14.FOGAZATOK PROFIL-, ÉS LEFEJTŐ KÖSZÖRÜLÉSE 14.1. Fogazatok köszörülése Nagy terhelésű és gyorsfutású fogaskerékpárok fogfelületeit edzik, hogy a felületi terhelésük maximumra fokozható és méretük minimumra csökkenthető legyen (pl. járműipar). A felszíni teherbírás a felületi keménységgel négyzetesen nő. A hőkezelés folyamán azonban a kerekek deformálódhatnak, melynek következtében az osztáspontosság, a profilpontosság is torzul, az ütés nő.
A szokásos határok: m = 2 10 mm-ig, de készítenek óriás gépeket is 20 mm modulig, pl. a MAAG HMSS-350; 3500 mm-ig használható. m 2 mm nem érdemes köszörülni a kis termelékenység (keskeny fogárok) miatt. A fogköszörűgépek elvileg a korábban ismertetett fogazó gépekkel azonos szerkezetűek és profilozva vagy lefejtő eljárással dolgoznak, egy vagy két köszörűkoronggal (14.1. ábra).
Fogköszörülési eljárások rendszerezése
14.2. Fogköszörülés profilos tárcsakoronggal Egyik legnagyobb nehézsége ennek az eljárásnak, hogy a korong kopásával a fog vastagabb lesz és a profil egyenlőtlen. Ezért a korongot utána kell szabályozni. Ez történhet nagyított sablon mentén pontográffal vezetett lehúzógyémánttal, vagy a kerék alapkörének megfelelő alapkör-tárcsán legördített léccel, és a lécen lévő gyémánt az evolvens pályát követve lehúzza (leképezi) az evolvens fogoldalt [?].
14.1. ábra Fogköszörülés profilos tárcsakoronggal
Az egykorongos köszörülésnél a korongnak azok a külső profilrészei, amelynek érintői kis szöget zárnak be a tengellyel merőleges középvonallal, nem dolgoznak jól. A korongoknál ugyanis legtermelékenyebben a hengeres felületek dolgoznak, ahol is a köszörülési nyomás közvetlenül érvényesül. Az oldalfelületeknél a nyomóerő nem érvényesülhet. Ezek az oldalfelületek, vagyis a kerék osztókör alatti lábrészén működő köszörűkorong felületek beégést idéznek elő, ezért célszerűbb a 14.2. ábra szerinti kivitel, ahol is a korongok a palástfelületükön dolgoznak.
köszörűkorong ϑ r i δ ϑ r b 14.2 ábra Köszörűkorong érintkezése a munkadarabbal A δ szakaszon kedvezőtlen a ϑ szögtartományban kedvezőbb köszörülési feltételek vannak.
köszörűkorong a a tény tény a elm 14.3 ábra Névleges (elm) és tényleges (eff) fogásmélység evolvens profilköszörülésnél a elm
A 14.3. ábra szerint a elm és a eff fogásvétel különbsége jól mutatja a kopás egyenetlenségét a korong különböző pontjainál. A profilköszörülés célszerűbb módja, ha a korong inkább a palást felületén működik. Mindegyik korong egyegy fogoldalt készít el. Termelékenyebb az egykorongos megoldásnál, a korong azonban hajlításra is igénybe van véve.
14.4 ábra Profilfelület köszörülése kétköves profilos koronggal
Mozgások r 1 r 2 e r e r n k v cmin l k v c max v f b Fogásvétel iránya A 0 14.5 ábra Profilfelület köszörülése kétköves profilkoronggal A A A A 0 0 A F 0 F 0 F F F 0 F axiális radiális legördülés
A korong szabályozása (vágása) lassú művelet a profilozó eljárásnál, ahol három gyémánttal szabályoznak, kettő a jobb-bal profilt, a harmadik a korong peremét és a lekerekítéseket (sugarakat) szabályozza. A lefejtő gépeken egyenes vonalmenti lehúzás van, amely egyszerűbb és ez magyarázza nagyobb elterjedésüket is.
