-1-
ZRÍNYI MIKLÓS NEMZETVÉDELMI EGYETEM BOLYAI JÁNOS KATONAI MŰSZAKI FŐISKOLAI KAR FEGYVERZETTECHNIKAI TANSZÉK
CSEH BÉLA főiskolai adjunktus
ANYAG- ÉS GYÁRTÁSISMERET II. FORGÁCSOLÁSELMÉLET JEGYZET
-2-
- 2000 ZRÍNYI MIKLÓS NEMZETVÉDELMI EGYETEM BOLYAI JÁNOS KATONAI MŰSZAKI FŐISKOLAI KAR FEGYVERZETTECHNIKAI TANSZÉK
CSEH BÉLA főiskolai adjunktus
ANYAG- ÉS GYÁRTÁSISMERET II. FORGÁCSOLÁSELMÉLET JEGYZET
-3-
KÉSZÜLT A GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS A BIZTONSÁGTECHNIKAI SZAK NAPPALI ÉS LEVELEZŐ KÉPZÉSBEN RÉSZTVEVŐ HALLGATÓK SZÁMÁRA
- 2000 -
ÖSZZEÁLLÍTOTTA: CSEH BÉLA főiskolai adjunktus LEKTORÁLTA: SIPOS JENŐ főiskolai docens
-4-
tanszékvezető TIPOGRÁFIAI SZERKESZTŐ: CSEH KRISZTIÁN
-5-
TARTALOMJEGYZÉK
BEVEZETÉS ……………………………………………………………………………………9 1. Forgácsolási alapfogalmak ………………………………………………………….11 1.1.
A forgácsolás tényezői ……………………………………………………….11
1.2.
Forgácsolási módok…………………………………………………………...20
2. Forgácsképződés folyamata ………………………………………………………..23 2.1.
A forgácsalakváltozási tényező …………………………………………….28
2.2.
Forgácsfajták …………………………………………………………………..29
2.3.
Forgácsolási keményedés ……………………………………………….….32
3. Forgácsolóerő ………………………………………………………………………….33 3.1.
A forgácsolóerő meghatározásának módszerei ………………………..37
3.11. A forgácsolóerő meghatározása közvetlen erőméréssel ………….37 3.12. Forgácsolóerő meghatározása teljesítménymérésből ……………..40 3.13. A forgácsolóerő meghatározása számítással ……………………….42 a., A tárgy hatása a forgácsolóerőre…………………………………..45 b., A forgácsolási adatok hatása a forgácsolóerőre…….………….47 c., A szerszám kiképzés hatása a forgácsolóerőre…………………48 3.14. A forgácsolóerő meghatározása táblázatból vagy nomogramból………53 3.2.
Fajlagos forgácsteljesítmény ……………………………………………….54
4. Forgácsolási hő ………………………………………………………………………..57 4.1.
Forgácsolási hőmérséklet mérésének módszerei ……………………...59
-6-
4.12. A forgácsolási hőfok meghatározása számítással ………………….64 5. A forgácsoló szerszámok éltartama ………………………………………………69 5.1.
A forgácsoló szerszámok kopása …………………………………………70
5.2.
A szerszám éltartamára ható tényezők ………………………………….73
5.3.
A gazdaságos éltartam ………………………………………………………85
6. A megmunkált felület minősége …………………………………………………..87 7. A gazdaságos forgácsolási adatok meghatározása …………………………...91 8. Esztergálás ……………………………………………………………………………..95 8.1.
Esztergálás változatai ………………………………………………………106
8.2.
Esztergakések ………………………………………………………………..111
8.21. Esztergakések típusai …………………………………………………..113 8.22. Esztergakések anyagai ………………………………………………….114 8.23. Esztergakések dolgozórészének kialakítása ……………………….114 8.24. Esztergakések élalakjának és élezésének meghatározása ……..116 8.25. Forgácselhelyezés, hűtés ………………………………………………117 8.26. Csatlakozórész……………………………………………………………117 8.27. Szilárdsági méretezés …………………………………………………..118 8.28. Gazdaságossági kérdések ……………………………………………..119 8.3.
Revolver- és automatakések ……………………………………………..122
8.4.
Alakos kések ………………………………………………………………….123
8.41. A körkések méreteinek meghatározása …………………………….125 8.42. Hasábos alakkések profiljának meghatározása …………………..130 9. Gyalulás ……………………………………………………………………………….133 10. Fúrás, süllyesztés, dörzsölés ……………………………………………………137 10.1. Fúrás …………………………………………………………………………..137 10.11. Csigafúró …………………………………………………………………138 10.12.Keményfémlapkás fúrók ………………………………………………150 10.13. Mélyfuratfúrók ………………………………………………………….153 10.2. Süllyesztők ……………………………………………………………………155 10.3. Dörzsárak …………………………………………………………………….158
-7-
11. Menetmegmunkálás ……………………………………………………………….169 11.1. Furatban dolgozó menetmegmunkáló szerszámok …………………169 11.2. Menetmegmunkálás palástfelületen …………………………………….175 11.3. A forgácsolási adatok meghatározása menetmegmunkáláskor ….181 12. Homlokmarás ……………………………………………………………………….185 12.1. A forgácsleválasztás körülményei homlokmarásnál ………………...185 12.2. A betétkéses homlokmaró élszögeinek vizsgálata ………………….195 12.3. A kések befogása a marófejbe …………………………………………..196 12.4. A homlokmaró fogszámának és átmérőjének meghatározása ……198 13. Palástmarás ………………………………………………………………………….201 13.1. A forgácsleválasztás körülményei palástfelületen …………………..202 13.2. A palástmarók élszögei ……………………………………………………209 13.3. Horonymarók ………………………………………………………………..210 13.4. Martfogú palástmarók fogkiképzése ……………………………………213 13.5. Szereltmarók …………………………………………………………………215 13.6. A marók befogásának módjai …………………………………………….216 13.7. Forgácsolási adatok meghatározása palástmarónál ………………...217 14. Hátraesztergált marók …………………………………………………………….221 14.1. A marfogú marók általános jellemzése ………………………………..221 14.2. A hátraesztergálási görbe megválasztása ……………………………..221 14.3. A hátraesztergálás mértékének meghatározása ……………………..223 14.4. A vezérlőtárcsa alakjának meghatározása …………………………….226 14.41. Az archimédesi spirális vezérlőtárcsa méreteinek meghatározása ………………………………………….228 14.5. Profiltorzulások a hátraesztergált maróknál ………………………….232 14.51. Egyenesfogú idommarók szelvényhelyesbítése …………………233 14.6.
Hátraesztergakés
hátszöge
egyenes
vonalú
marószelvények
megmunkálásához ………………………………………………………..237 14.61. A hátraesztergakés kiemelése ………………………………………240 14.62. A hátraesztergakés legkisebb szükséges hátszöge ……………242 15. Üregelés ………………………………………………………………………………247 15.1. A szerszám méretezése ……………………………………………………250 15.2. A szerszám részei …………………………………………………………..254
-8-
16. Köszörülés …………………………………………………………………………..261 16.1. A forgácsleválasztás ……………………………………………………….261 FELHASZNÁLT IRODALOM………………………………………………………………268
BEVEZETÉS
-9-
A JEGYZET A FŐISKOLAI GÉPÉSZMÉRNÖK- ÉS BIZTONSÁGTECHNIKAI MÉRNÖKI-SZAK NAPPALI- ÉS LEVELEZŐRENDSZERŰ KÉPZÉSBEN RÉSZESÜLŐ HALLGATÓK SZÁMÁRA KÉSZÜLT.
A gépalkatrészek jelentős részét forgácsolással munkálják meg. A gépgyártásban ma a forgácsolás a legelterjedtebb megmunkálási eljárás, mert a munkadarabbal szemben támasztott követelményeket (pl. alakhűség, felületi érdesség, méretpontosság) ezzel a megmunkálási eljárással lehet legjobban kielégíteni. A
forgácsolás
a
megmunkálási
eljárások
között
egyike
a
legköltségesebbeknek, ezért ha lehetséges helyettesítsük egyéb, olcsóbb eljárásokkal, stb.-vel.
pl.
Sajnos
mélyhúzással, a
kivágással,
forgácsolást
nem
hajlítással,
minden
hidegfolyatással
esetben
lehetséges
termelékenyebb és olcsóbb megmunkálási eljárással helyettesíteni. Ennek oka lehet a munkadarabbal szemben támasztott követelmény, gyártási darabszám és az adott körülmények. Tekintettel arra, hogy a forgácsolás a gépgyártásban nélkülözhetetlen megmunkálási eljárás, ezért szükséges a forgácsolás gazdaságosságát fokozni. A gazdaságos forgácsolás alapja a forgácsleválasztással kapcsolatos törvényszerűségek
ismerete
és
felhasználása.
A
forgácsolási
törvényszerűségek alapos ismerete nélkül nem képzelhető el a helyes szerszám, szerszámgép, készülék és technológia. Ebből következik, hogy a forgácsolási
folyamat
ismerete
a
gyártástechnológusok
részére
nélkülözhetetlen. A forgácsolás aránylag fiatal tudományág. A forgácsleválasztás változó hőhatások és a súrlódási viszonyok között lejátszódó összetett igénybevételt jelent a forgácsolási rendszerre. Ezért a folyamat minden tényezőre kiterjedő exakt meghatározása csak a fémfizika tudományának előrehaladásával valósítható meg. A forgácsolás tudománya zömében kísérleteken alapul, és a kísérleti eredményeket lehet matematikai formába önteni, melyek a gyakorlati számításokhoz szükségesek. E jegyzetben tárgyalt anyagrészek a műszaki gyakorlatban megengedhető elhanyagolásokkal rögzítik a jelenségeket. Forgácsolási kutatásokkal a múlt század második felétől kezdtek behatóban foglalkozni. A gyakorlat számára is hasznos első kutatási eredmények Thime-től származnak, aki a forgácsalakulással kapcsolatos
- 10 -
megfigyeléseit vonatkoztatja a forgácsolás folyamatára. A múlt század vége felé Taylor kutatásai alapján számítási képleteket dolgozott ki a forgácsolóerő és az éltartam meghatározására, a szerszám kialakításától függően. E
jegyzet
első
fejezeteiben
azoknak
a
közös
jellemzőknek
ismertetésével foglalkozom, amelyek minden forgácsolási módnál azonosak és értelemszerűen felhasználva érvényesek, majd külön-külön tárgyalom az egyes megmunkálási módokat. A forgácsoláselmélettel együtt ismertetem a szerszámtervezés és kialakítás alapjait.
A JEGYZET ELKÉSZÍTÉSÉVEL ÉS KÖZREADÁSÁVAL AZ VOLT A CÉLOM, HOGY ELŐSEGÍTSEM ÉS BIZTOSÍTSAM A HALLGATÓK FORGÁCSELMÉLETI- ÉS GYAKORLATI ISMERETANYAGÁNAK EREDMÉNYES ELSAJÁTÍTÁSÁT. Budapest, 2000 január hó
- 11 -
1. FORGÁCSOLÁSI ALAPFOGALMAK
1.1.
A FORGÁCSOLÁS TÉNYEZŐI
A forgácsolás az anyagok alakításának (megmunkálásának) egyik módja. Ezen belül beszélhetünk fémek és nemfémes anyagok megmunkálásáról. Jelenleg csupán a fémek forgácsolással való megmunkálásával foglalkozunk. A forgácsolás olyan megmunkálási eljárás, amelynél a munkadarab kívánt alakját úgy érjük el, hogy a felesleges anyagot kisebb darabokban, alkalmas eszközökkel eltávolítjuk. A forgácsolás definíciójának elemzése alapján meghatározhatjuk a forgácsolásnál szereplő tényezőket. Ezek szerint a forgácsolásnál szereplő tényezők: a, munkadarab (tárgy), b, forgácsoló mozgások, c, szerszám és d, forgács. a, A munkadarab (a továbbiakban tárgy), amelyen a forgácsoló szerszámmal alakítást végzünk. A tárgy forgácsolás szempontjából lényeges ugyan, de részletesebb vizsgálata a Szerkezeti Anyagok Technológiája, részben
pedig
a
Gyártástechnológia
tárgykörébe
tartozik.
Így
a
munkadarabbal csupán oly mértékben foglalkozunk, amennyire a forgácsolás törvényszerűségeinek tárgyalásához feltétlen szükséges. A forgácsleválasztás következtében a tárgy alakja megváltozik. A tárgy felületét, melyet még a szerszám nem munkált meg megmunkálandó felületnek, ahol a szerszám éppen
dolgozik
forgácsolási
felületnek, azt a felületet pedig, ahol a
szerszám a forgácsot leválasztotta megmunkált felületnek nevezzük (1.1. ábra). b, A forgácsoló mozgás. Ahhoz, hogy a forgácsolás létrejöjjön, a tárgy és a szerszám relatív elmozdulása szükséges. A forgácsoló mozgás lehet
- 12 -
folytonos és szakaszos, valamint forgó és egyenes vonalú mozgás. A forgácsoló
főmozgást
Esztergáláskor
például
végezheti a
a
tárgy
főmozgás
és
végezheti
forgómozgás,
a
végzi
szerszám. a
tárgy;
harántgyaluláskor a főmozgás szakaszos haladó mozgás, a szerszám végzi.
1.1. ábra A mellékmozgásokat szintén végezheti a tárgy és végezheti a szerszám. Kétféle mellékmozgás van, forgásvétel és előtolás irányú. A forgásvétel irányú mellékmozgás hatására a tárgy és a szerszám egymáshoz viszonyított helyzete megváltozik. A forgásvétel irányú mozgás általában szakaszos. A viszonylagos elmozdulás értéke
megszabja a
leválasztandó réteg vastagságát.
1.2. ábra Az előtolás irányú mellékmozgás is lehet folytonos és szakaszos. Előtoláson az egy fordulatra vagy kettős löketre megtett utat értjük, amelyet végezhet a szerszám vagy a tárgy (1.2. ábra). A mozgások jelölése a következő: A főmozgás sebessége: v (m/min); (m/sec). Előtolás irányú mellékmozgás: e (mm/ford); (mm/2 löket). Előtolásirányú mellékmozgás sebessége: S (mm/min). Fogásvétel: f (mm).
- 13 -
Az esztergálást véve alapul a főmozgás sebessége közelítőleg a munkadarab kerületi sebességével egyenlő. Az 1.2. ábra jelöléseivel: v
D n (m / min). 1000
Az előtolás irányú mellékmozgás merőleges a főmozgás irányára és esztergáláskor a munkadarab egy fordulatára eső, a szerszám által megtett út. A fogásvétel irányú mellékmozgás merőleges az előbbi két mozgásra. Az előtolás és a fogásvétel nagysága megszabja a leválasztandó forgács keresztmetszetét (q).
f
Dd (mm), q ef (mm2 ). 2
c, Szerszám a forgács leválasztását végzi. Mérete, alakja és kiképzése függ a megmunkálás módjától és a munkadarab anyagából. A forgácsoló szerszámokat az alábbi szempontok szerint oszthatjuk fel: 1. Élek szerint:
egyélű, kétélű, szabályosan többélű, szabálytalanul sokélű.
2. Anyaguk szerint:
szénacél, ötvözött szerszámacél, gyorsacél, keményfém, kerámia és gyémánt.
