 4. és 5. sort ultraprecíziós megmunkálásoknak nevezzük. Az ultraprecíziós megmunkálásoknak a hagyományos és precíziós megmunkálásoktól minden tekintetben eltérő körülményeket igényelnek. A megmunkálási pontosság az acélból készült alkatrészekkel szemben is fokozódott.

Vastartalmú anyagok gyémánt éllel nem forgácsolhatók, mert normál körülmények között (600 Cos forgácsolási hőmérséklet felett) vas jelenlétében megindul a gyémánt grafittá alakulása. Vastartalmú kemény anyagok forgácsolására a gyémánt után a második legkeményebb anyag, a köbös bórnitrid (CBN) a legalkalmasabb. Megfelelően merev gépen, edzett kemény anyagok szabályos élű szerszámmal 1 µm körüli pontossággal 10 nm-t meghaladó átlagos érdességgel munkálhatók meg.

Ez a pontosság a hagyományos precíziós megmunkálásokkal elérhető pontosság és az ultraprecíziós pontosság közé esik, ezért fokozott pontosságú megmunkálásnak vagy ultraprecíziós keménymegmunkálásnak nevezzük. A köbös bórnitrid (CBN) jó hőállósága miatt nem igényel hűtést, azaz környezetbarát megmunkálásnak tekinthető. Többek között ezen tulajdonság miatt a köszörülés alternatívájaként egyre gyakrabban alkalmazzák.

9.1. Ultraprecíziós megmunkálások, megmunkáló gép, gyártóeszközök, környezet A napjainkban egyre gyakrabban alkalmazott úgynevezett ultraprecíz megmunkálás fejlődése a hagyományos és a precíziós megmunkálásokon keresztül a 9.1. ábra segítségével tanulmányozható. : Következő lapon: 9.1. ábra A precíziós megmunkálás fejlődése. Taniguchi által 1984- ben készített és Stout által 1997-ben frissített diagram

Szerszámgépek és eszközök 100 0.001 in Normál megmunkálás Eszterga és marógépek Köszörûgépek CNC megmunkálás 10 Leppelõ és hónoló gépek 1 µm 0.1 (1 µm) Precíziós megmunkálás Koordinátaköszörülés Léptetõ és hónoló gépek Precíziós köszörülés Szuperfiniselés Gyémántköszörülés Gyémántesztergálás Nagy pontosságú maszk beállítók 1 µ in 0.01 0.001 0.3 nm 0.0001 (1 A ) Ultraprecíziós megmunkálás 1 nm Atomrács 1940 1960 1980 2000 2020 Ultraprecíziós gyémántesztergálás Elhajlási rács szabályozó gép Szabad abrazív megmunkálás Elektronikus sugár} Gyenge röntgen Litográfia Ionsugaras megmunkálás Molekula nyalábos orientációs kristályránövesztés STM AFM Molekuláris manipuláció

A finom-, különleges- és ultraprecíziós megmunkálások egyik osztályozása 9.2. ábra [159].

MEGMUNKÁLÁS A MINŐSÉG (átlagos) 9.2. táblázat 1. ESZTERGÁLÁS 2. KÖSZÖRÜLÉS Nagyoló S (IT 6) F (IT 3) Pontosság R a, µm Nagyoló IT 11 >12,5 N (normál) S (simító) (IT 8) P (precíziós) F (finom) UP (ultraprecíziós) 3. DÖRZSKÖSZ. N (Normál) UP (ultraprec.) 4. TÜKRÖSÍTÉS (LEPPELÉS) 5. FELÜLETSZILÁR- DÍTÓ ELJÁRÁSOK IT 9 IT 10 IT 5 IT 6 IT 3 IT 4 < 1 0,1 µm IT 10 IT 7 IT 8 IT 4 IT 6 IT 3 IT 6 <1µm 1,25 6,3 0,63 1,25 0,2 0,63 0,001 0,08 0,8 3,2 0,2 1,6 0,1 0,4 0,01 0,5 0,001 0,05 IT 3 IT 5 0,01 0,2 < IT 7 Előző művelettől (forgácsolás) függ 0,1 1,25 felületi rétegtulajdonságok jav. A különböző megmunkálásokkal elérhető pontosságok és átlagos érdességek

Külső és belső hengeres, sík felületek különleges befejező (finom) megmunkálásai a Gépgyártástechnológia I. című könyvben [44], a felületi hideg képlékeny alakítással végzett finommegmunkálásokat e könyv 7. fejezetében tárgyaljuk.