köszörűkorong A A-A munkadarab (csavarfelület) 2 A 1 1 A 2 A 1, 2 érintkezési görbe 14.6 ábra Profilköszörülés szerszám átmérő változásának befolyása az érintési görbére és profilra [49]
14.7 ábra Köszörülő globoid csiga fogoldal leszabályozás gyémántszemcsés szerszámmal 14.8 ábra Folyamatos profilköszörülés globoid alakú köszörűcsigával [147]
14.3. Lefejtő fogköszörülés Egyetemes jellegűek a gépek, ezen megoldásánál a korong független modultól és a fogszámtól. 14.3.1. MAAG eljárás A fog evolvens felületeinek a köszörülését a fogasléccel való lefejtő megmunkálás elve szerint végzi. A fogaskerék tengelyre erősített, erre a tengelyre egy szegmens is rá van helyezve, aminek a sugara a kerék alapkör sugarával egyezik meg. A szegmensről két irányban az a jelű acélszalagok futnak (14.9. ábra), ezek mentén történik a legördülés.
Az acélszalagok és a szegmens segítségével valósítja meg a gép a kerék ide-oda lengő pontos, legördülő elmozdulását. A két korong a fogasléc fogoldalának megfelelő α 0 alapprofilszög alatt áll a függőlegeshez képest. A korongok tányér alakúak és csak a szélükön van kb. 2 mm széles köszörülő felület, így mintegy pontszerű érintkezés van a korong és a fogfelület között. A horonyokat a kopás mértékének megfelelően utánállítja a gép mechanizmusa.
b α α g k c gy gy gy b d 14.9. ábra MAAG-eljárás elve
A b kétkarú emelők a rajtuk lévő g görgőkkel egy-egy forgó c tárcsával vezérelve a g merev pont körül elfordulhatnak és a végükön elhelyezett kis gyémánttal egyenletes időközökben, minden 2. másodpercben megérintik a kövek felületeit. Az r rugó gondoskodik arról, hogy a c görgő állandóan nekinyomódjon a c tárcsának. Ha nagy a kopás, akkor nem a gyémánttal ellátott vége ütközik fel a köszörűkorongon, amikor a görgő a c tárcsa barázdájába beleszalad, hanem a b emelő másik végén levő k kontaktus záródik. Az átmenő elektromos áram a köszörűkorongot kissé utánállítja.
A munkadarab tengelyirányú elmozdulást is végez. Egy fogoldal megköszörülése után a gép önműködően oszt. A korongok szárazon dolgoznak, a kis felületen való érintkezés és a kerület állandó legördülése miatt ugyanis a fogfelület nem tud túlságosan felmelegedni, azonkívül a korongok felületi nyomása is kis értékű. A lassú lefejtés és a kis felületen való érintkezés miatt a MAAG - köszörűgép kisebb teljesítményű, mint a profilköves köszörűgépek, a pontossága azonban jóval nagyobb.
acélszalag (gördítőszalag) köszörűkorongok munkadarab gördítő bak előtolószán gördítőszán 14.10. ábra MAAG fogköszörülés mozgásviszonyai
Ferdefogú kerekek megmunkálására is alkalmas. Ha a MAAG-korongjai α 0 -ra vannak döntve, akkor a legördülés folyamán a fog oldalfelületein a korongok peremének különböző magasságokban levő részei dolgoznak. Így egymást keresztező köszörülési karcokat figyelhetünk meg.
Ehhez l k elmozdulás tartozik. Ezt azzal lehet csökkenteni, hogy a kövek egymással szembefordított köszörülő síkjait függőlegesen, vagyis 0 alatt állítjuk be, olyan két egymástól bizonyos fogszámú távolságban lévő fogárokban, amelyekben ezekhez a függőleges felületekhez irányulhat a legördülő elmozdulás.