3. Élszögcsoportok szerint. 4. Készítési módjuk szerint:
tömör, tompán hegesztett, lapkás, betétes, élfelrakásos és
- 14 -
öntött stb. A
szerszám
dolgozó
részének
kiképzése
nagymértékben
hat
a
forgácsolási folyamatra. Az élek, lapok helyzetének meghatározása elsőrendű követelmény mind a gyártás, mind a felhasználás szempontjából. A forgácsoló szerszámok éleinek, lapjainak és szögeinek elnevezését az MSZ 1245 tartalmazza. A szerszám dolgozó részére vonatkozó elnevezéseket és meghatározásokat egyélű szerszámon (esztergakésen) mutatjuk be; a megállapítások
–
értelemszerűen
felhasználva
–
minden
forgácsoló
szerszámra érvényesek. A szerszámon dolgozó részének egyes elnevezéseit a 1.3. ábra tartalmazza. Főél a szerszámnak az az éle, mely a forgácsolás zömét végzi. Ha a szerszám végzi a forgácsoló főmozgást, akkor ez az él a szerszám haladásának irányába néz. Ha a tárgy végzi a főmozgást, akkor a főél szembenéz a tárgy mozgásának irányával. A szerszám főéle a csúcsnál csatlakozik a mellékéllel. A mellékél a forgácsolásban alig vesz részt. A szerszám homloklapja az a felület, melyen a forgács elcsúszik. A szerszám hátlapja a főélen átmenő, a forgácsolt felület felé néző lap. A homlok és a hátlap metszésvonala képezi a szerszám főélét. A
szerszámélszögeket
célszerű
olyan
térbeli
derékszögű
koordinátarendszerben vizsgálni, amelynek kezdőpontja a szerszám csúcsa, a koordinátatengelyek iránya pedig egybeesik a forgácsolási mozgások irányával (1.4. ábra). A koordináta-rendszer (I) fősíkja az a sík, amely magában foglalja a főmozgást és az előtolás irányú mellékmozgást, és merőleges a fogásvétel irányára. A (II) fősík merőleges az (I) fősíkra, s magában foglalja a főmozgás és a fogásvétel irányú mellékmozgás irányát. A (III) fősík merőleges az (I) és (II) fősíkra, valamint a főmozgás irányára, és magában foglalja az előtolás és fogásvétel irányát. A három ismertetett fősík és a szerszám élei, lapjai által bezárt szögeket az MSZ 1245 szabvány tartalmazza. A továbbiakban azt a síkot, amely merőleges a főmozgás irányára és magába foglalja az előtolás és fogásvétel irányát, azon kívül átmegy a szerszám csúcsán, alapsíknak (A) nevezzük. Az alapsíkra merőleges az
- 15 -
1.3.
1.4. ábra
érintősík (E), mely átmegy a szerszám főélén. A szerszám élszögeinek egy részét a főélre merőleges metszetben vizsgáljuk. A metszősíkot fősíknak (F) nevezzük, amely merőleges az alapsíkra és az érintősíkra (1.5. ábra). A
szerszám
élszögeit
az
egyszerűség
kedvéért
olyan
esztergakésnél
vizsgáljuk, amellyel szabad forgácsolást végzünk. A szabad forgácsolás jellemzője, hogy a szerszám csúcsa nincs fogásban, vagyis a főél hosszabb, mint a munkadarab szélessége és csak a főél forgácsol (1.6. ábra). Az 1.6. ábrán vázolt megmunkálásnál is a szerszám élszögeit az előbbi meghatározás szerint, azaz a főmetszetben az alapsík és az érintősík felhasználásával vizsgáljuk.
1.5. ábra
1.6. ábra
A szerszám hátszöge ( ) a hátlap és az érintősík által bezárt szög. A szerszám ékszöge ( ) a hátlap és a homloklap által bezárt szög. A szerszám homlokszöge ( ) a homloklap és az alapsík által bezárt szög. A homlokszög pozitív, ha a homloklap az alapsík alatt helyezkedik el,
- 16 -
+ < 90o. A homlokszög nulla, ha + = 90o. Negatív a homlokszög akkor, ha a homloklap az alapsík felett helyezkedik el: + 90o. Az érintősík és a homloklap által bezárt szög a metszőszög (), azaz a hátszög és a homlokszög összege + = . Az 1.6. ábra alapján meghatározott szögek sem a szerszám gyártása, sem a megmunkálás szempontjából nem elegendők. Szükséges tehát kötött forgácsolásnál vizsgálni az esztergakés élszögeit, amelynél meghatározhatjuk mindazokat a szögeket, amelyek az egyélű szerszámoknál szükségesek. Egyenes nagyoló esztergakés elkészítéséhez több szögre van szükség, mint ezt az 1.7. ábra is mutatja. A szerszám elhelyezési szöge ( ) a főél és a előtolás iránya által bezárt szög, az alapsíkon mérve. A szerszám csúcsszöge ( ) a főél és a mellékél által bezárt szög, az alapsíkban mérve. A melléknél hátraköszörűlési szöge ( ) melléknél elhelyezési szöge a melléknél és az előtolás iránya által bezárt szög az alapsíkon mérve. A szerszám hátszöge ( ), homlokszöge ( ), ékszöge ( ), metszőszöge ( ) a főmetszetben (A metszet) határozandók meg. A mellékél hátszöge ( ’ ) a mellékélre merőleges metszetben, a mellékélen átmenő az alapsíkra merőleges sík és a mellékél hátlapja által bezárt szög. A csúcssugár (r) a főél és mellékél metszésének lekerekítési sugara az alapsíkon lévő vetületen mérve. A szerszám csúcsmagassága (m) a szerszám csúcsa és a felfekvő felület közötti távolság. A csúcsmagasság könyökös szerszámoknál negatív értékű is lehet. A terelőszög ( ) a szerszám főéle és az alapsík által bezárt szög. A terelőszög ( ) is lehet pozitív és negatív értékű. Ha a főél a csúcs felé lejt, negatív, ha ellenkező lejtésű, akkor pozitív a terelőszög. (Értelmezése azonos a ( ) homlokszöggel.) Az 1.8. ábra nulla, b. pozitív terelőszögű szerszámot mutat. A terelőszöget mindig a főélre merőleges nézetben vizsgáljuk. A szerszámcélszögek ismerete szükséges a gyártás és a működés szempontjából. Előfordul, hogy működés közben a szögek eltérnek a gyártási szögektől. Ez az eltérés adódhat a működés sajátosságaiból vagy a beállításból. Az 1.7. ábrán felülnézetben látható szögek a következők:
- 17 -
1.7. ábra
1.8. ábra Tekintettel arra, hogy a beállításból számos hiba adódhat, ezért szükséges a beállításból adódó, működő és gyártási szögekkel foglalkozni. Ideális eset, ha a gyártási szögek azonosak a működő szögekkel. Az
1.9.
ábrán
egyszerű
esetet
vizsgálunk,
amikor
a
beszúró
esztergakéssel tárcsát esztergálunk. Az a, ábrán a szerszám csúcsa a munkadarab tengelyvonalában helyezkedik el. A b, ábrán a szerszám főéle a munkadarab középvonala felett helyezkedik el, a c, ábrán pedig a középvonal alatt. A b, és c, ábrán vázolt megmunkálásnál a működő szögek nem azonosak a gyártási szögekkel. Ennek oka, hogy az alapsík és az érintősík helyzete megváltozik. Jelöljük a gyártási szöget () és (), míg a működő szögeket (m) illetve (m) betűkkel.
- 18 -
Az 1.8.b. ábránál m = - és m = + . A c, ábránál
m = + és m = - .
Az 1.9. ábra alapján belátható, hogy a gyártási és működésbeli szögek közötti eltérés annál nagyobb, minél kisebb a megmunkálandó munkadarab átmérője.
1.9. ábra
A forgács. A forgácsolás tényezői között a vizsgálat szempontjából fontos szerepe van a forgácsnak. A forgács képződéséből és alakjából messzemenő következtetéseket lehet levonni a forgácsolás folyamatára.
1.10. ábra A
leválasztott
(forgásmélység)
(f),
forgácskeresztmetszet körülményeit.
forgács
keresztmetszete
előtolás
(e),
alakja
és
és
a
mérete
a
mellékmozgásoktól
szerszámkiképzéstől befolyásolja
a
függ.
A
forgácsolás
- 19 -
Az
1.10.
ábrán
különböző
alakú
szerszámmal
leválasztott
forgácskeresztmetszetek láthatók. A leválasztott forgácskeresztmetszet
q e f (mm2 ) összefüggéssel számítható ki. Az 1.11. ábrán olyan forgácsok vannak feltüntetve, amelyeknek keresztmetszete azonos, vagyis az előtolás és fogásmélység értéke egyenlő. Belátható, hogy a feltüntetett, azonos keresztmetszetű forgácsok leválasztása nem mehet azonos körülmények között végbe, mivel a különböző alakú forgácsok leválasztásakor a fogásban lévő szerszám főéle nem azonos hosszúságú. Legrövidebb élszakasz az 1.11a ábrán feltüntetett forgácskeresztmetszetnél, míg leghosszabb élszakasz az 1.11c forgácsalaknál van. A fogásban lévő élvonalhossz megszabja a nyírási hosszt, mely a forgácsolás szempontjából nem közömbös. A fentiek alapján q
=
ef számítási módszer forgácsoláselmélet
szempontjából nem ad kielégítő eredményt. A számítások során a forgács elméleti méretét kell meghatározni az (ek) közepes és az (l) értékét.
1.11. ábra Az (ek) közepes forgácsvastagság a fogásban lévő élhossz egységnyi hosszára jutó átlagos forgácsvastagság. A közepes forgácsvastagság általában közvetlenül nem mérhető, csak kiszámítható. Az (l) a forgácsszélesség, amelynek nagysága azonos a fogásban lévő szerszámélhosszal. A forgács elméleti méretei alapján forgácskeresztmetszet: q ek l e f ek
e f q l l
- 20 -
A forgács elméleti méreteinek meghatározásakor figyelembe kell venni azt a körülményt is, hogy a szerszám főéle és mellékéle rendszerint körívvel csatlakozik. Ha pontos számítást akarunk végezni, nem hagyhatjuk figyelmen kívül a mellékél szerepét sem. Az 1.12. ábrán jól szemlélhető a fogásban lévő élvonal hossza egyszerű nagyolókéssel végzett megmunkáláskor. Ebben az esetben az előbbi definíció szerint a fogásban lévő élvonalhossz – amely a főél egyenes szakaszából és a lekerekítésből adódik – a következő összefüggéssel számítható ki:
l
f r (1 cos ) e 2r r arc sin . sin 360 2r
Az 1.12. ábrán egyszerű megmunkálást tüntettünk fel, mégis a forgács elméleti méreteinek meghatározása kissé körülményes. Gyakorlati számítások során elhanyagolással élünk, és ezáltal a számítás nagyon egyszerűvé válik.
1.12. ábra A további számítások során a mellékél szerepét elhanyagoljuk, és csak a főéllel számolunk. Az 1.12. ábrán vázolt forgácsolás esetén tehát: ek e sin , l
f sin
képletekkel határozzuk meg a forgács elméleti méreteit.
- 21 -
1.2.
FORGÁCSOLÁSI MÓDOK
A forgács leválasztásához többek között a tárgy és a szerszám viszonylagos elmozdulása szükséges. Attól függően, hogy a mozgásokat a tárgy vagy a szerszám végzi, továbbá a felhasznált szerszámélek számának figyelembevételével, különféle forgácsolási módokat kölünböztettünk meg. A legismertebb forgácsolási mód az esztergálás. Esztergáláskor a főmozgás forgó, végzi a tárgy; a mellékmozgásai egyenesvonalúak, végzi a szerszám. Általánosan használt szerszáma egyélű (1.2. ábra). Gyalulásnak Hosszgyaluláskor
változatai: az
hosszgyalulás,
egyenesvonalú
főmozgást
harántgyalulás, végzi
a
vésés.
tárgy,
a
mellékmozgásokat a szám. Harántgyaluláskor és véséskor főmozgást a szerszám, mellékmozgásokat a tárgy végzi. Mind a fő-, mind a mellékmozgás szakaszos és egyenes vonalú. Általánosan használt szerszáma egyélű (1.13. ábra). Fúráskor a főmozgás forgó, a mellékmozgás egyenesvonalú, jellemző szerszáma kétélű. Fúráskor általában mind a fő-, mind a mellékmozgást a szerszám végzi (1.14. ábra).
1.13. ábra
1.14. ábra
1.15. ábra
Maráskor a forgácsoló főmozgás forgó mozgás, a szerszám végzi; a mellékmozgások egyenesvonalúak, rendszerint a tárgy végzi. Általánosan használt szerszáma szabályosan többélű. A marásnak kétféle változatát különböztetjük meg, úgymint homlokmarást (1.15. ábra) és palástmarást (1.15b ábra).
- 22 -
1.16. ábra Köszörüléskor a főmozgás forgó, a mellékmozgások forgók vagy egyenesvonalúak. A főmozgást a szerszám, a mellékmozgásokat a szerszám vagy a tárgy végzi. Szerszáma szabálytalanul sokélű. A köszörülésnek három fő
változatát
különböztetik
meg:
palástköszörülést
(1.16a
ábra),
síkköszörülést (1.16b ábra), furatköszörülést (1.16c ábra). Az ismertett forgácsolási módok összefoglalását az 1.1. táblázat tartalmazza. FORGÁCSOLÁSI MÓD
FŐMOZGÁS
MELLÉKMOZGÁS
SZERSZÁMÉLEK SZÁMA
Esztergálás
Forgó
Egyenes
1
Gyalulás
Egyenes
Egyenes
1
Fúrás
Forgó
Egyenes
2
Marás
Forgó
Egyenes
Köszörülés
Forgó
Egyenes vagy forgó
2-20
- 23 -
2. FORGÁCSKÉPZŐDÉS FOLYAMATA A forgácsolás feladata a tárgyról a felesleges anyagréteg gazdaságos eltávolítása, úgyhogy az megfelelő alakhűségű és felületi érdességű legyen, a működés feltételeinek igényei szerint. Ennek érdekében a felesleges anyag eltávolítása többféle módon történhet, de az általunk vizsgált módszereknek jellemzője, hogy a felesleges anyagot forgács formájában távolítják el. A
fémek
forgácsolása
bonyolult
fizikai
folyamat.
A
forgács
leválasztásakor elsősorban alakváltozás történik, amely kihat a tárgyra, szerszámra, de főképpen a forgácsra. Az alakváltozások jellege és mértéke függ
a
forgácsolás
feltételeitől,
pl.
a
tárgy
fizikai
és
mechanikai
tulajdonságaitól, a szerszám kialakításától, a forgácsolás sebességétől, a leválasztott forgács keresztmetszetétől stb. A
forgácsolási
jelenségek
lényegének,
belső
összefüggéseinek
magyarázatára a fémfizika és a képlékenységelmélet hivatott magyarázatot adni. A fémfizika jelenlegi állása mellett még ilyen bonyolult folyamatra határozott választ nem várhatunk. Ma általános törekvés a jelenségek megfigyelése, az okok és törvényszerűségek felderítése és ezeknek elméleti magyarázatot adni. A
forgács
kialakulásának
vizsgálatára
használnak, amelyek közül legismertebbek: a, A tárgy oldalfelületének megfigyelése. b, Filmfelvétel. c, Optikai feszültségvizsgálat. d, Mikrocsiszolat készítés.
számos
kísérleti
módszert
- 24 -
A kísérleteket legegyszerűbb szabad forgácsolással végezni, mert így a főél munkája jól követhető. a., Az oldalfelület megfigyelés egyszerűen végrehajtható kísérlet. A tárgy oldalfelületét csiszolják és fényesítik, majd a fényes felületre négyzetes hálót karcolnak, vagy maratnak (2.1. ábra). Az oldalfelületre karcolt háló sűrűségétől
függően
forgácsleválasztás deformálódik.