9.2. A minőség és a megmunkálási ill. gyártási költség kapcsolata A pontosság és felületminőség növelése növeli a gyártási költségeket. Öncélúan nem növelhetjük a minőséget. Funkcionális működési követelmények határozzák meg a szükséges minőséget. A minőségnek a pontosságnak ára van. Ezt szemlélteti a pontosság gyártási (megmunkálási) költség ábra (9. 3. ábra).

K R Relatív megmunkálási költség... 2 Ultraprecíziós eszt. Tükrösítés Köszörülés Finomeszt. 1 Simító eszt. N. eszt. IT4 IT6 IT9 Előírt pontosság 9.3. ábra Megmunkálási pontosság és költség kapcsolata

Itt jutunk el a különleges megmunkálások között az extrém feltételek (igen kis forgácskeresztmetszet, stb.) mellett végzett ultraprecíziós megmunkálásokhoz, elsősorban az ultraprecíziós esztergáláshoz. 9.3. Ultraprecíziós forgácsolás Általános tendencia a gépiparban: a tűrések szűkülése, a pontosság fokozódása, a felületminőség javulása, amelynek okai a funkciókból adódnak a kisebb zajszint, nagyobb élettartam vagy meghatározott élettartamra való tervezés,jó fényvisszaverődési képesség, stb.

A minőség az alkatrészrajzról leolvasható, amelynek tényezői: makrogeometria az alkatrészrajz szerint, mérettűrés, alaktűrés, helyzetpontosság. felületminőség, mikrogeometria, mikrotopográfia, mikrokeménység (HVµ), szövetszerkezet, maradó feszültség (σm), különleges anyag, anyagminőség, stb.

Mit határoz meg a minőség? funkciót, megfelel-e a működési feltételeknek? élettartamot, tartósságot, kopásállóságot, stb.

9.3.1. Forgácsleválasztás jellegzetességei finom- és ultraprecíz esztergálásnál Kis forgácskeresztmetszet leválasztása (ortogonál vagy szabadforgácsolás) esetén az ideálistól eltérés van, azaz: r n 0 (élsugár). Nem él hanem r n sugarú henger alakít. Nagy forgács keresztmetszetet választunk le, ha h > r n (1+sinγ n ), és kis forgács keresztmetszetet választunk le, ha h r n (1+sinγ n ). Az utóbbi eset jellemzi a finom- és ultraprecíz forgácsolást. A forgács tömörödik, ezért h c h >1.

9.4. ábra Finomesztergálás (forgácsoló ék)

A pont: úgynevezett stagnációs pont vagy neutrális pont (vonal) kijelöli az úgynevezett h kr kritikus forgácsvastagságot: h kr = h kr (Anyag, v c,, forg. körülményei). η neutrális szög tájékoztató értéke η 45 55 Ha h > h kr van forgácsleválasztás, h < h kr csak vasalás következhet be. A kritikus forgácsvastagság ABK derékszögű háromszögből: h kr = r n (1-cosη) = (0,3 0,43)r n

9.5. ábra Optimális forgácsvastagság a forgácsoló erő, hőmérséklet és felületi érdesség függvényében

Élsugár (r n ) függ: szerszám anyagától (összetétel, szemcse átmérő, stb.) élezés módjától, finomságától stb. Finomesztergáló gép: pontossági és merevségi követelmények és egyéb feltételek hasonlóak, mint az ultraprecíz esztergánál, csak nem olyan szigorúak. Jellemző pontosság: < IT 6, R a =0,2..0,63 µm

9.3.2. Ultraprecíziós megmunkálás technológiai tényezői a.) Gyártócsarnok, környezet Az ultraprecíziós gépeket klimatizált csarnokba telepítik, ahol a hőmérséklet 20±0.5 C, vagy szűkebb határok között ingadozhat, a relatív nedvességtartalom 50%. A csarnok levegőjének porszegénynek kell lennie. Általában 4000-s tisztaságot írnak elő (4000 db, µm alatti porszem 1 köblábban)[158].