Ez a null-fokos MAAG-gép, ennél a korongok a legalsó részükön érintkeznek a kerékfogakkal. Így a foghossz mellett csak relatíve kisebb az ábrán l 0 -al jelzett úthosszon kell a korongnak elmozdulnia, ezáltal a gép termelékenyebb. A null-fokos köszörűgép korongjainak alsó érintkezési pontjait összekötő egyenes érinti a munkadarab alapkörét. (Lásd a 0 os MAAG -köszörűgép)
l o l k 2 2 gördülő szalag 1 1 r a alapkör b 14.11 ábra 0 o -os MAAG-köszörülés elvi elrendezése
14.3.2. A NILES fogköszörülés elve A NILES-rendszerű fogköszörűgépek is lefejtő eljárásúak. A köszörülendő fogaskerék függőleges tengelyű körasztalra van befogva, amely (körasztal) a vízszintesen elmozduló ágyszánba van csapágyazva. Az ágyszán egyenes vonalú mozgása és a rajta levő körasztal egyidejű forgómozgása hozza létre a kerék legördülő mozgását. A köszörűkorong egyenes profilú kettős-kúpos kialakítású. A kúpalkotó fogasléc-profilnak, a kúp félkúpszöge pedig a kapcsolószögnek felel meg. A kerék legördülő mozgásával egyidejűleg a lécprofilú szerszám a fogiránynak megfelelően függőleges, vagy ferdeirányú gyors alternáló mozgást végez.
v k. 1 2 3 osztókör 14.12 ábra A NILES fogköszörülés
A NILES eljárás mintegy kétszeres termelékenységgel rendelkezik, mint a MAAG eljárás, de kevésbé pontos. (Közepes teljesítményként 1 percet lehet 1 fogra számítani, míg a MAAG gépeken 2-3perc 1 fog közepes hozzávetőleges köszörülési ideje). A gép félautomata munkaciklusban dolgozik. A munkaciklus indítása előtt jelentős beállítási munkát kell elvégezni, ami a későbbiek során kerül ismertetésre. Ezek közül egyik a korong beállítása a foghézagba. Ezt úgy kell elvégezni, hogy mindegyik fogoldalról közel egyforma réteget köszörüljön le a szerszám, viszont a lábkört ne köszörülje.
(Ennek feltétele, hogy ún. köszörülési ráhagyásos szerszámmal történjen a fogazat előmunkálása. Ha az előmunkálás ún. készre vágó szerszámmal történt, akkor a korong a lábkörön is fog. Ez hátrányos a korong igénybevétele és kopása, valamint a kerék pontossága szempontjából is. Ha az előmunkálás szabályos volt, akkor a lábkör érintése után mintegy 0,2 mm-rel visszaállítjuk a köszörűszerszámot és rögzítjük). Majd a szimmetria kialakítása után maga a munkaciklus a 14.13. ábra szerint megy végbe.
A ciklus mindig a bal profil köszörülésével kezdődik. A korong B1 pontban kezdi és a A2 pontban fejezi be a köszörülést. Ezután még mintegy 3 löketnyi elmozdulás történik, ami 5-7 mm-t tesz ki. Ennek végén a legördülő mozgás irányt vált, és az előbbi túlfutási út és bizonyos holt út megtétele után a jobb profil köszörülése kezdődik a B2 pontban. Az A1 pontban fejeződik be és mintegy 2 löketnyi túlfutás után bekapcsolódik a gyorsjárat. A gyorsjárattal kigördül a kerék a korong munkateréből és ennek végén történik az osztómechanizmus bekapcsolása, valamint az irányváltás. Begördülés után ismét lassú járatra kapcsol a gép, és kezdődik a ciklus elölről.
Ezt annyiszor ismétli a gép, ahány fog van a keréken és az utolsó fogoldal megköszörülése után leáll. A munkacikluson belüli kapcsolásokat mechanikus ütközők végzik, amelyeket a munkaciklusnak megfelelően előzőleg be kell állítani.