A
nagy
forgácskeresztmetszetet
következtében háló
az
eredetileg
deformációjából
választanak
szabályos
következtetések
háló
vonhatók
le.
A
torzul, le
a
deformáció mértékére, irányára, valamint a tárgyban keletkező feszültségek nagyságára vonatkozóan. b., A filmfelvétel költséges, de igen szemléltető vizsgálati eljárás. A kísérleteket
rendszerint
esztergapadon
szabad
forgácsolással
végzik.
Forgácsolás közben fényképezik a szerszámcél környékét. A filmezéshez különleges felvevőberendezés (1000-10 000 felvétel/sec) és erős fényforrás szükséges. A rövid expozíciós idő lehetővé teszi a forgácsképződési folyamat részleteinek megfigyelését is. c., Az optikai feszültségvizsgálatot sikerrel használják szilárdsági vizsgálatokhoz. Ha átlátszó anyagot (pl. üveget) terhelés közben polarizált fényben vizsgálunk, az anyagban keletkező feszültség (a kettős törés) hatására színváltozás lép fel. A színváltozásokból a tárgy anyagában létrejött feszültség nagyságára és elrendeződésére lehet következtetni (2.2. ábra).
2.1. ábra
2.2. ábra
- 25 -
A kísérletekhez rendszerint celluloidlapot vagy szerszám vizsgálata esetén üveget használnak. Hátránya e módszernek, hogy fémek vizsgálatára nem alkalmas. d., Mikrocsiszolat módszerével a forgácstőben a maradó alakváltozások hatására létrejött anyagszerkezet-változások igen jól megfigyelhetők. A mikrocsiszolat
készítésekor a forgácsolást hirtelen megszakítják. Így a
forgács még a tárggyal összefügg. A forgácstövet a tárgyból kivágják és a metallográfia
módszerével
csiszolatot
készítenek,
amelynek
alapján
megállapítható az alakváltozást szenvedett réteg nagysága. Ezt a vizsgálati módot igen gyakran használják kutatások során a forgácsolási folyamat és a forgácstő vizsgálatára. A forgácsleválasztás úgy jön létre, hogy a szerszám a főmozgás hatására az anyagba hatol. A tárgy anyaga kezdetben rugalmas, majd maradó alakváltozást szenved. Az összenyomott anyag a szerszám homloklapja előtt megduzzad, majd leválik a tárgyról. Ez a folyamat ismétlődik, és a forgácselemek egy sík mentén elnyíródnak, leválnak a tárgyról. Ez a folyamat ismétlődik, és a forgácselemek egy sík mentén elnyíródnak, leválnak a tárgyról. A forgácselemek mindig a nyírási sík, azaz az iránysík mentén csúsznak el. Az iránysík az a sík, amelynek mentén a forgácselemek a szerszám éle előtt a forgácstőben elmozdulnak. Az iránysík a szerszám élénél kezdődik és azt magában foglalja (2.3. ábra). Az iránysík helyzete tehát függ a szerszám elhelyezésétől és élétől. Az iránysík jellemző a forgácsolásra, mivel nagysága megszabja a nyírt felületet. Forgácsoláskor az a cél, hogy a nyírási sík területe minél kisebb legyen, mert ezáltal csökken a nyírásra fordított erő is.
2.3. ábra Az
iránysíkot
az
irányvonal
2.4. ábra hajlásszögével
szokás
jellemezni.
Szabadforgácsolásnál képzeljünk el egy olyan síkot, amely merőleges a
- 26 -
szerszám élére és ez a sík felezi a fogásban lévő főélt. Az iránysík és a szerszám élére merőleges sík metszi egymást, amely metszésvonal az irányvonalat adja (2.4. ábra). Az irányvonal az iránysíknak és a forgács elméleti szélességét felező, a szerszám élére merőleges síknak a metszésvonala. Az irányvonalnak a főmozgás irányával bezárt szöge az irányvonal hajlásszöge (). Az irányvonal hajlásszögét általában szabadforgácsoláskor vizsgálják, mivel kötött forgácsolásnál a lekerekítési sugár hatása nagyon megnehezíti a számításokat.
A
szabadforgácsolásnál
levont
törvényszerűségek,
relatív
összehasonlításra, kötött forgácsolásnál is érvényesek. Az
irányvonal
hajlásszögének
meghatározása
méréssel
szabadforgácsoláskor egyszerű. A leválasztott forgács mindig rövidebb, mint a munkadarab hossza (pl. gyalulás). A leválasztott forgács tehát rövidül, tömörödik, a szélességi és vastagsági mérete megnő a hosszúság rovására. Ha a szerszám homlokszöge = 00, = 00, = 900 (2.5. ábra), a kísérletet szabadforgácsolással, gyalulással végezzük, a beállított előtolást ismerjük és mérjük a forgács (h) méretét. Ebben az esetben az irányvonal hajlásszöge
e h
tg
2.1.
Szabadforgácsoláskor, ha a 00-nál, a számítást a 2.6. ábra alapján lehet elvégezni. Hol tg
e ; ba
a e tg ; b
h ; cos
Visszahelyettesítve tg
e h e tg cos
;
- 27 -
Egyszerűsítve és rendezve
arc tg
e cos ; h sin
2.2.
Erre az eredményre jutunk szabadforgácsolásnál akkor is, ha 900-kal és e ek-val. A számításból látható, hogy az irányvonal hajlásszögének változását kedvezően befolyásolja a forgácsközépvastagság (ek) és a homlokszög () növelése. Kísérletek igazolják, hogy az irányvonal hajlásszögének növekedését legnagyobb mértékben a forgácsolási sebesség befolyásolja. Az irányvonal hajlásszögének változását a (v), (), (ek) függvényében a 2.7. ábrán tüntettük fel.
2.5. ábra
2.6. ábra
Az () meghatározás levezetett számítás közelítő, mivel a (h) mérése nehézkes. Lényegesen pontosabb eredményt kapunk a forgácstő csiszolatának fényképéről egyszerű méréssel.
2.7. ábra.
- 28 -
2.1. A FORGÁCSALAKVÁLTOZÁSI TÉNYEZŐ Különféle anyag forgácsolásakor tapasztalható, hogy a leválasztott forgács hossza változik. A leválasztott forgács hosszát a megmunkálandó anyagon kívül befolyásolják a forgácsolási feltételek is. A forgács méreteinek változását a forgácsalakváltozási tényező jellemzi. A forgácsalakváltozási tényező ( ) a tárgyról leválasztandó réteg valamely elméleti méretének és a leválasztott forgács (ugyanazon) mért mértékének reciproka. A forgácsalakváltozási tényező értelemszerűen egynél mindig nagyobb szám, mert a forgács mindig deformálódik a leválasztandó anyaghoz képest. Minél kisebb a ( ) értéke, annál kisebb a forgácsdeformáció, azaz annál kedvezőbb a forgácsolás. A forgácsalakváltozási tényező az alábbi módszerekkel határozható meg: a, forgácshossz mérésével, b, forgácsvastagság mérésével és c, forgácskeresztmetszet mérésével.
- 29 -
a, A forgácshossz
mérésekor mérik a leválasztandó forgács hosszát
(L0). (Gyaluláskor a tárgy hossza, esztergáláskor a kerülete). Majd megmérik a leválasztott forgács hosszát (L). Ebből a forgácsalakváltozási tényező
L
L0 L
;
A forgácshossz mérését csak összefüggő forgácsot adó anyagoknál és feltételeknél lehet megfelelő módon végrehajtani. b, A forgácsvastagság mérését – mint az () meghatározásnál láttuk – az elméleti forgácsközépvastagság meghatározása és a változott forgács (h) méretének mérésén alapszik.
h ek
.
c, A forgácshossz mérése nehézkes, és eredménye függ attól, hogy külső vagy belső felületén mérjük-e a spirál alakú forgács hosszát. A forgácsvastagság mérése nem veszi figyelembe a (h)-ra merőleges irányú forgácsszélesség változását. Jóllehet a két módszer egyszerű, de nem ad minden esetben kielégítő eredményt. Ez az oka, hogy pontosabb méréseknél a forgácskeresztmetszet mérése alapján határozzák meg a forgácsalakváltozási tényezőt. Ismeretes
a
fogásmélység
és
előtolás-nagyság,
melyből
a
forgácskeresztmetszet elméleti mérete q = ef = ekl kiszámítható. A leválasztott forgácsból keresztirányú metszeteket készítenek (3 - 4 db-ot), és meghatározzák az elméleti (q) keresztmetszethez képest megnövekedett (q l) forgácskeresztmetszetet. (A forgácskeresztmetszet területe meghatározható pl.
nagyítva planimetrálással).
A mért (ql) és a számított (q)-ból
a
forgácszsugorodási tényező
q
ql q
;
A forgácszsugorodási tényező befolyásolja a megmunkált felület érdességét, azonkívül a nyírási sík nagyságát, ezen keresztül pedig a forgácsolóerőt.
- 30 -
2.1.
FORGÁCSFAJTÁK
A leválasztott forgács alakja, mérete függ a megmunkálandó anyagtól és a forgácsolás körülményeitől. Osztályozhatjuk a leválasztott forgácsot alakjuk szerint: 1. töredezett és 2. folyamatos forgácsra. 1.
Töredezett
forgácsról
beszélünk
akkor,
ha
a
leválasztott
forgácselemek nem alkotnak összefüggő forgácsot. Töredezett forgács keletkezik
rideg
anyagok
megmunkálásakor.
Szívós
anyagok
megmunkálásakor is keletkezhet töredezett forgács, ha a forgácsolási sebesség kicsi. Az anyagokról a forgácselemek a szemcsehatárok mentén vállnak le, így a megmunkált felület érdességét befolyásolja – az anyag tulajdonságon túlmenően – a forgács mérete is. A töredezett forgács kedvező tárolás, szállítás szempontjából, de kedvezőtlen felületi érdesség szempontjából. A forgácsolási körülmények helyes
megválasztásával
a
felületi
érdességet
nagymértékben
lehet
csökkenteni. 2. Folyamatos forgács a szívós képlékeny anyagok megmunkálására jellemző. Folyamatos forgács keletkezésekor a forgácselemek összefüggő szalagot alkotnak. A leválasztott forgácsnak a szerszám homloklapjával nem érintkező oldalán a forgácselemek bizonyos esetekben szabad szemmel is jól láthatók. A folyamatos forgács lehet: a, lemezes forgács, b, folyó forgács és c, élsisakos forgács.
- 31 -
a., Lemezes forgács szívós anyagokra jellemző, de rideg anyagok megmunkálásakor is keletkezik egy bizonyos forgácsolási sebességnél és forgácsolási feltételeknél. A leváló forgácselemek a leválasztás következtében keletkező hő és nyomás hatására összehegednek és szalagot képeznek. b., Folyó forgács szívó és képlékeny anyagok nagy sebességgel való megmunkálásakor keletkezik. A folyóforgács is forgácselemekből tevődik össze, de szabad szemmel általában már nem lehet megkülönböztetni az elcsúszási
síkokat.
Forgácsolás
szempontjából
ez
a
forgácsforma
a
legkedvezőbb, mivel ennél kicsi a nyírási sík és így kicsi a leválasztáshoz szükséges erő is, jó felület mellett. A felületi érdesség szempontjából tehát törekedni kell a folyó forgács elérésére (simításkor nagy forgácsolási sebesség). c., Az élsisakos forgács szívós és képlékeny anyagok közepes sebességű megmunkálásakor keletkezik. A tárgyból anyagrészek tapadnak a szerszám élére, amely állandóan nő, és sisakszerűen körülveszi a szerszám élét. Az élsisak egy bizonyos nagyság elérése után a megnövekedett forgácsoló erő hatására leválik a szerszám éléről. A leváló élsisak nagyobbik része a forgáccsal távozik, a kisebb része pedig a tárgy felületébe nyomódik (2.8. ábra). Az élsisakképződés leválás után ismét megindul.
2.8. ábra Az élsisak anyaga megegyezik a tárgy anyagával, keménysége azonban lényegesen nagyobb a tárgy eredeti keménységénél. Mivel az élsisak a szerszám élén képződik, így átveszi a forgácsolás szerepét. Az állandóan változó nagyságú élsisak rendkívül rosszul forgácsol (változó homlokszög), amelynek következtében változik a forgácsolóerő, rezgések keletkeznek, és
- 32 -
romlik a megmunkált felület állapota. A megmunkált felületbe nyomódott élsisakrész is káros lehet felhasználás szempontjából. Az élsisakképződés csökkenthető vagy kiküszöbölhető a forgácsolási sebességeknél az élsisaknak nincs jelentős befolyása. Általában 8-70 m/min forgácsolási
sebességnél
keletkezik
élsisak,
a
megmunkálandó
anyag
szakítószilárdságától függően. A szakítószilárdság növekedésével az élsisak kisebb forgácsolási sebességnél keletkezik. A folyó forgács (most ide értve az élsisakos forgácsot is) lehet szalag alakú vagy képződhet spirál alakban, a szerszám kiképzésétől és a forgácsolási feltételektől függően. A dolgozó egészsége, valamint a tárolás, szállítás szempontjából a szalag alakú folyó forgács kedvezőtlen. Valamivel kedvezőbb a spirál alakú forgács, de helyszükséglete ennek is nagy. A kedvezőtlen szalag alakú forgácsot törni kell, amely végezhető a szerszámon kiképzett
forgácstörővel
vagy
a
tárgy
anyagának
ötvözésével
(pl.
ólomötvözésű automata acél).
2.2.
FORGÁCSOLÁSI KEMÉNYEDÉS
A maradó alakváltozás hatására a fémek tulajdonsága megváltozik pl. a deformált réteg keménysége megnő. Tekintettel arra, hogy forgácsoláskor mindig van maradó alakváltozás, így létrejön a keményedés is. Ezt a jelenséget forgácsolási keményedésnek nevezzük. Forgácsolási keményedés minden fém forgácsolásakor
fellép,
de
elsősorban a szívós anyagokra jellemző, a rideg anyagok keményedése gyakorlatilag elhanyagolható. A keményedett réteg mélysége és keményedése függ a megmunkálandó anyagtól és a forgácsolás körülményeitől. Természetes tehát, hogy folyó forgácsot
adó
anyagoknál
kisebb
lesz
a
keményedés,
mint
élrátétes
forgácsoláskor. Mint ahogy a forgácsformát, éppúgy befolyásolja a forgácsolási sebesség a felületi keményedést is. Növekvő sebességnél csökken a forgácsolási
keményedés.