Jellemző rá az 1µm körüli, vagy annál nagyobb pontosság. Felületminőség: igen kis érdességek, tükrös felületek, R a nm-ben mérhető, tükrös, jó fényvisszaverőképesség: 95 98%. Összehasonlítás, feltételek: Részben a finomesztergálással egyeznek, de sokkal szigorúbbak, különleges követelmények a megmunkáló rendszerrel (MKGSI) és a környezettel szemben (9.6.ábra:

M K G S I HKA AZ ULTRAPRECÍZIÓS GYÁRTÁS MINŐSÉGE Technológiai adatok Környezet Mérések, minőségellenőrzés 9.6. ábra Ultraprecíziós gyártás minőségét befolyásoló tényezők

b.) Munkadarab A munkadarabok anyagszerkezeti állapota, az anyag homogenitása, a krisztallitok nagysága és orientáltsága nagymértékben befolyásolja a megmunkált felület topográfiáját. Legjobb felület amorf, mikrokristályos vagy martenzites szerkezet esetén érhető el. Olyan megmunkálásoknál, amikor a szerszám eredő sebessége és az atomrács síkjainak az iránya állandó szöget zárnak be (pl. gyalulás), az egykristály anyagnál kiváló felületi minőséget tudnak elérni, jó beállítással.

Anyagminőség: definiált legyen homogén, igen finom szemcsés anyag pl. OF-Cu (oxigén mentes - réz) lézertükör számára, nagy tisztaság, jól forgácsolhatóság.

Szemcsehatár Iránysík, törési - csúszási felület S v c 9.7. ábra Ultraprecíziós forgácsolás

Durva szemcseszerkezetű anyagot forgácsolva jó minőségű nyírt felületet és szemcsehatáron bekövetkező szakadások miatt heterogén felületminőséget kapunk. Ultraprecíziós esztergálás alkalmazásai: lágy, képlékeny anyagokból készült mdb-ok (ezek nem köszörülhetők, illetve nehezen),

bonyolult alakzatok (parabola tükör, lencsék), mint például: optikai tükrök (fény- és lézer tartomány), lencsék (fény- és lézer tartomány), fénymásoló dobok, mágneses merev tárolók, videorekorder szalagvezető görgők, hidrosztatikus és pneusztatikus csapágyak, vákuumtömítések, részecskegyorsítók elektródái, nagypontosságú készülékek és szerszámok, mesterdarabok és, műszerek alkatrészeinek gyártása.

c.) Készülék A munkadarabok befogására általában vákuumtokmányt használnak. Üveg és műanyag alkatrészeket gyakran ragasztással rögzítenek (pl. lencsék megmunkálása). Hengeres munkadarabok puhapofás tokmányba, patronba, stb. is befoghatók.

Követelmények: deformáció mentes befogás, erőszabályozás (pl.: pneumatikus tokmány, expanziós tüske), tokmány pofák, - puhák, - méretre szabályozás, felületi befogás megvalósítása, vákuumos befogás, - sík lemezek befogása, pl.: floppy-tárcsák megmunkálása.

d.) Szerszám A lágy és kemény anyagok forgácsolásakor alkalmazott szerszámok mind anyagukban, mind pedig geometriai kialakításukban rendkívüli módon eltérnek egymástól. Lágy anyagok (pontosabban vasat nem tartalmazó anyagok) ultraprecíziós forgácsolására kizárólag természetes gyémánt egykristály élanyagot használnak. Néhány esztergakés élrészt láthatunk a 9. 8. ábrán.