B 1 A 2 1. 1 BAL PROFIL Túl- és ráfutás Holt út. 7 mm. Kigördülés A 1. B2 1 1 5mm Túlfutás JOBB PROFIL. 14.13. ábra Fogköszörülés Niles-eljárással osztás Begördülés Ráfutás 2 5mm B 1 1 Miskolci A Egyetem, BEÁLLÍTANDÓ Gyártástudományi ÁGYSZÁN Intézet, ELMOZDULÁS Prof. Dr. Dudás Illés
14.3.2.1. A köszörűszerszám megválasztása, szabályozása és az anyagválasztás körülményei A szerszám-kiválasztás irányelvei Acélok köszörüléséhez KA jelzésű nemes elektrokorund szemcséjű korong, öntöttvashoz sav- és hőálló, rozsdamentes acélhoz pedig SC jelzésű szilíciumkarbid szemcséjű korong való. A korongok kötőanyaga keramikus legyen, meglehetősen nagy pórustérfogattal, hogy a forgács az érintkezési zónából könnyen kikerüljön.
A korong szemcsenagyságát és a kötés keménységét a 14.14. ábra alapján lehet megválasztani. [79] A 14.14. ábra R max = 10 m jelzésű mezője a nagyoláshoz, az R max = 1,6-3 m-es mező a simításhoz alkalmas korongokat jelzi. Mivel azonban legtöbbször ugyanazon gépen ugyanazon koronggal kell nagyolni és simítani, ezért a 14.14. ábra sraffozott mezője alapján célszerű a korongválasztást elvégezni. Igen lényeges, hogy lágy anyagokhoz, ahol a szemcse hosszabb ideig éles marad - kemény korongot, míg az edzett kemény anyagokhoz, ahol a szemcse csak rövid ideig marad éles - lágy korongot válasszunk.
A köszörűszerszám szabályozása A korong szabályozása egyszerre három gyémánttal történik. A gyémántok a gépre szerelt szabályozó készülékbe vannak befogva, és kézi kar segítségével működtethetők. A kúpos korong jobb és bal felületét 1-1 gyémánt, míg a külső átmérőjét a harmadik gyémánt szabályozza. Az anyagleválasztás körülményei A NILES rendszerű fogköszörülés geometriai modellje a 14.15. ábrán látható. A munkadarab hengeres felület, melynek sugara a kerék evolvensének görbületi sugarával egyenlő a vizsgált érintkezési pontban.
14.14. ábra Köszörűkorong szemcsenagyság, kötéskeménység és munkadarab anyagminőség kapcsolata
V a a φ D α α e G n sz l F A D E B C ζ n g 14.15. ábra A köszörülés geometriai modellje
2 D l a e = D l 2 l = a D l = a e D (14.1) a e e l g l 14.16. ábra Az érintkezési ívhossz közelítő meghatározása
Az l g tényleges ívhossz közelítőleg megegyezik az l értékével. l l g Határozzuk meg a tényleges érintkezési hosszat is: sin ε 2 = l D = a e D D = ae D ε 2 = arc sin ae D 360 D π ε 2 l g = l g ε a e arcsin 2 D ) D π = D π = ε 360 360 360 (14.2)
Az egy löket alatt leköszörült anyag (14.15. ábra) szélessége az AC távolsággal egyenlő, ennek legnagyobb vastagsága pedig a B pontban jelentkezik. A B pontban a korong forgástengelyére merőleges metszetet készítve, síkköszörülésnek megfelelő körülményeket kapunk. Az érintkezési ívhossz a GF ívhosszal egyenlő, amely azonban a gépen beállított a fogásmélységnél jelentősen nagyobb a fogásmélységgel számítható ki. Amint a 14.15. ábrából látható, az ívhossz a profilszögtől is függ. Ezért a 15 o -os szerszámmal végzett köszörülés hátrányosabb, mint a 20 o -os szerszámmal végzett köszörülés.
a = BE, de a = sin20 = 0.3420 ; a BD = sinα sin15 = 0,2588 Az érintkezési ívhossz pedig: l a e D A viszonylag nagy érintkezési ívhossz a felületi réteg jelentős felmelegedését idézi elő, ami a felületminőség szempontjából kedvezőtlen. A ritka korongszerkezet azért kedvező, mert a pórusban elhelyezkedni tudó forgács nem súrlódik a köszörült felületen és kevesebb hő keletkezik.