Az
előtolás
nagyobb
mértékben
növeli
a
- 33 -
forgácsolási keményedést, mint a fogásmélység. A forgácsolási keményedésre hatással van továbbá a szerszám homlok- és hátszöge. A forgácsolási keményedés mérését több módszerrel lehet végezni (mikrocsiszolat,
röntgen,
mikrokeménységmérés),
melyek
közül
a
mikrokeménységmérés terjedt el legjobban. Ennél a módszernél a forgácstőről csiszolatot készítenek, és 5-100 g terheléssel, különböző helyeken mérik a keménységet. A kis terhelés lehetővé teszi az egyes pontok kéménységének mérését és így a forgácstő keménységének változása jól követhető. A
forgácsolási
keményedés
hátrányos
a
további
megmunkálás
szempontjából, mivel újabb réteg leválasztásakor már keményedett részt kell forgácsolni, amely nagyobb erőt igényel, és jobban koptat. Hátrányos továbbá felületi érdesség szempontjából és a kifáradásos törés miatt. A forgácsolási keményedést csökkenteni kell, amely a forgácstő alakváltozásának csökkentését jelenti.
3. FORGÁCSOLÓERŐ
- 34 -
A forgács leválasztása erő hatására jön létre. A forgácsoláshoz szükséges erő ismerete fontos a szerszám, szerszámgép, munkadarab igénybevétele
szempontjából,
valamint
a
forgácsolási
teljesítmény
meghatározása miatt. A forgácsolóerő általában térbeli erő. A térbeli erő nagyságát és irányát nem ismerjük, de erre általában nincs szükség. Annál fontosabbak azonban a mozgások irányába eső összetevők, ezért az eredő erőt a fő- és a mellékmozgások irányába eső összetevőkre bontjuk. A forgácsolóerő mindig a szerszámra hat. A forgácsolóerővel egyező irányú és nagyságú, de ellentétes értelmű a tárgyra ható élnyomás. Az eredő forgácsolóerő (F) mozgásirányú összetevőkre bontását a 3.1. ábra szemlélteti. A főmozgás irányába eső összetevő a főforgácsolóerő (Ff), a mellékmozgások irányába eső összetevő fogásvétel irányú forgácsolóerőnek (Fm), illetve előtolásirányú forgácsolóerőnek nevezik (Fe). A forgácsolóerő komponenseinek ismeretében az eredő erő meghatározható.
3.1. ábra
3.2. ábra
A forgácsolóerő vizsgálata legegyszerűbb szabadforgácsoláskor, mivel ennél a megmunkálásnál csak két összetevővel kell számolni és így minden összetevő síkban ábrázolható. Lemez gyalulásakor a 3.2. ábrán látható elrendezést kapjuk. Szabadforgácsolásnál az eredő erő egyszerűen meghatározható a főforgácsolóerő (Ff) és az előtolásirányú erő (Fe) ismeretében.
F Ff Fe . 2
2
- 35 -
Az eredő forgácsolóerő felbontható a homloklapra merőleges (N) és a homloklap síkjába eső (S) összetevőre. A két erő vektora megszerkeszthető a Thalesz-kör segítségével. Az (N) erő az az erő, mellyel a forgács a homloklaphoz nyomódik. A szerszám homloklapján a forgács elcsúszásakor (S) surlódási erő ébred, amelynek nagysága S = N . Az (S) erő a szerszámot a fogásból eltávolítani igyekszik. A súrlódási tényező, amely a szerszám homloklapja és a forgács között ébred, szintén meghatározható a 3.2. ábra alapján, ahol tg = . A () súrlódási tényező értéke forgácsolásnál lényegesen nagyobb, mint az általánosan használt súrlódási tényező. Forgácsolásnál a = 0,4-1,0; amely függ a szerszám és a tárgy anyagától, a forgácsolás sebességétől, a hűtéstől, illetve kenéstől stb. A szerszámra ható erőket szabadforgácsolásnál vizsgáltuk. Lehetőség van arra, hogy az előbbi megmunkálásnál vizsgáljuk a tárgyra ható erőket. A 3.3. ábrán a tárgyra ható főforgácsolóerőnek megfelelő élnyomás (Ef) és az előtolásirányú erőnek megfelelő (Ee) élnyomásból az eredő élnyomás (E) megszerkeszthető. Az eredő élnyomást célszerű a nyírási sík irányába és erre merőleges irányra felbontani, szintén a Thalesz-kör segítségével.
3.3. ábra Az iránysíkba eső (Eny) erő a forgácsot a tárgyról lenyírni igyekszik. A nyíróerőre merőleges irányú (Eö) erő a forgácsot és a forgácstövet tömöríti, melynek hatására a forgács megrövidül, és részben létrejön a felületi keményedés. A
3.2.
és
3.3.
ábrán
feltüntetett
összetevők
meghatározása
szabadforgácsoláskor egyszerűen elvégezhető, csupán a (Ff) és (Fe) ismerete (mérése)
szükséges.
kiszámítása
igen
Kötött
körülményes
forgácsoláskor és
nehézkes
ezeknek lenne.
a
tényezőknek
Gyakorlatban
csak
- 36 -
szabadforgácsolásra végeznek ilyen irányú számításokat és méréseket, amelynek eredményéből következtetnek a kötött forgácsolásra. Példa Határozzuk meg lemez gyalulásánál (szabadforgácsolás) a szükséges adatokat, ha e = 0,4 mm/kettőslöket =100, = 900, = 00. A leválasztott forgács vastagsága h = 0,65 mm. A tárgy anyaga A 60. Méréssel meghatároztuk a forgácsolóerőt Ff = 900 kp, Fe = 270 kp. A számítást a 3.4. ábra alapján végezzük.
F Ff Fe 2
tg
2
939 kp,
Fe ; Ff
17 0.
3.4. ábra A 3.4. ábra alapján a súrlódási szög: = 900 - ; = 900 - ( + ) = 630, = 270. Ennek ismeretében a súrlódási tényező = tg = 0,5095.
- 37 -
A
forgács
homloklapja
között
ébredő
súrlódóerő,
valamint
a
homloklapra ható (N) erő: N = Fcos = 836 kp, S = Ntg = 470 kp. Ahhoz, hogy az élnyomásból eredő tárgyra ható erőket meghatározzuk, szükséges az irányvonal hajlásszögének kiszámítása a 2.2. képlet alapján. (Példánknál az irányvonal hajlásszöge azonos a nyírási síkkal, mivel = 00, e = ek.
arc tg
ek cos 30 0. h ek sin
Az ábra alapján = + ’ = 470. Mivel F = -É, így Ény = Écos = 640 kp, Éö = Ésin = 686 kp. A forgácszsugorodás mértéke:
h 3.1.
h 1,62. ek
A FORGÁCSOLÓERŐ MEGHATÁROZÁSÁNAK MÓDSZEREI
A forgácsolóerő számszerű meghatározása elengedhetetlen a szerszám, szerszámgép
és
a
technológia
méretezése
szempontjából.
Mivel
a
főforgácsolóerő a legnagyobb, azonkívül teljesítményfelvétel szempontjából is a legfontosabb, ezért általában ennek meghatározását helyezik előtérbe. Laboratóriumi
vizsgálatok
során
természetesen
törekednek
mindhárom
összetevő meghatározására és a mérési eredmények alapján számítóképletek kidolgozására. A forgácsolóerő általában a következő módon szokás meghatározni:
- 38 -
1. Közvetlen érőméréssel. 2. Teljesítménymérés alapján. 3. Számítással. 4. Táblázatok és nomogramok segítségével. A
továbbiakban
a
felsorolt
fő
meghatározási
módszerekkel
foglalkozunk.
3.11. A FORGÁCSOLÓERŐ MEGHATÁROZÁSA KÖZVETLEN ERŐMÉRÉSSEL A forgácsolóerő meghatározásának legtermészetesebb módja megfelelő erőmérő berendezéssel való mérés. Az erőmérő berendezések alkalmasak lehetnek
egy,
kettő
megkülönböztetünk
1-,
vagy 2-
három és
összetevő
3-komponenses
mérésére
és
erőmérőt.
Az
így eredő
forgácsolóerőt általában nem mérik, mivel a három komponens nagyságának ismeretében meghatározható. A mérésekhez felhasználható erőmérő berendezések – látszólagos egyszerűségük ellenére – bonyolultak, mivel számos követelményt kell kielégíteniük. Ilyen követelmények például a szerszám kis lehajlása, külső súrlódástól lehetőleg mentes legyen, kis szórás dinamikus és statikus terhelésnél, karakterisztikáját küldő hatások ne változtassák meg (idő, hő, hűtőfolyadék,
forgács),
olcsó
kivitel,
egyszerű
kezelés,
többirányú
felhasználás, egyszerű leolvasás stb. A
fenti
követelményeknek
maradéktalanul
eleget
tenni
csaknem
lehetetlen. Számos erőmérő látott napvilágot, amelyeket több-kevesebb sikerrel használnak forgácsolási kutatásoknál. E jegyzetben csupán néhány főtípus
mérési
elveivel
kívánok
röviden
foglalkozni,
szemszögéből nézve. Általánosan használt erőtípusok mérési elvei: a, mechanikus, b, hidraulikus, c, villamos, d, maradó alakváltozáson alapuló.
az
esztergálás
- 39 -
a, Mechanikus mérési elv megvalósításakor általában rugólehajlást mérnek. A rugós erőmérők jól ismert kivitele Schallbroch-féle erőmérő, amelynek elvi elrendezése a 3.5. ábrán látható. Méréskor az 1 késre ható erő forgácsolóerő hatására a 2 késtartó a 3 csuklópont körül elfordul, a 4 rugó lehajlásának megfelelően, amelyet az 5. házba fogott 6. mérőóra érzékel.
3.5. ábra
3.6. ábra
A rugós erőmérők előnye az egyszerű kivitel, könnyű kezelhetőség, széles méréshatár. Hátránya a kis pontosság, rendszerint egykomponenses, és nem készül regisztráló kivitelben. Igen elterjedt típus. b, Hidraulikus elven működő erőmérő vázlata a 3.6. ábrán látható. A forgácsolóerő az l csak körül elfordítja a 2 jelű késtartót, amely a 4 dugattyún keresztül a 3 hengerben lévő olaj nyomást megnöveli. A hengerben létrejött nyomás változását az 5 manométerrel lehet mérni. A hidraulikus erőmérőket sok helyen használják általában 2 és 3 komponens mérésére. Nagy előnye, hogy a manométer íróberendezéssel könnyen felszerelhető, és így a regisztrálás egyszerűen megvalósítható. Rezgésre kevésbé hajlamos, nem kényes, könnyen kezelhető. A hidraulikus erőmérők hátránya: nagy súly, kis nagyítás, az olaj viszkozitása változik (üzemi hőmérséklet) és költséges kialakítású. c, Villamos érzékelés elvén alapuló erőmérők az utóbbi években nagyon elterjedtek. A villamos mérési elv felhasználása lehetővé teszi az erőmérők építése területén a külső súrlódás kiküszöbölését. Az ilyen berendezések a rugalmas alakváltozás elvén alapulnak, ahol az elmozdulás kicsi, amelyet csak villamos úton tudunk érzékelni. A villamos elven működő érőmérőknek számos fajtája ismeretes, amelyek közül
gyakran
használják
a
kondenzátoros,
induktív,
szénellenállásos,
folyadék ellenállásos, piezoelektromos, ellenállásbélyeges stb. mérési elveket.
- 40 -
3.7. ábra
3.8. ábra
A 3.7. ábrán kondenzátoros erőmérő berendezés elvi vázlata látható. A késlehajlás következtében a kondenzátor lemezei közötti távolság csökken, és ennek
hatására
kapacitása
megváltozik.
A
kondenzátor
kapacitásának
változását erősítőn keresztül galvanométerrel lehet érzékelni. d, Maradó alakváltozás elvén működő erőmérő elvi felépítése a 3.8. ábrán látható. Az 1 kés a 2 késtartóba lehajlik és a 3 etalonlemezre felfekszik, amely alatt a 4 golyó helyezkedik el. A forgácsolóerő hatására a golyó az etalonlemezbe nyomódik. A benyomódás nagyságából következtetni lehet a maximális forgácsolóerőre. Az etalonanyag vagy golyó átmérőváltoztatásával a forgácsolóerő széles határok között mérhető. Újabb pont mérésekor az etalonlemezt egy mérési helynek megfelelő távolsággal továbbítani kell. (a mérési eljárás a brinellezéshez hasonlít). A maradó alakváltozás elvén működő erőmérőberendezés egyszerű, könnyen kezelhető. Gyártható 1, 2 és 3 komponens mérésére alkalmas kivitelben. Hátránya, hogy a pillanatnyi erőt nem méri, a mérés szakaszos és nem regisztrálható. A felsoroltakon kívül még számos más elven működő erőmérőt használnak, amelyek ezekre az alaptípusokra vezethetők vissza. Jelenleg csak az esztergálásnál használt erőmérő-típusok ismertetésére szorítkozunk, de ezek a mérési elvek értelemszerűen felhasználhatók bármely megmunkálási módnál.
3.12. FORGÁCSOLÓERŐ MEGHATÁROZÁSA TELJESÍTMÉNYMÉRÉSBŐL
- 41 -
Erőmérő-berendezéssel az üzemek ritkán rendelkeznek, ezek általában laboratóriumi mérőeszközök. Forgácsolóerőt üzemi körülmények között egyszerűen meg lehet határozni a teljesítmény mérés alapján. A forgácsolóerő meghatározásakor ismert összefüggésből indulunk ki, amely szerint
Ff v
Pf
( LE).
75
3.1.
A képlet helyes eredményt ad, ha az erőt kp-ban, a sebességet m/sec-ban helyettesítjük be. Mint az 1. fejezetben láttuk forgácsoláskor – a köszörüléstől eltekintve – a forgácsolási sebességet mindig m/min-ban adják meg. Ennek figyelembevételével a forgácsolási teljesítmény
Ff v
Pf
( LE).
75 60
3.2.
A 3.2. képletből a főforgácsolóerő:
60 75 Pf
Ff Lehetőség
van
(kp).
v
arra,
hogy
a
3.3.
szerszámgép
hajtómotorjának
teljesítményfelvételét mérjük. A mért teljesítmény elektromos teljesítmény,
Pf
Ff v 60 75 1,36
(kW ).
tehát a 3.2. képletbe való helyettesítéskor figyelembe kell venni, hogy 1 kW = 1,36 LE. Méréskor a bemenő teljesítményt mérjük, amelynek csak egy része forditódik forgácsolásra Pö = Pmotmotgép
Ennek figyelembevételével a főforgácsolóerő Ff
60 75 1,36 Pmot mot gép v
(kp)
3.4.
- 42 -
A számítások során csak a főforgácsolóerőt vettük figyelembe, a mellékerőkkel nem számoltunk. A fogásvétel irányú elmozdulás nincs (vm = 0, tehát Pm = Fmvm = 0) így nem fogyaszt teljesítményt. Az előtolásirányú erő rendszerint kisebb a főforgácsolóerőnél, és az előtolás sebessége is nagyon kicsi. Az előtolásirányú teljesítmény tehát gyakorlatilag elhanyagolható, amelyet az alábbi példa is igazol.
Példa Esztergáljunk D = 100 mm átmérőjű tengelyt e = 1 mm/ford előtolással n =100 percenkénti fordulatszámmal. A forgácsolóerő összetevőit méréssel határoztuk meg; Ff = 500 kp és Fe = 200 kp. A főmozgás sebessége
D n 1000
v
31,4m / min .