r ε κ 45 κ 2 κ 18 κ 2 Egyélû szerszám Rádiuszos szerszám Fazettás szerszám 9.8. ábra Néhány jellegzetes gyémánt esztergakés

A kés jósága szempontjából meghatározó a gyémánt szennyezettsége (tisztasága), él lekerekedési sugara (élessége) az él érdessége és alakhibája. Szférikus és aszférikus felületek esztergálására rádiuszos éllel rendelkező szerszámot használunk. Mivel az esztergáláskor a munkadarabbal mindig más élpont (élszakasz) érintkezik, a pontosságot az él geometriai pontossága befolyásolja. Így az élsugár körtől való eltérésének 1 µm alatt kell lennie.

A leválasztható minimális forgácsvastagságot az él lekerekedési sugara (r ß ) határozza meg. Tükörfelületek esztergálásakor 1 µm körüli előtolással dolgozunk. Ekkor a jól élezett gyémánt él él-lekerekedési sugarának 10 nm-es nagyságrendben kell lennie. Edzett kemény anyagok finommegmunkálására 1-2 µm kristályméretű, kb. 50% köbös bórnitridet tartalmazó szerszámanyagot fejlesztettek ki. Mivel a köbös bórnitrid kristályok mérete az éllekerekedés mértékét (élezhetőségét) is meghatározza (r ß =1,5-3 µm), ezért a leválasztható minimális forgácsvastagságot nem célszerű 10 µm-nél kisebbre választani. A forgácsleválasztási folyamatból származó rezgések csökkentése és a merevség növelése érdekében általában keményfémből vagy nehézfémből készített késszárat alkalmaznak.

Geometria (9.9. ábra): egyélű, éllekerekítés r n << 1µm (10nm igen jó), r n és h viszonya: nyír vagy vasal a szerszám, h > < h kr viszonytól függően R a =0,08 0,02 µm (hát- és homlokfelületek), Élkialakítás, csúcssugárral, r ε : kicsi rε < 1mm, vagy nagy rε = 300 600 mm, fazettával, homlokszög: γ = 0, γ = 5 8, hátszög, α = 8 15 (anyagminőségtől függ) 9.9. ábra A forgácsoló szerszám geometriai adatai

Anyaga: D (diamond) természetes gyémánt, nem vas anyagokhoz, CBN (köbös bórnitrid) vas és ötvözetei, edzett acélok megmunkálásához, a munkadarab pontossága és felületminősége rosszabb lesz.

9.10. ábra Ultraprecíziós megmunkálásokra alkalmazott szerszámok

9.11. ábra Mono-kristály gyémánt forgácsolószerszámok

9.12. ábra Ultraprecíz forgácsolás

e.) Gép A gépágy alá rezgéscsillapításként csillapító papucsokat vagy légrugókat helyeznek. A gépágyat jó rezgéscsillapító anyagból (gránit, gömbgrafitos öv.) készítik. A főorsó és a vezetékek aerosztatikus vagy hidrosztatikus csapágyazásúak. A CNC vezérlés felbontóképessége (legkisebb programozható inkrementum) 0,1 µm 0,01 µm, a gép mérőrendszere is általában speciális lézerinterferométeres mérőeszköz, 0,01 µm mérési pontossággal.

Gépágyat jellemzi: nagy merevség, gránit, polymerbeton, acél erősítésekkel, gömbgrafitos öntvény, jó rezgéscsillapítás, nem hőérzékeny.

2 3 1. ágy 2., 3. edzett acél vezeték 4. papucs 4 1 9.13. ábra Ultraprecíziós gépágy (polymerbeton)

Hajtások: Főhajtás, fokozat mentes, nem lehet fogaskerék, végtelenített laposszíj hajtás, stb., n max =5000 10000 1/min.

Csapágyazás: hidrosztatikus vagy, légcsapágyazás, csapágyhézag h 10µm, p = 6 bar 0,6 MPa, csapágy felületek: Ra 0,01µm, futáspontosság (radiális és axiális irányok) 0,1µm, terhelhetőség, Frad=100 200N, Fax=400 600N.