A MAAG rendszerhez viszonyítva hosszabb érintkezési ívű anyagleválasztás természetesen jelentősebb hőtermeléssel is jár. Ezért a köszörülést hűtő-kenő folyadék alkalmazásával kell végezni. Hűtő-kenő folyadékként olajat célszerű használni. A ráhagyás eltávolítása m =1-nél 0.1 mm; m = 16-nál 0.5 mm, mint a köszörülésnél általában, itt is nagyoló és simító fokozattal történik. A nagyolás és simítás az előtolás (legördülő-mozgás) sebességében és a szerszám v a alternáló mozgásának sebességében tér el egymástól. A nagyolást nagy előtolással és nagy v a sebességgel kell végezni. A nagyolás és simítás fogásmélységének (14.15. ábra a 14.17. ábrán láthatók. BE távolság) irányértékei
16 szemcsenagyság, MSZ4501-63 20 25 32 40 50 1 2 3 1. simítás 2. nagyolás m=1.5-5 : 3. nagyolás m>5 63 80 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 fogásmélység a, mm 14.17. ábra Szemcsenagyság és fogásmélység kapcsolata
14.18. ábra A ráhagyás értékei
Célszerű arra törekedni, hogy minél kevesebb munkaciklussal legyen a ráhagyás eltávolítva. Ha a ráhagyást 1 simító és 1 nagyoló ciklussal nem lehet eltávolítani, akkor a nagyoló ciklusok számát szükség szerint növelni kell. De az is járható út, hogy simító előtolásra kapcsolva a fogásmélységet növeljük meg és 1 ciklussal nagyolunk. A köszörűszerszám mozgása: A szerszám állandó n sz fordulatszámmal forog, amelyből számított forgácsoló sebesség értéke (nem kopott korongnál) mintegy 30 m/s értékű.
A szerszám alternáló mozgását az L lökethossz és a v a alapján a percenkénti kettőslöketek számával fejezzük ki: ahol: n k = v a 1000 2 L [ kl/min] (14.3) f = előtolás; mm/kettős löket v g = fn k (mm/min) előtolás, legördülés sebessége A köszörülendő kerék gördülőkörét a legördülés cserekerekeivel állítjuk be az alábbi részletezés szerint: (csak ZSWZ 315 esetében).
k d m g = 59.7686 d g = a b 1 1 c d ahol: k m - gépállandó d g - gördülőkör átmérő a 1, c 1, b 1, d 1 - cserekerék fogszámok A d g egyenes fogazatnál: 1 1 (14.4) d g cosα 0 = z m n (14.5) cosα SZ
A d g ferde fogazatnál: d g = z m cosβ n SZ cosα cosα 0 SZ (14.6) ahol: cosβ SZ = sinβ 0 cosα cosα 0 SZ A fenti képletekben: z - a kerék fogszáma m n - normálmodul 0 - kapcsolási szög SZ - a szerszám kapcsolási szöge SZ - a szerszám alternáló mozgásának ferdeségi szöge - fogferdeségi szög. 0
A kiszámított gördülőkör-átmérőt (d g ) az (14.4)-be helyettesítve kiszámítható a cserekerék fogszáma. A leggyakoribb gördülőkör átmérőkre általában kiszámítjuk a cserekerekeket. A rendelkezésre álló ZSWZ 315 jelű gép eredeti beállítása szerint 15 o -os profilszögű koronggal dolgozik. Ez természetesen nem akadálya, hogy 20 o -os vagy más kapcsolószögű fogazatot köszörüljünk vele. Az evolvens-geometria szabályai szerint, ha megfelelően kisebb gördülő-körön történik a lefejtés - a 15 o -os szerszám 20 o -os kapcsolószögű profilt készít (14.19. ábra).