A forgácsolási teljesítmény: Pf
Ff v 60 75
3,5 ( LE)
3,5 kW 2,57 kW. 1,36
Az előtolás sebessége: ve = ne = 0,1 m/min Az előtoláshoz szükséges teljesítmény:
Pe
Feve 60 75
0,0045 LE.
Az előtoláshoz szükséges teljesítmény elhanyagolható a forgácsolás (főmozgás) teljesítményszükségletéhez képest.
3.13. A FORGÁCSOLÓERŐ MEGHATÁROZÁSA SZÁMÍTÁSSAL
- 43 -
A forgácsolóerőt csupán elméleti úton meghatározni mind a mai napig nem sikerült. A számítások során azokat a bonyolult jelenségeket nem sikerült képletbe foglalni, amelyek forgácsoláskor a forgácstőben lejátszódnak. Első
közelítésre
is
könnyen
belátható,
hogy
a
forgácsolóerő
meghatározásához felhasználható a szilárdságtan alapösszefüggése, mivel a forgácsolóerő nagyságát is befolyásolja a megmunkálandó anyag, valamint a leválasztandó forgácskeresztmetszet. Ennek alapján a forgácsolóóerő Ff = k q (kp)
3.5.
összefüggéssel is meghatározható. (k) a fajlagos forgácsolóerő, kp/mm2, (q) a leválasztandó forgács keresztmetszete, mm2, A (k) fajlagos forgácsolóerő nagysága a megmunkálandó anyagtól függ. Számszerű
értéke
az
1
mm2
forgács
leválasztásához
szükséges
erő
nagyságával egyenlő. A kísérletek igazolták, hogy a (k) fajlagos forgácsolóerő szívós anyagoknál a szakítószilárdság, rideg anyagoknál a brinell-keménység között összefüggés állapítható meg. A fajlagos forgácsolóerő és az anyag mechanikai tulajdonsága közötti összefüggés nem állandó, hanem függ a közepes forgácsvastagságtól (ek). Csökkenő közepes forgácsvastagságnál a fajlagos forgácsolóerő nő. Egyélű forgácsolószerszámmal végzett megmunkáláskor a (k) és az anyag mechanikai tulajdonsága között az alábbi közelítő összefüggés áll fenn: k = (2,5-4,5)(B) szívós anyagoknál, k = (0,5-1,0)(HB) rideg anyagoknál. A zárójelben lévő állandók kisebb értékei nagy előtolásoknál, a nagyobb értékek kisebb előtolásokkal használandók. A 3.5. összefüggéssel a forgácsolóerőt általában akkor szokták meghatározni, ha a közelítő értékkel is megelégednek vagy ha a segédeszköz nem áll rendelkezésre.
Példa
- 44 -
Meghatározandó a főforgácsolóerő A 70. anyag esztergálásánál, ha ek = 0,5 mm, l = 4 mm. Ff = kq = kef = kekl, k = (2,5-4,5)B. Felvéve a fajlagos forgácsolóerőt k = 3B-re, így Ff = 3700,54 = 420 (kp). A 3.5. képlet pontossága a (k) fajlagos forgácsolóerő meghatározásának pontosságától függ. A (k) értékét ezért mérések alapján határozzák meg. A mért értékeket
a
megmunkálandó
anyag és
a forgácsközépvastagság
függvényében adják meg. A 3.9. ábrán nomogram látható, amely tartalmazza a (k) értékeit különböző megmunkálási módokmnál. A
fajlagos
forgácsolóerő
(k)
a
megmunkálandó
anyagon
és
a
forgácsközépvastagságon kívül még számos tényezőtől függ, pl. a szerszám
- 45 -
3.9. ábra
3.10. ábra
élszögeitől, hűtéstől stb. Ennek figyelembevételével a fajlagos forgácsolóerő meghatározására készített nomogram csak arra a forgácsolási feltételre ad helyes (k) értéket, amilyen körülmények között azt meghatározták. A kísérletektől eltérő forgácsolási feltételek esetére a k értékét módosítani kell. A 3.10. ábrán meghatározott feltételek mellett felvett nomogram látható, amelynek adatai esztergálásra érvényesek. A 3.10. ábrán lévő mérési eredményeket az alábbi felsorolt anyagoknál és feltételeknél határozták meg. A 3.5. képlet alapján, hogy a (k) értékét nomogram alapján határozzák meg, nem ad minden esetben kielégítő eredményt mert számos tényező figyelembevételét kizárja. Nem lehet pl. megfelelően figyelembe venni a forgács alakját (az előtolás, fogásvétel hatását) a forgácsolóerőre. Azokat a tényezőket, melyek a forgácsolóerő nagyságát lényegesen befolyásolják, három csoportba lehet sorolni:
- 46 -
a, munkadarab, b, forgácsolási feltételek és c, a szerszám kiképzése. A
következő
számításaink
során
ezeknek
a
tényezőknek
a
forgácsolóerőre kifejtett hatását figyelembe vesszük.
a., A TÁRGY ANYAGÁNAK HATÁSA A FORGÁCSOLÓERŐRE Mindazok a tényezők, melyek az anyag mechanikai tulajdonságát befolyásolják, hatással vannak a forgácsolóerőre is. Így tehát összegezve megállapítható, hogy a forgácsolóerőt befolyásolja a tárgy anyagának szilárdsága, illetve keménysége, kémiai összetétele, szövetszerkezete, a forgácsolást megelőző hideg vagy meleg alakítása. A felsorolt tényezők figyelembevétele forgácsolóerő
a
számítóképletben
kiszámítására
szolgáló
összetételű és állapotú anyagot egy
C f’
igen
bonyolult
képletekben
lenne. a
Ezért
a
meghatározott
konstanssal veszik figyelembe. Ez a Cf’
anyagtól függő, állandó, meghatározott körülmények között 1 mm2 forgács leválasztásához
szükséges
erő.
A
meghatározott
feltétel
egységnyi
forgácskeresztmetszetre vonatkozik, amikor ek = 1 mm és l = 1mm-rel. A 3.5. képletnél a (k) érték is egységnyi forgácskeresztmetszet leválasztásához szükséges erő volt, de a feltételek nem voltak ilyen szigorúak. Míg a (k) fajlagos forgácsolóerő egyenlő a (Ff)-fel, ha a q = 1 mm2-rel, addig a Cf’ = Ff-fel, ha ek = 1 mm és az l = 1mm. Tehát a két egységnyi keresztmetszetű forgács leválasztásához szükséges erő értelemszerűen is és számszerűen is különbözik egymástól.
- 47 -
A
(Cf’)
értékét
mindig
kísérletileg
határozzák
meg
szabványos
szerszámmal. A kísérletek során kapott (Cf’) értékeit táblázatokba foglalják, amelyek
csak
egy
adott
anyagcsoportra
és
meghatározott
szerszámkiképzésre, adott forgácsolási körülményekre érvényes. Például A 70 normalizált acél esztergálásakor gyorsacél szerszámot használtak, amelynél = 120; = 450; ek = 1 mm, l = 1 mm hűtés nélkül a Ff = 183 kp-ot mértek. Erre az esetre tehát Cf’ = 183 kp. A 3.1. táblázatban néhány acél és öntöttvas szabványos szerszámmal végzett esztergálásakor (Cf’) eredményeit tüntettük fel tájékoztatás céljából.
3.1. táblázat Mint a 3.1. táblázatból is látható, a (Cf’) értéke nő a szakítószilárdság növelésével. Öntöttvasnál a (Cf’) kisebb, mint acélnál, mert öntöttvas forgácsolásakor a képlékeny alakváltozásra fordított munka kisebb és kisebb a súrlódó erő nagysága is.
b, A FORGÁCSOLÁSI ADATOK HATÁSA A FORGÁCSOLÓERŐRE Általános esetben forgácsolási adatoknak a forgácsolási sebességet (v), közepes forgácsvastagságot (ek) és a forgácsszélességet (l) nevezzük. A
forgácsolási
adatoknak
a
forgácsolóerőre
kifejtett
hatását
kísérletekkel határozzák meg, és a mért értéket diagramokban ábrázolják. Állandó forgácskeresztmetszet (ek és l = állandó) mellett változó forgácsolási sebességgel felvett diagramot a 3.11. ábrán mutatunk be. Mint az ábrából is kitűnik, a forgácsolóerő kis forgácsolási sebességeknél erős hullámzást mutat, amely
részben
az
élrátétes
sebességzónával
magyarázható.
Nagyobb
forgácsolási sebességnél a forgácsolóerő gyakorlatilag már egyenletesnek tekinthető. Mivel a forgácsolóerő a sebesség függvényében erősen változik,
- 48 -
3.11. ábra számítóképletekbe
3.12. ábra ezt
a
változást
nehéz
3.13. ábra figyelembe
venni.
Ezért
a
forgácsolóerő meghatározására alkalmas képletekben a forgácsolási sebesség nem szerepel. A képlet csak nagyobb forgácsolási sebességeknél teszi lehetővé a forgácsolóerő meghatározását, ahol a forgácsolóerő már nem változik lényegesen. Ha
minden
változót
állandónak
tartunk,
csupán
a
forgácsközépvastagságot (ek) változtatjuk, akkor jellegére nézve a 3.12. ábrán vázolt diagramot kapjuk. A főforgácsolóerő és a forgácsközépvastagság között parabolikus összefüggést találunk. A mérési eredményeket logaritmus koordináta-rendszerben ábrázolva, grafikusan is meghatározható az (ek) kitevője. Egységnyi forgácsszélesség esetén (l = 1mm) a főforgácsolóerő képlete F = C’fexp alakban írható. Az xp kitevő – mint az ábrából is látható – mindig kisebb egynél (xp 1). Acélanyagok esztergálásakor általában xp = 0,75. A forgácsszélesség (l) hatása a forgácsolóerőre a 3.13. ábra jellegéhez hasonló. Ha a forgácsszélességet megkétszerezzük, akkor a főforgácsolóerő is megkétszereződik. Egységnyi forgácsvastagság esetén (ek = 1 mm) a forgácsolóerőre Ff = Cf’lyp összefüggést kapjuk.
- 49 -
3.14 ábra A forgácsszélesség (yp) kitevője lényegesen nagyobb, mint az (xp). (Az (yp) rendszerint alig kisebb egynél). Ebből következik, hogy a főforgácsolóerő szempontjából vizsgálva, a forgácsteljesítmény növelésekor célszerűbb az (e k) mint az (l) növelése. A forgácsolási adatok figyelembevételével tehát a főforgácsolóerő meghatározható Ff = C’fexplyp (kp)
3.6.
összefüggéssel.
c, A SZERSZÁMKIKÉPZÉS HATÁSA A FORGÁCSOLÓERŐRE A
forgácsolóerő
nagyságát
befolyásolja
a
szerszám
anyaga
és
kiképzése. A szerszám anyaga annyiban befolyásolja a forgácsolóerőt, amennyiben a súrlódási tényező ( ) értékét. A súrlódási tényező változásával változik a forgácsleválasztáshoz szükséges erő. A súrlódási tényező változásával előálló erőváltozás olyan kicsi, hogy gyakorlatilag számításoknál elhanyagolják. (kísérletekkel igazolták, hogy a gyakorlatban használt szerszámanyagoknál szélső esetben a főforgácsolóerő változása 5% alatti ingadozást mutat). A szerszám kialakítása lényegesen nagyobb mértékben befolyásolja a forgácsolóerőt, amelyet számítások során már nem lehet figyelmen kívül hagyni. A szerszám kiképzésénél (egyélű szerszámot véve alapul) szükséges vizsgálni: az elhelyezési szög, , a homlokszög,
,
- 50 -
a hátszög,
,
a lekerekítési sugár, r és a szerszámkopás, hatását a forgácsolóerőre. A felsoroltakon kívül a szerszámnak egyéb jellemzői is befolyásolják a forgácsolóerőt, amelyet az esztergálás tárgyalásakor veszünk figyelembe. Az elhelyezési szög (), illetve az él alakja befolyásolja a fogásban lévő élvonal hosszát, ezáltal a forgácsolóerőt. A 3.14. ábrán három különféle elhelyezési szögű esztergakés vázlatát mutatjuk be. Mindhárom késnél az előtolás és a fogásmélység azonos, így a leválsztott forgácskeresztmetszet (q) is azonos értékű. Belátható azonban, hogy a forgácsszélesség (l) és a közepes forgácsvastagság különböző. Ha figyelembe vesszük a forgácsszélességet (l), mely azonos a fogásban lévő élvonalhosszal, belátható, hogy a forgács nyírt hossza legkisebb az (a), ábrán és legnagyobb a (c) ábrán. Az elhelyezési szög hatását figyelembe vesszük számításaink során (1.I. fejezet), mikor az ek-t, illetve l-et meghatározzuk.
ek e sin ,
l
f . sin
A homlokszög () hatásának vizsgálatakor kiindulhatunk abból, hogy minden forgácsolás ékhatáson alapul. Ennek alapján az ékszög () vizsgálata látszik célszerűnek. A kísérletek során a hátszöget állandónak tartva a homlokszög
változtatásával
változik
az
ékszög
is.
Ebből
kiindulva
a
homlokszög hatását vizsgáljuk ugyan, de ez közvetlenül az ékszöget is befolyásolja. A 3.15. ábrán vázolt szerszámok homlokszöge különböző, és ennek
- 51 -
3.15. ábra
3.16. ábra
következtében a vázolt esetben, ha a forgácsolási feltételek a homlokszög kivételével azonosak is, a forgácsolóerő nem lesz azonos nagyságú. A 3.16. ábrán a homlokszög () hatását tüntettük fel a forgácsolóerőre. Az ábra alapján megállapítható, hogy a homlokszög növelése a főforgácsolóerő csökkenését eredményezi, és ez a változás közel lineáris. Gyakorlati számítások során 10-os homlokszög-változásnál 1%-os erőváltozást vesznek figyelembe. Kísérletek
során
(C’f)
állandó,
valamint
a
hatványkitevők
meghatározásakor egy adott szerszámmal dolgozunk, és erre az esetre határozzák meg a szükséges adatokat. Abban az esetben, melyet a kísérletekhez használnak szabványos kiképzésű. Abban az esetben, ha a megmunkálás
során
más
homlokszögű
szerszámot
használnak,
a
forgácsolóerő meghatározásakor a változást figyelembe kell venni, azaz a (C’f) értékét módosítani kell. A módosító tényező (K). A (K) módosítótényezőt kiszámíthatjuk az 10-hoz tartozó 1%-os erőváltozásból, vagy ezt képletben kifejezve:
K
1
0 100
;
3.7.
(0) a kísérleteknél használt szerszám homlokszöge: ()
a
megmunkáláshoz
használt
(szabványtól
eltérő)
szerszám
homlokszöge. A (K) helyesbítő tényezővel csak akkor módosítjuk a C’f értékét, ha eltérünk a kísérleti feltételektől. A homlokszög (K)
módosítótényezőjének
figyelembevételével
a
főforgácsolóerő meghatározására alkalmas képlet Ff = C’fexplypK (kp). A szerszám hátszöge ( ) a gyakorlatban használt határokon belül kisebb mértékben befolyásolja a forgácsolóerőt, mint a homlokszög. A forgácsolóerő változását a hátszög függvényében a 3.17. ábrán tüntettük fel. Szabványos szerszámok hátszögét úgy alakítják ki, hogy a forgácsolóerőt nem befolyásolja lényegesen. Hasonló mértékben befolyásolja a forgácsolóerőt a mellékél hátszöge ( ’ ), valamint a terelőszög. Közelítő számításoknál az
- 52 -
(, , ’), szögek hatását nem veszik figyelembe, különösen szabványos vagy ehhez közelálló szerszámkiképzés esetén.