Vezetékek: hidrosztatikus, légpárnás Fsz=600 800N. Vezérlés: CNC pályavezérlés, interpoláció (lineáris, cirkuláris). Mérések: Gépen. Útmérés: lézeres interfernométerrel (Michelson-féle) pontosság ±1 nm.

9.14. ábra Útmérés elméleti vázlata

Gépen kívül: érintésmentes, lézersugaras hosszmérés. Felületminőség - felületi érdesség vizsgálata: 9.15. ábra Mikrogeometria mérése a) mechanikus gyémánt tapintóval; b) érintésmentes lézeres mérés

a) D: mechanikus gyémánttapintó sugara r = 5µm, Nem ajánlott, mert nem ad helyes adatokat (burkoló felület), karcol, stb. b) L: lézeres, A fényintenzitás dektálás elvből következik, hogy átlagot mér (sugár átmérő: 1µm). Környezeti feltételek: rezgésmentesség célszerű alapozás és lengéscsillapító papucsok, pormentesség, hőmérséklet állandóság légkondicionálás, légzsilipelés.

1. gép 2. rezgéscsillapító papucs 3. gépalap 4. gumilemez 5. kavicságy 6. külső rezgések 9.16. ábra Gép alapozás a környezettől függetlenített kivitelben

9.17. ábra A Miskolci Egyetem Ultrapecíziós Laboratóriuma

f.) Technológiai sajátosságok A felület érdességére a forgácsolási sebesség általában nincs, vagy csak nagyon kis mértékben van hatással, ezért a fordulatszám sokszor tág határok között változtatható. Így lehetőségünk van a munkadarab tömegének figyelembevételével a legalacsonyabb rezgésszintet megkeresni és azt beállítani. A rezgésre és rezonanciára már a munkadarabok tervezéskor oda kell figyelni.

Technológiai adatok: Alapelv: igen kis Ac, nagy vc (nagy főorsó ford. szám), Lehetőség: anyagtól és szerszámtól is függ a konkrét feladaton túl, v c = 200 2000 m/min (pl. UP-1, n max =5000 1/min), f = 0,5 10 µm/ford, a = 1 50 µm, Pontosság: 1µm alatt, R a = 0,08 0,001 µm, tükrös, jó fényvisszaverő felület (fém) (~95 98% visszaverődés).

Fémek forgácsolásakor általában tiszta petróleumvagy alkohol-bázisú ködhűtést (kenést) alkalmazunk, míg műanyagoknál leginkább vizet. Kiterjedt nagy felületek forgácsolása a kis előtolás miatt sokszor órákat is igénybe vesz. Tehát a legapróbb részletre kiterjedő azonos körülményeket a forgácsolás egész időtartama alatt biztosítani kell.

Kemény, edzett acélok forgácsolásakor a forgácsméretek egy nagyságrenddel nagyobbak, az anyag szilárdsága sokszorosan nagyobb mint nem vas alapú anyagok forgácsolásakor. Ezért a forgácsolási erő komponensei is 1-2 nagyságrenddel nagyobbak (F c =5 25 N) lesznek. Mindebből az következik, hogy amíg a gyémánttal történő forgácsolást zömében aerosztatikus csapágyazású gépeken végezzük, addig az acélok forgácsolására a jobban terhelhető, merevebb, hidrosztatikus csapágyazású gépek a megfelelők.

A szerszám kopási sebessége és a megmunkált felület érdessége nagymértékben függ a forgácsolási sebességtől. Ultraprecíziós keményforgácsoláskor tipikus az olyan forgácsolási sebesség, amelynél a kopási sebesség minimális. Általában ennél a sebességnél kapjuk a legjobb felületi minőséget is. Az optimális forgácsolási sebesség és a felületi érdesség a szerszám és munkadarab anyagától, forgácsméretektől, a szerszám él-kialakításától és még számos más tényezőtől függ, amelyre technológiai ajánlások és a tapasztalat nyújtanak támpontot.