n k korong +. α o=20 α sz αo egyenes fogazat > fejkör d f osztókör d o gördülőkör d g alapkör d a lábkör d l O legördülő mozgás α 20 sz Oo sz > A B.. αo=20 d g = z. m. cosαo ha α és cosα o=20 α sz =15 sz 14.19. ábra Szerszám kapcsolószögek geometriai kapcsolata
14.3.2.2. Különféle fogazatkorrekciók készítése A profileltolással kialakított fogazatot ugyanolyan gördülőkörön gördítjük le, mint ha elemi fogazás lenne, mert a kapcsolási szög változatlan. Az általános fogazás szabályai szerint kialakított fogazatot már más gördülőkörön gördítjük, mint az elemit, mert itt a kapcsolószög is változott. A gördülőkört a (14.5) vagy (14.6) képlettel számoljuk. A nyesett fogazatot a ZSWZ gépen újbóli legördítéssel lehet készíteni. A már 20-os kapcsolószögűre megköszörült kereket még egyszer legördítjük, de megfelelően kisebb alapkörön. Ezáltal a 20-nál nagyobb alapprofil-szögű evolvenssel a fog a fejkör közelében lenyesődik.
α 1 α 0 B f α 2 α 0 α 1 α 0 H f α 2 H l B e 14.20. ábra Fogazat korrekciók
14.21. ábra Dongásított fogazat
Az újabb kiadású ZSTZ gépeken a foglenyesést, valamint a domború fogazatot is egy menetben automatikusan lehet köszörülni, egyidejűleg a rendes fogköszörüléssel. A fej és láblenyesést trapézformájú köszörűkővel a régebbi gépeken csak úgy lehet megvalósítani, ha az új alapköröknek megfelelően kiszámítjuk a legördítés váltókerekeit. A hosszadalmas számítás és gépbeállítás elkerülésére az újabb gépeken olyan köszörűkő lehúzó készülékek vannak felszerelve, amelyek lehetővé teszik a kövek megfelelő automatikus profilozását.
Hasonlóképpen készíthető az újabb NILES gépeken minden külön számítás és szerelés nélkül dongásított fogazat is. A dongásítás mértéke max.: 0,07 mm. A készülék másolóminta és karos mechanizmus segítségével a köszörűorsó csapágyazásának a tárgytengelyhez viszonyított sugárirányú elmozdulását teszi lehetővé. 14.3.3. Csigakorongos fogköszörülés Itt a Pfauter-féle fogmarónak megfelelő módon, folytonos forgómozgásban, lefejtő eljárással köszörülik a fogoldalakat. Először a Reishauer-gépet építették így.
14.22. ábra Csigakorongos lefejtő fogköszörülés elve
A korong egybekezdésű, a szerszámprofilra lehúzott trapézmenetes csigakorongot m 8 mm esetén teliből lehet köszörülni. Minden modulhoz külön korong kell, melynek lehúzása egy csavarmenet vágásához hasonlóan történik, gyémánt lehúzókővel. A szabályozás mellékideje eléri a gép tényleges főidejét, sőt kedvezőtlen körülmények között túl is léphetik (rossz kőminőség). Mivel a korongnak egyszerre több menete is dolgozik a kerék fogain, ezért igen nagy a termelékenység. 14.4. Köszörűkorong szabályozás Köszörűkörong szabályozásának összefoglalását mutatja a 14.23.-es, 14.24.-as valamint a 14.25.-es ábra.
Evolvens köszörűkorong profilok szabályozási eljárásai közelítő evolvens egzakt evolvens körív vezető mechanizmus sablonok legördülő ívvel profiltest utánalakítandó lefejtő gördülő egyenes acélszalagok legördülő profil fogaskerék sablonok pantográf numerikusan vezérelt NC 14.23. ábra Köszörűkorong szabályozási eljárások
lehúzó berendezés szabályozó gyémánt nagynyomású levegő mdb köszörűkorong elszívó 14.24. ábra Szabályozás elvi elrendezése [48]
lehúzó szerszám gyémánt bevonatolt fogoldal felület köszörûkorong profilja profilozó köszörûkorong a fog jobb oldalán profilozó köszörûkorong a fog bal oldalán köszörûkorong fog homlokfogaskerék 14.25. ábra Köszörűkorong szabályozó eljárás profilozó korongok lehúzására