3.17. ábra A
csúcssugár
3.18. ábra
növelésével
nő
a
fogásban
lévő
élvonalhossz,
azaz
a
forgácsszelesség. A csúcssugár a 3.18. ábrán vázolt jelleg szerint befolyásolja a főforgácsolóerő alakulását. Tekintettel arra, hogy a lekerekítési sugár hatása azonos a forgács szélességével (l), mely adatot az elhelyezési szög ( ) határoz
meg,
így
a
lekerekítési
sugár
hatását
a
forgácsszélesség
meghatározásakor vesszük figyelembe. A csúcssugár és az elhelyezési szög hatását akkor vesszük figyelembe, ha nem az (ek)-val és (l)-lel számolunk.
(l.
esztergálás). Ilyenkor a módosítótényezőket, nevezetesen a (K) és (Kr) értékeit táblázatokban adják meg, amelyet a számításoknál használnak fel. A szerszám kopása következtében a forgácsolóél romlik, és ez magával hozza a forgácsolóerő növekedését. A kopás következtében az egységnyi forgácskeresztmetszet leválasztásához szükséges erő megnő, tehát a kopás függvényében
változik
a
(C’f)
értéke.
A
kopás
hatását
(K)
helyesbítőtényezővel szokás figyelembe venni. A helyesbítőtényezők értékei táblázatokban találhatók. A forgácsolóerő nagyságát a felsoroltakon kívül még számos tényező befolyásolja, de ezek hatását a gyakorlatban általában elhanyagolják. A helyesbítőtényezők,
melyeket
a
kísérleti
feltételektől
való
eltérés
következtében kell használni, összevonhatók. Jelöljük a helyesbítőtényezők szorzatát (K)-val ( K = K K K Kr K). Így a főforgácsolóerő képlete általános esetre, egyélű szerszámmal végzett megmunkálásnál
- 53 -
Ff = Cf’ekxp lyp K A
főforgácsolóerő
(kp).
meghatározására
alkalmas
3.8. képlethez
hasonló
összefüggéssel a mellékerők is meghatározhatók. Természetesen az anyagtól függő
állandó,
valamint
a
hatványkitevő
nagysága
minden
összetevő
meghatározására szolgáló képletnél változik. A fogásvételirányú erő Fm = Cfm’ekxp lyp K’;
3.9
míg az előtolásirányú erő Fm = C’fm’ekxp lyp K’’
3.10.
képletekkel határozhatók meg. Az állandók és a hatványkitevők értékeit táblázatokban közlik (l. a további fejezetet). A mellékerőket ritkán szokták a közölt képletekkel számolni, általában megelégszenek közelítő eredménnyel, amelyet tapasztalati adatok alapján a következőképpen lehet meghatározni: Fm = (0,3-0,8) Ff,
3.11.
Fe = (0,1-0,4) Ff.
3.12.
Példa Mekkora főforgácsolóerő ébred B = 65 kp/mm2 szakítószilárdságú acél esztergálásakor, ha a tengely D1 = 57 mm, amelyet D2 = 47 mm átmérőre kell lemunkálni.
A
forgácsoláshoz használt esztergakés = 450,
= 100
kiképzésű. A 3.1. táblázat alapján a C’f = 163. Acél megmunkálásakor általában xp = 0,75 és yp = 1. A C’f értékének méréséhez használt kés 0 = 150 volt. A tengely nagyolását e = 0,65 mm/ford előtolással végezzük.
f
D1 D2 2
4,5 mm, ek e sin 0,46 mm, l
f sin
6,4 mm.
- 54 -
Ff = Cf’ekxp lyp K (kp), A kísérleti feltételekből csupán a szerszám homlokszögének ( ) kiképzésében tértünk el, így ennek megfelelően a (C’f)-t módosítani kell.
K 1
0 100
1,05,
F f 163 0,460, 75 6,4 1,05 614 (kp).
3.14. A FORGÁCSOLÓERŐ MEGHATÁROZÁSA TÁBLÁZATBÓL VAGY NOMOGRAMBÓL A számítások végrehajtása egyszerűségük ellenére is időt igénylő munka. A forgácsolóerő egyszerűbb meghatározása érdekében a gyakran előforduló adatok táblázatokba foglalják. A táblázat előnye, hogy csak meghatározott értékeket ad, így a leolvasás nem folytonos. A
nomogramok
tetszőleges
adatokra
segédletekben
használata
kedvezőbb,
is
megfelelő
általában
adnak a
vonalsereges
mint
a
értékeket.
nomogramokat
táblázatoké, A
és
forgácsolási
használják.
E
nomogramok kezelése egyszerű. Hazánkban forgácsolási számítási segédletként főleg a Forgácsolási Országos Normaalapok gyűjteményét használják. Mint a címből is kitűnik, normák megállapításához készült, így a forgácsolási adatok meghatározásán kívül tartalmazza a gépi és a mellékidőket is. A gyűjteményben található adatok anyagfajtánként és géptípusonként vannak rendezve, gyorsacél és keményfémmel végzett megmunkálások esetében.
3.2.
FAJLAGOS FORGÁCSTELJESÍTMÉNY
A forgácsolás egyike a legköltségesebb megmunkálási eljárásoknak. A forgácsolásra fordított költségek számos tényezőkből tevődnek össze. A költségek egy részét a forgácsolásra fordított idő és teljesítmény képezi. Forgácsoláskor mindig egy adott réteg (ráhagyás) leválasztása a feladat. Nem közömbös tehát, hogy az adott ráhagyást mennyi idő alatt és milyen
- 55 -
teljesítmény-ráfordítással
választják le.
Az időegység alatt leválasztott
forgácsmennyiség már némi összehasonlítási alapot ad a forgácsolásról. Az egy perc alatt leforgácsolt anyag mennyiségét külön jelölik (V) és fajlagos forgácstérfogatnak nevezik. Az 1 perc leválasztott anyag mennyisége függ a forgácsolási sebességtől, előtolástól és a fogásmélységtől, vagyis V = qv.
3.13.
Ha csupán a forgácsolásra fordított időt vennénk figyelembe, nem kapnánk
megfelelő
összehasonlítási
alapot.
Forgácsoláskor
a
kitűzött
feladatot nem csak gyorsan, de kis teljesítményráfordítással is kell végezni. Vizsgálni kell tehát, hogy a forgács leválasztására hány ((kW; LE) teljesítményt fordítottunk. Az összehasonlítási alap a fajlagos forgácsteljesítmény (Vf), amely nem egyéb, mint 1 LE teljesítménnyel 1 perc alatt leválasztott forgácsmennyiség; azaz
Vf
V Pf
(
cm 3 / min ); LE
3.14.
A szükséges helyettesítések elvégzése után megkapjuk a (Vf)-et. Mivel
V 4500 ; Pf k Ff v k q v Pf , 60 75 4500 Vf
3.15.
Ff = kq és a forgácsoláshoz szükséges teljesítmény Mint a képlet igazolja, a fajlagos forgácsteljesítmény a fajlagos forgácsolóerőtől függ. A fajlagos forgácsolóerő – mint ismeretes – függ a megmunkálandó anyagtól és a közepes forgácsvastagságtól. Összehasonlítás kedvéért néhány adatot közlünk A 60. jelű acél megmunkálására esztergáláskor
V f 20 45 (
cm 3 ); ek (0,1 3) mm, LE min
maráskor
cm 3 V f 10 20 ( ); ek (0,02 03) mm, LE min
- 56 -
köszörüléskor
cm 3 V f 0,5 5 ( ); ek (0,0002 0,003) mm. LE min Mint a közölt adatok is bizonyítják, a fajlagos forgácsteljesítményy egy adott
anyag
megmunkálásakor
jelentős
mértékben
függ
a
közepes
forgácsvastagságtól. Ennek alapján a termelékenység fokozása érdekében célszerű az előtolást növelni.
Példa Határozzuk
meg
a
fajlagos
forgácsteljesítmény
értékét
fejezetben közölt példa alapján, ahol k = 3B-vel számoltunk.
Vf
4500 cm3 21,4 ; 210 LE min
4. FORGÁCSOLÁSI HŐ
a
3.13.
- 57 -
Forgácsoláskor tapasztalható, hogy a szerszám éle, valamint a forgács felmelegszik. Számos esetben szabad szemmel is megfigyelhető, hogy a leváló forgács a hő hatására elszíneződik, vagy pl. köszörülésnél izzó állapotban válik le a munkadarabról. A forgácsolási hő vizsgálata elsősorban a szerszám éltartóssága érdekében történik. A forgácsolási hő káros lehet olyakor a munkadarab szempontjából is (hődeformáció). A forgácsolási hő a forgácsolásra fordított munkából keletkezik. E tárgyban végzett vizsgálatok igazolják, hogy a forgácsolásra fordított munka csaknem teljes egészében hővé alakul át. Mint ismeretes, forgácsoláskor a leválasztandó réteg deformálása, valamint a súrlódás legyőzésére kell munkát fordítani. A forgácsolási hő tehát a forgács leválasztásához szükséges rugalmas alakváltozásokból, maradó alakváltozásokból és a súrlódásból képződik. Rideg
anyagok
megmunkálásakor
(pl.
öntöttvas)
a
maradó
alakváltozások gyakorlatilag elhanyagolhatók, így kevesebb hő képződik, mint szívós anyagok forgácsolása esetén. Kevesebb hő keletkezik rideg anyagok megmunkálásakor azért is, mert a súrlódás lényegesen kisebb, mint pl. acélok megmunkálásakor. A fentiekből következik, hogy a súrlódási hőt csökkenteni lehet a súrlódás csökkentésével, valamint az alakváltozásokra fordított munka csökkentésével. A súrlódás csökkentését részben el tudjuk érni forgácsoláskor (pl.
hűtés,
anyagötvözés),
míg
az
alakváltozásokra
fordítandó
munka
gazdaságosan lényegesen nehezebben szabályozható. A forgácsoláskor keletkezett Q hőmennyiség elvezetése a 4.1. ábrán vázoltak szerint megy végbe. A forgácsolási hő elvezetődik tehát a forgácsba (Qf), a szerszámba (Qsz) a tárgyba (Qt) és a környezetbe (Qk). A forgácsoláskor keletkezett összes hőmennyiség tehát: Q = Qf + Qsz + Qt + Qk (kcal).
4.1.
- 58 -
A 4.1. ábra acél forgácsolására vonatkozik, amely arányaiban is szemlélteti a forgácsolási hő megoszlását. Ez az ábra átlagos hőeloszlást mutat, amelyet befolyásol a munkadarab anyaga, szerszámanyaga és a forgácsolás körülményei. A forgácsban távozó hőmennyiség a legnagyobb, amelynek vizsgálatával nem kell foglalkozni, mivel ez a továbbiakban nem befolyásolja a forgácsolás lefolyását.
4.1. ábra Forgácsolás szempontjából leglényegesebb a szerszám által elvezetett hő, mivel ez a hőmennyiség közvetlenül befolyásolja a szerszám élettartamát. A munkadarab által elvezetett hő, a forgácsolás szemszögéből vizsgálva nem jelentős, de fontossága nem lebecsülendő a munkadarab pontosságának szemcseszerkezet változásának szempontjából. Szükséges
azonban
a
forgácstőben
lejátszódó
hőjelenségekkel
foglalkozni. Mérjük meg a forgácstő és a szerszám egyes pontjainak hőmérsékletét és az azonos értékű pontokat kössük össze egymással, megkapjuk a 4.2. ábrán feltüntetett hőeloszlást. Ha a vizsgálatainkon külön mérnénk a súrlódásból adódó hőt, kapnánk a II. jelű görbét, ha csupán az alakváltozásból
keletkező
hőt
mérnénk,
akkor
I.
jelű
görbe
adódna.
Természetesen a szerszám szempontjából a két vizsgálati úton kapott görbét összegezni kell, és ez az eredő hőeloszlási görbe képezi a továbbiakban a vizsgálat alapját. Látható, hogy a tárgy felé forgácsolási hő csökken, ennek oka, hogy a tárgy tömege a forgácstőben keletkező hőt elvezeti. A 4.2. ábrán
- 59 -
feltüntetett jellegű görbét úgy kapjuk, ha a forgácstövet forgácsolás közben egy adott időpillanatban vizsgáljuk. A forgácsolási folyamat szempontjából szükséges
a
szerszám
hőfokának
változását
is
vizsgálnunk,
az
idő
függvényében. Erre a vizsgálatra kapjuk a 4.3. ábrát. Az ábrán feltüntetett görbe vizsgálatából kiderül, hogy a forgácsolás kezdetén a szerszámél hőfoka gyorsan emelkedik, majd az egyensúlyi állapot elérése után lassan melegszik tovább. A 4.3. ábrán feltüntetett jellegű görbe acél megmunkálásakor folyamatosan végzett külső hosszesztergálásból adódik. A forgácsolási hő hatásával a későbbiekben (V. fejezet) még foglalkozunk a szerszám éltartama szempontjából.
4.2. ábra
4.3. ábra
A továbbiakban vizsgáljuk meg azokat a módszereket, melyekkel a forgácsolási hőfokot meg tudjuk határozni. Erre két módszer kínálkozik: a méréssel és a számítással való meghatározás.
Célunk általában az, hogy a szerszámél hőfokát
határozzuk meg, azaz a szerszám legmelegebb pontját.
4.1.
FORGÁCSOLÁSI HŐMÉRSÉKLET MÉRÉSÉNEK MÓDSZEREI
- 60 -
A forgácsolásnál felhasználható hőmérséklet mérési módszerek a következők: kaloriméteres, hőelemes, optikai, metallográfiai és hőjelző-festékes.
4.4. ábra Ezeket
az
általánosan
elterjedt
módszereket
a
következőkben
jellemezhetnénk: A kaloriméteres módszernél a leválasztott forgácsot kaloriméterbe vezetik. A forgács hője a kaloriméterben lévő folyadékot felmelegíti, és így a folyadék hőfokváltozásából, valamint a bevezetett forgácsmennyiségből meg lehet
határozni
módszernél
a
forgácsoláskor
lényeges,
hogy
a
keletkezett
forgács
hőmennyiséget.
elvezetése
közben
Ennél
hőfokát
a ne
változtassa. Ebből következik, hogy ez a módszer ott használható sikerrel, ahol az egész megmunkálást kaloriméterben tudjuk elvégezni (pl. fúrás; 4.4. ábra). A mért hőmennyiségből következtetni lehet a szerszámél hőfokára. A hőelemes hőmérsékletmérési módszerek között a mesterséges, félmesterséges és a természetes mérési módszerek terjedtek el. Mindhárom módszer a fizikából ismert termoelem elvén alapul. Ha különböző anyagú két fémrudat egyik végén összeforrasztunk és melegítjük, a rudak másik végein, amelyet állandó
- 61 -
hőmérsékleten
(hidegpont)
tartottunk,
feszültségkülönbség
mérhető.
A
hidegpontnál mért feszültség arányos a melegítés hőfokával. A mesterséges hőelemes módszernél (4.5. ábra) a szerszám forgácsoló részének környezetében egy furatban helyezik el a termoelemet. A szerszám különböző pontjain elhelyezett mérőelemekkel, tehát mérhető a hőeloszlás. Hátránya azonban ennek a módszernek, hogy a legmelegebb pont hőfokának meghatározására nem alkalmas, azonkívül a legerősebben igénybevett helyen gyengíti a szerszámot. Ennél a módszernél interpolálással lehet következtetni a szerszámél hőfokára. A félmesterséges hőelem részben kiküszöböli az előtti eljárás hibáját (4.6. ábra), mivel a késbe a termoelem egyik szárát a kés képezi. Ezzel a módszerrel közelebb lehet jutni a legmelegebb ponthoz, de a szerszámél hőmérsékletét
ezzel
a
módszerrel
sem
lehet
közvetlen
méréssel
meghatározni.
4.5. ábra
4.6. ábra
A természetes hőelemes mérési módszer kiküszöböli az előbbiekben ismertetett hőmérsékletmérési módok hibáját, mivel a termoelem mindkét szára részt vesz a forgácsolásban. A természetes hőelemes módszer két változatát használják: az egykéses és a kétkéses
- 62 -
mérési módszert. Az egykéses mérési módszernél a termoelemet a munkadarab és a vele kapcsolatban lévő forgácsoló szerszám képezi (4.7. ábra). Ennél a módszernél szigetelni kell mind a tárgyat, mind a szerszámot a szerszámgéptől, és gondoskodni kell a tárgy áramvételéről. A tárgyról az áramvételt meg lehet valósítani kefékkel, vagy ennél megbízhatóbb a tárgyra szerelt higanyba mártott tárcsával való áramvétel. A termoelem melegpontja a szerszám és a tárgy érintkezésénél van, ahol a nagy nyomás és az állandó fémes kapcsolat helyettesíti az összeforrasztást. Ez a mérési módszer igen egyszerűnek tűnik és jól használható a forgácsolási kutatásoknál. Hitelesítéskor mindig az adott munkadarabot kell hitelesíteni
a
megmunkáláshoz
használt
szerszámmal.
A
munkadarab
anyagának változása esetén a hitelesítést újból el kell végezni. Ezzel a mérési módszerrel a fogásban lévő él átlagos hőmérsékletét lehet meghatározni. A kétkéses hőmérsékletmérési módszer elvi felépítése a 4.8. ábrán látható.
4.7. ábra
4.8. ábra
A termoelem két szárát a két kés képezi, amely teljesen azonos kiképzésű. Biztosítani kell továbbá, hogy a két szerszámon forgácsolás közben azonos hőfok keletkezzék, amelyet úgy lehet elérni, hogy a két szerszám teljesen azonos kiképzésű és azonos forgácsolási feltételek mellett (e, f, v, hűtés) dolgozik. A melegforrasztási hely ennél a megoldásnál széjjel lett húzva, így az áramkör a két kés között a munkadarabon keresztül záródik. A hidegpont a késszárak vége, melyhez a millivoltmérőt kapcsolják. Ennél a megoldásnál a két kést kell egymástól és a szerszámgéptől szigetelni.
- 63 -
Követelmény,
hogy
a
termoelem
két
szára
különböző
anyagból
készüljön, ezért gyakorlatban rendszerint az egyik kést tömör keményfémből, a
másikat
gyoracélból
készítik.
A
kétkéses
hőmérsékletmérési
mód
használható a gyorsacél lágyulási hőfokáig (a gyakorlatban némi biztonsággal 550
OC-ig).
Ennél nagyobb forgácsolási hőmérséklet mérésére az egykéses
módszer használható eredményesen, oly módon, hogy a szerszámot tömör keményfémből készítik. A kétkéses hőmérséklet mérési módszernél a hitelesítést elegendő csupán a két késre elvégezni, a mérési eredményt a munkadarab anyaga nem befolyásolja, mivel csupán az elektromos vezető szerepét tölti be. Forgácsolási kutatásoknál a kétkéses mérési módszer terjedt el legjobban, amely egyszerű kezelhetőségének és viszonylag pontos eredményének tudható be. Az optikai módszernél a szerszám, a forgács vagy a tárgy egy pontjáról kiinduló hősugarak kondenzorlencsék segítségével összegyűjtik, és egy termoelem meleg forrasztási helyére összpontosítják. A másik optikai hőfokmérési módszer lényege, hogy egy égő izzó szálát azonos színűre hevítik a mérendő pont színével, amely a hő hatására színeződött el. Ebből következik, hogy ez a mérési módszer csak ott használható, ahol hő következtében jól megfigyelhető színváltozások jönnek létre (gyakorlatilag 600 OC felett). Az
ismertetett
két
optikai
módszert
a
kohászatban
általánosan
használják, és pirométernek nevezik. Forgácsolási vizsgálatokhoz ezek a módszerek ritkán jöhetnek számításba. A metallogáfiai hőmérsékletmérés azon alapszik, hogy a forgácsoláskor fellépő hő a szerszámban szövetszerkezeti és keménységi változásokat hoz létre.
A
vizsgálat
forgácsolnak, készítenek,
menete,
majd
a
majd
szövetszerkezetet.
szerszám
mérik A
hogy a
vizsgálat
a
szerszámmal
vizsgálandó
meghatározott
részéről
mikrokeménységet, eredményeiből
lehet
és
ideig
mikrocsiszolatot vizsgálják következtetni
a a
szerszámon fellépő maximális hőmérsékletre. Ez a vizsgálati módszer kissé hosszadalmas és roncsolásos vizsgálat, ezért inkább ellenőrzéskor használják. Hőjelző festékkel hőmérsékletmérés igen egyszerűen végrehajtható, pontossága és használhatósága azonban eléggé korlátozott. A mérési módszer azon alapszik, hogy egyes festékanyagok a hő hatására színüket megváltoztatják. Ezek festék, kréta, ceruza formájában kerülnek forgalomba (Thermocolor) és viszonylag szűk hőfokhatároknál változtatják meg színüket. E mérési módszernél vizsgálandó szerszámot adott festékkel bekenik, és
- 64 -
figyelik az elszíneződés pillanatát. Ezzel a módszerrel több pontot mérnek, és a
szerszám
bizonyos
helyének
hőmérsékletét
a
forgácsolási
adatok
változásának függvényében meg lehet határozni. Sajnos ez a módszer nem alkalmas a szerszámél és környezetének mérésére, mivel ezt a részt a forgács eltakarja, és egyben a festéket a szerszám homlokfelületéről el is távolítja. A fentiek miatt a hőjelző festék felhasználása a szerszámnak a munkadarabbal nem érintkező részének vizsgálatára terjedhet ki, emiatt felhasználása szűk területre korlátozódik. A fenti vizsgálati módszerek alkalmasak arra, hogy következtetéseket vonhassunk le a forgácstőben lejátszódó hőjelenségekre a szerszám éltartam szempontjából. A hőmérséklet-méréseket rendszerint csak laboratóriumi körülmények között végzik, amelynek alapján számítási képleteket dolgoznak ki a gyakorlat számára.
4.12. A FORGÁCSOLÁSI HŐFOK MEGHATÁROZÁSA SZÁMÍTÁSSAL A forgácsolási hőfok nagyságának kiszámítása elméleti alapon rendkívül körülményes munka, amellett a számítások hitelességét a kísérletek nem igazolták megfelelő módon. Elméleti alapokon végzett számításoknál az energia megmaradásának törvényéből indulnak ki. Gyakorlati számításokhoz a kísérletek
alapján
felállított
tapasztalati
képletek
létrehozásakor
a
forgácsolóerő kiszámításánál látott gondolatmenetet használják fel, és vizsgálják a tárgy, a forgácsolási adatok (ek, l, v) szerszámkiképzés és a forgácsolási feltételek hatását a forgácsolási hőre. A tárgy anyagának változása annyiban befolyásolja a forgácsolási hőmérsékletet,
amennyiben
alakváltozáshoz
szükséges
befolyásolja munkát.
a
Ebből
rugalmas
és
következik,
a
hogy
maradó nagyobb
szakítószilárdságú anyagok forgácsolásakor általában nagyobb a forgácsolási hő is. A forgácsolási hőnek az anyagtól függő változását mindig kísérletileg állapítják meg. Tájékoztatás miatt feltüntettük a 4.9. ábrát. A I. jelű görbe alumínium, a II. jelű görbe acél forgácsolásakor a szerszám élén keletkezett hőfokot mutatja, a forgácsolási sebesség függvényében. A ábrából kitűnik az is, hogy a forgácsolási hő és a sebesség között parabolikus összefüggés van, melyet
a
forgácsoló-erő
kiszámításánál
tapasztalati
módszerrel
lehet
- 65 -
meghatározni. Így a kísérletek alapján a munkadarab anyagának és a sebesség változásának figyelembevételével írható, hogy
Q = CQ1va (CO). A kísérletek azt igazolták, hogy B = 75 kp/mm2 szakítószilárdságú acél esztergálásakor a sebesség kitevője általában a = 0,4.
4.9. ábra A közepes forgácsvasatagság (ek) növelésével a forgácsolási hő is növekszik, de kisebb mértékben mint a forgácsolási sebesség növelésével. A forgácsközépvastagság növelésével némileg javul a hőelvezetés. A 4.10. ábrán a forgácsolási-hő (ek) között ábrázoltuk, acél forgácsolása esetén. Az (ek) hatásának figyelembevételével a forgácsolási hő meghatározására szolgáló képlet Q = CQ2vaekb alakban írható. A forgácsszélesség hatása a forgácsolási hőre a 4.11. ábrán látható. Megállapítható, hogy a forgácsolási adatok közül a forgácsolási hőre legkisebb befolyása
a
forgácsszélességnek
(l)
van.
Ennek
oka,
hogy
azonos
forgácskeresztmetszet leválasztása esetén, ha növeljük a fogásban lévő élvonalhosszt (l), növekszik a hő elvezetésére szolgáló szerszámacél hossza. A forgácsszélesség figyelembevételével a forgácsolási hőfok meghatározására alkalmas összefüggés, amely a forgácsolási adatokat tartalmazza a következő alakban írható: Q = CQvaekblc (Co).
4.2.
- 66 -
A
szerszám
kiképzése
is
befolyással
van
a
forgácsolási
hőfok
nagyságára. Ezen belül is elsősorban a szerszám elhelyezési szöge ( ) és a csúcssugár (r) befolyásolja a mért értékeket. A szerszámelhelyezési szögének hatásával nem kell abban az esetben számolni, ha a képletben szereplő (ek)-val és (l)-lel számolunk, mivel ennek meghatározásában az () szerepel.
4.10. ábra
4.11. ábra
4.12. ábra Ugyanez mondható a szerszám lekerekítési sugarára (r), mivel ez az adat a forgácsszélességben (l) foglaltatik. A () és az (r) hatását csak abban az esetben kell figyelembe venni, ha (e)-vel és (f)-fel számolunk. Ebben az esetben a (CQ) értékét módosítanunk kell, amelyet helyesbítő tényezővel ( K ) és (Kr) kell figyelembe venni. A
szerszámból
kifolyólag
csökkenthető
a
szerszámél
hőfoka
a
szárkeresztmetszet növelésével is. A szárkeresztmetszet növelésével javul a hőelvezetés. A
forgácsolási
hőmérséklet
hatásosan
csökkenthető
hűtőfolyadék
felhasználásával. A hűtőközeg hozzávezetésének nemcsak az az előnye, hogy csökkenti a szerszámél hőfokát, hanem a hűtőközegtől függően bizonyos kenőhatást is fejt ki a forgács és a szerszám homloklapja között. A 4.12. ábrán kitűnik, hogy a hűtőfolyadék mennyiségét csak egy bizonyos határig célszerű növelni, mert a további növelésnek gyakorlatilag lényegesen nagyobb
- 67 -
hűtőhatása nincs. Az optimális hűtőfolyadék anyagát és mennyiségét az adott forgácsolási feltételekre kísérletileg célszerű meghatározni. A hűtőfolyadék hatását is módosítőtényezővel (Kh) veszik figyelembe a számítások során. Ha a módosítótényezők szorzatát (K)-val jelöljük, akkor a forgácsolási hőmérséklet meghatározására alkalmas képlet Q = CQvaekblcK (Co)
4.3.
alakban írható. Természetesen módosítótényezővel csak abban az esetben kell számolni, ha eltérünk a kísérleti feltétektől.
Példa Meghatározandó a forgácsolási hőmérséklet nagysága B = 75 kp/mm2 szakítószilárdságú
acél
esztergálásakor.
Az
esztergálásnál
beállított
technológiai adatok: v= 45 m/min, e = 0,6 mm/ford, f = 2,5 mm és a szerszám elhelyezési szöge
= 30o. A szerszám kiképzése szabványos,
amellyel hűtés nélkül forgácsolunk. A forgácsolási hőmérséklet Q = CQvaekblc Táblázatból: CQ =140; a = 0,4; b = 0,25; c = 0,1, ek = esin = 0,425 mm,
L
f 2,5 2,5 5 mm sin sin sin 30o
Q = 140450,5 0,4250,2550,1 = 565 Co.
5. A FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK ÉLTARTAMA
- 68 -
A szerszám éle forgácsolás közben kopik, ezért forgácsolóképessége csökken.
A
kopás
mértékét
befolyásolja
a
megmunkálandó
anyag,
szerszámanyag, és a forgácsolás körülményei. A forgácsoló szerszámot, amikor
munkakörülményei
a
kopás
következtében
nagymértékben
leromlottak, újra kell élezni. A forgácsolás gazdaságossága érdekében szükséges vizsgálni, hogy a két élezés között a szerszám mennyi időt töltött el forgácsolásban. Azt az időt, amelyet a szerszám a két élezés között forgácsolással tölt el, éltartamnak nevezzük, és (T)-vel jelöljük. Az éltartam időt mindig percekben fejezzük ki. A forgácsolással eltöltött időt az 5.1. ábra alapján is vizsgálhatjuk. Az a, ábrán az időtengelyen a munka kezdetét tüntettük fel, majd ezt követően a szerszám befogásával eltelt időt mindaddig, míg a szerszám forgácsolni kezd. Vastag vonallal azt az időt, amelyet a szerszám forgácsolással eltöltött (Ta). Tételezzük fel, hogy a szerszám itt eléletlenedett, és újraélezés végett ki kellett fogni a szerszámgépből. A 5.1a ábrán a szerszám megszakítás nélkül dolgozott, egészen az eléletlenedésig. A gyakorlatban ilyen megmunkálást ritkán végzünk, mivel egy szerszámmal általában több munkadarabon forgácsolunk mindaddig, míg a szerszám eléletlenedése bekövetkezik. A 5.1b ábrán
vastag
vonallal
ezeket
a
részidőket
tüntettük
fel,
ahol
a
T = t1 + t2 +…+ tn-nel egyenlő.
5.1. ábra Megmunkálás közben a szerszám eléletlenedését több tényező jelzi, így pl. a forgácsoláshoz szükséges teljesítmény, az előtolásirányú és fogásvételirányú forgácsolóerő megnő, romlik a megmunkált munkadarab felülete, emelkedik a szerszámél
hőmérséklete
stb.
A
forgácsoló
szerszámot
gazdasági
szempontból csak olyan mértékig szabad használni, melynél az élezéskor leválasztandó anyagmennyiség még optimálisnak mondható. Ezért lehetőleg kerülni kell, hogy a szerszám eléletlenedés következtében leégjen vagy kicsorbuljon.
A
szerszám
eléletlenedhet
csorbulás,
törés
vagy
leégés
- 69 -
következtében, amely gondtalan kezelésből vagy üzemeltetésből adódik. Ez rendellenes tönkremenésnek nevezhető, amellyel számolni nem tudunk. Forgácsolás szempontjából a szerszáméltartamot a kopás szabja meg, melynek jellege és lefolyása döntő fontosságú az éltartam szempontjából.
5.1. A FORGÁCSOLÓ SZERSZÁMOK KOPÁSA A forgácsoló szerszámok kopását és annak lefolyását nem lehet azonosítani a gépelemeknél ismert kopásokkal. Ennek oka, hogy a forgácsoló szerszámok nagy hőmérsékleten, nagy felületi nyomással érintkeznek a munkadarabbal. A kopás mértékét kenőanyag felhasználásával közel sem tudjuk olyan mértékben csökkenteni, mint a gépelemeknél. A súrlódási tényező gépelemeknél = 0,1, forgácsolásnál viszont
=
0,4-1,0
értékű,
amely szintén bizonyítja, hogy a szerszámkopás tanulmányozásakor számos különleges jelenséget kell figyelembe venni. A forgácsoló szerszámok kopásának általában öt típusát szokás figyelembe venni: a; hátkopás, b; homlokkopás, c; kráteres kopás, d; élkopás és e, csúcskopás (5.2. ábra). Egy forgácsoló szerszámon egyidőben a felsorolt kopások valamelyike megtalálható, azonban egy bizonyos forgácsolási feltételekre egy adott kopásfajta a jellemző. A jellemző kopástípus főleg a tárgy és a szerszám anyagától, valamint a megmunkálás módjától és feltételeitől függ. A hátkopás mérése csaknem minden forgácsoló szerszámmal és forgácsolási feltételeknél alkalmas a kiértékelésre. Természetesen a hátkopás is bizonyos feltételek mellett jellemző a megmunkálásra. Elsősorban hátkopás keletkezik rideg anyagok megmunkálásakor, amikor is a forgács elcsúszása a homloklapon lényegesen könnyebb feltételek mellett történik, mint szívós anyagok megmunkálása esetén. Kráteres
kopás
főként
szívós
anyagok
gyorsacéllal
végzett
megmunkáláskor lép fel, amikor a leváló forgács szalag vagy spirál alakú. Élkopás főként műanyagok megmunkálásakor lép fel, csúcskopás pedig akkor következik be, hogyha az adott megmunkálási feltételeknél a lekerekítési
- 70 -
sugár kicsi. A felsorolt kopástípusok egy adott szerszám esetében az 5.2. ábrán láthatók.
5.2. ábra
5.3. ábra A szerszám éltartamának meghatározására általában a hátkopást, illetve a homlokkopást, kráterkopást mérik. Ez a két kopás rendszerint együtt jelentkezik, és hatásuk a szerszám elhasználódására közel azonos. A kétféle kopást egy adott szerszámon az 5.3. ábrán tüntettük fel; a kiértékelésnél a kráter szélességét, ritkábban a mélységét, míg hátkopásnál a hátkopás nagysága () lesz a jellemző a szerszám éltartamára. Éltartam-vizsgálatoknál kiértékelésre általánosan elfogadott a szerszám hátkopásának mérése. Ez azzal magyarázható, hogy a hátkopás mérése viszonylag egyszerűbb és megbízható eredményt ad, míg a kráterkopás mérése meglehetősen nehézkes. Egy adott munkadarab és a szerszámanyag esetén a még gazdaságosan megengedhető
kopás
mértékét
minden
esetben
kísérletekkel
célszerű
meghatározni, a kopásgörbe alapján. A
kopásgörbe
alakja
jellemző
egy
adott
munkadarab
és
a
szerszámanyag esetén a szerszám éltartamára. A kopásgörbe jellege az 5.4. ábrán látható. A vázolt kopásgörbét három szakaszra lehet bontani. Az első szakasz a kezdeti kopás szakasza, amikor az újonnan élezett szerszámról
- 71 -
forgácsolás közben lekopnak az élezésből adódó mikroegyenlőtlenségek (bekopás
szakasza).
Az
ábrán
megfigyelhető,
hogy
a
kezdeti
kopás
szakaszában intenzív kopás mérhető.
5.4. ábra. Az
egyenletes kopás szakaszát a már bekopott szerszám további
kopása jellemzi, ahol a kopás növekedésének intezitása lényegesen kisebb mértékű, mint a kezdeti kopás szakaszában. Ebben a szakaszban a forgácsolási időhöz képest viszonylag kis mennyiségű anyag kopik le a szerszámról.
A
forgácsolás
szempontjából
kedvező,
ha
a
szakasz
meredeksége kicsi. Az egyenletes kopás szakasza végén megnő a súrlódó felület nagysága és ennek következtében a forgácsolási hő. A megnövekedett igénybevétel hatására a szerszám erősen kopik és rohamosan bekövetkezik a szerszám teljes eléletlenedése. Ez a túlkopás szakaszában történik, ahol kis időváltozáshoz nagy kopásnövekedés tartozik. A kopásgörbe alakjából következik, hogy a szerszámot csak addig szabad használni, amikor még az újraélezéssel kevés anyagot kell eltávolítani. Az újraélezés legcélszerűbb az egyenletes kopás szakaszának végén, illetve a
túlkopás
szakasz
kezdetén
végrehajtani. Ehhez a ponthoz (m)
megengedett hátkopás tartozik, amely időpillanatban a szerszám éltartama szempontjából a forgácsolást abba kell hagyni; az ehhez a ponthoz tartozó időt nevezzük éltartamnak (T).
5.2. A SZERSZÁM ÉLTARTAMÁRA HATÓ TÉNYEZŐK
- 72 -
A szerszáméltartam a forgácsoláselmélet egyik legfontosabb része, és a gazdaságos
megmunkálás
Meghatározása
igen
szempontjából
költséges
anyag-
döntő és
forgácsolási időigényes
jellemző.
feladat.
A
szerszáméltartam idejét befolyásolja minden forgácsolással kapcsolatos tényező. Ezeknek a tényezőknek részletes vizsgálata túl messzire vezetne, ezért
az
éltartam-meghatározások
során
csupán
a
legfontosabb
befolyásolótényezők vizsgálataival foglalkozunk. Ezek között is elsősorban a forgácsolási adatokat (v, ek, l) és a szerszámkiképzés hatását vizsgáljuk egy adott munkadarab és szerszámanyag esetén.
Az éltartam és a forgácsolási sebesség közötti összefüggés Az éltartam és a forgácsolási sebesség közötti összefüggést minden esetben kísérleti úton állapítják meg. Meghatározott körülmények között v 1 sebességgel forgácsolnak, és mérik a (m) értékhez tartozó forgácsolási időt, azaz a T1 éltartamot. Míg minden egyéb forgácsolási tényezőt állandónak tartanak, egy változott v2 sebességnél mérik a T2 időtartam-időt. Több összetartozó v-T ismeretében megszerkeszthető az 5.5. ábrán látható éltartam-forgácsolási sebesség (T-v) diagramja. Az összetartozó mérési pontok összekötéséből hiperbola adódik, melyet logaritmikus koordinátarendszerben ábrázolnak. A logaritmus tengelybeosztású diagramban való ábrázolás lehetővé teszi az egyszerűen végrehajtható grafikus kiértékelést. Az egyenlőszárú hiperbola egyenlete mint ismeretes
v
1 x
y
1 xn
míg az n-ed fokú hiperbola egyenlettel jellemezhető. Az 5.4. ábra, vagyis az éltartam-forgácsolási sebesség összefüggés az n-ed fokú hiperbola egyenletéhez hasonlóan
T
C vm
5.1.
- 73 -
5.5.ábra képlettel
jellemezhető.
Ez
az
összefüggés
csupán
forgácskeresztmetszetre és forgácsolási feltételre érvényes,
egy
adott
amikor a
sebességet változtattuk. A gyakorlatban általában előre meghatározott (T) éltartamhoz tartozó forgácsolási sebességet kell meghatározni, amely az 5.1. képletből a következő alakban írható
v
C Tm
5.2.
A képlet elemzéséből, valamint a kísérleti feltételekből következik, hogy a képletben szereplő állandó (C) értéke azonos az egyperces éltartamhoz tartozó forgácsolási sebességgel. A képletben szereplő (m) kitevő nagysága az 5.5. ábra alapján szintén könnyen meghatározható, mivel az (m) nem egyéb, mint az egyenes iránytangense
m tg
lg Vn lg v1 . lg T1 lg Tn
5.3.
Az (m) kitevő nagysága a munkadarab és a szerszám anyagától függ, és mindig jóval kisebb egynél, pl. acél gyorsacéllal végzett esztergálása esetén általában m = 0,125. Gyakorlatban számos esetben előfordul, hogy ismert sebességhez tartozó éltartamidőből kell meghatároznunk egy elérendő éltartamhoz tartozó forgácsolási sebességet. Jelöljük az ismert éltartamot (T0), az ismert forgácsolási sebességet (v0)-val. Tételezzük fel, hogy a megmunkálás során
- 74 -
valamilyen okból kifolyólag (x munkadarab gépideje) (T1) éltartamidőt kell elérni. Ehhez tartozó forgácsolási sebességet (v1) megkapjuk: T v1 v0 0 T1
m
5.4.
összefüggéssel. Mint az 5.5. ábrából, valamint a képletekből is kiderül, viszonylag kis sebességváltozáshoz nagy éltartamváltozás tartozik. A forgácsolási sebesség változását, valamint az ehhez tartozó éltartamváltozást az alábbi példával is igazolhatjuk.
Példa Milyen forgácsolási sebességet kell beállítani esztergáláskor ahhoz, hogy 60 perces éltartamot kapjunk, ha ismerjük, hogy adott körülmények között 20 perces éltartamhoz 23 m/min forgácsolási sebesség tartozik. m
T 20 v1 v0 0 23 60 T1
0 ,125
20 m / min .
A közepes forgácsvastagság és a forgácsszélesség hatása az éltartamra. A szerszám éltartamát nagymértékben befolyásolja a leforgácsolt forgácskeresztmetszet. Az (ek) közepes forgácsvastagság éltartamra gyakorolt hatásának vizsgálatát is kísérletekkel célszerű meghatározni. A (T-ek) összefüggés meghatározására végzett kísérleteknél minden egyéb forgácsolási tényezőt állandónak véve megkapjuk az 5.6. ábrán vázolt diagramot. A kísérleti pontok összekötésekor tapasztalható, hogy a (T-ek) görbe két szakaszból áll. Az egyes görbeszakaszok szintén hiperbolák. A két görbe metszéspontja a simítás és a nagyolásnál használt (ek) értékénél van. Ha a (T-ek) görbét is logaritmikus tengelybeosztású diagramban ábrázoljuk, egyeneseket kapunk. Tekintettel arra, hogy a (T-ek) összefüggés két görbéből tevődik össze, így az (ek) kitevője (az egyenesek irány tangense) különböző nagyságú lesz simításkor és nagyoláskor.
- 75 -
Az 5.6. ábrából látható, hogy az (ek) növelésével az éltartam csökken, amely annak tudható be, hogy az (ek) növelésével nő az egységnyi élhosszra jutó terhelés, mely magával hozza a forgácsolási hő növekedését is. Mind az élvonalterhelés, mind a forgácsolási hő növekedése intezívebb kopást eredményez, és ennek következtében csökken a szerszám éltartama. Az 5.6. ábrán feltüntetett görbére is – ugyanúgy, mint a forgácsolási sebességek hatásának vizsgálatakor – hiperbolikus összefüggés írható fel, mely szerint
C' v . yv ek A képletben szereplő (y) kitevő gyorsacél szerszámmal acél esztergálásakor pl. ha ek 0,2 mm; yv = 0,33, ha ek
0,2 mm; yv = 0,66.
A forgácsszélesség (l) befolyását az éltartamra az 5.7. ábrán tüntettük fel. A kísérleteket a T-l összefüggés meghatározásakor is az előbbiekkel azonos feltételek mellett végeztünk, változó csupán a forgácsszélesség volt. A kiértékelés az előbbieknek megfelelően elvégezve az eredményt
v
C'' l xv
összefüggéssel jellemezhetjük.
5.6. ábra
5.7. ábra
Mint az 5.7. ábrából, valamint a képletből is kitűnik az (l) változása kedvezőbben befolyásolja a szerszám éltartamát, mint a (v) vagy az (ek) változtatása. Ennek az a magyarázata, hogy (L) növelésével csökken az
- 76 -
egységnyi élhosszra eső terhelés, és javul a forgácsoláskor keletkezett hőelvezetés. Az (x) kitevő nagysága acélnak gyorsacélszerszámmal való esztergálása esetén: x = 0,25. A forgácsolási sebességet – a forgácsolási adatoktól és a szerszám éltartamától függően – az alábbi összefüggéssel határozhatjuk meg: v
C'' (m / min); yv T ek l xv
5.5.
m
A gyakorlat során a szerszáméltartam idejét nem célszerű változtatni. Számítással kimutatható, hogy a szerszám éltartamának optimális értéke van, ha
a
költségtényezőket
is
figyelembe
vesszük.
Természetesen
ez
a
gazdaságos éltartamidő más lesz gyorsacél és más lesz keményfémlapkás szerszámok esetén. A gyakorlat során ezekkel a gazdaságos éltartamidőkkel dolgoznak, és ezektől csak indokolt esetben térnek el. Így pl. a gazdaságos éltartamidő, amelyet (T0)-lal jelölnek, gyorsacél kések esetén 60 min, míg keményfémlapkás késeknél: 150 min. Ezek az értékek nagyoló esztergálásra vonatkoznak. Ha figyelembe vesszük a gazdaságos éltartamidőt, amelytől eltérni nem célszerű, akkor ehhez kell meghatároznunk a beállítandó forgácsolási sebességet, amely (T0) éltartamot eredményez. Az 5.5. képlet a következő alakban is írható:
v
C''' 1 m yv xv T0 ek l
Tekintettel arra, hogy a C adott anyagnál (tárgy és szerszámanyag) állandó azonkívül állandó a gazdaságos éltartam idő (T0) is, célszerű tehát a
C''' m T0 állandókat összevonni. Ezt az összevont értéket a tárgy, valamint a szerszám anyagától és típusától függően szokták meghatározni és táblázatban közölni. Azaz az állandót: C’v0-lal jelölik, vagyis
C''' Cv 0 . m T0
- 77 -
Ezzel az 5.5. összefüggés a következő alakban írható: v
C 'v 0 .m / min y ek vl x v
5.6.
Ez az összefüggés a forgácsolási sebességre a forgács keresztmetszettől függően csak akkor ad megfelelő eredményt, ha a gazdaságos éltartamhoz tartozó forgácsolási sebességet kell meghatározni. A gyakorlatban előadódik, hogy valamilyen oknál fogva a gazdaságos (T0) éltartamidőt meg kell változtatni. A gazdaságos éltartamidőtől való eltérés esetén a (C’v0) értéket is módosítani kell. A módosítást a változott éltartamidőnek megfelelően kell végrehajtani. Ez a módosítótényező tehát a gazdaságos éltartamidőből (T0) és a szükséges (T1) éltartamidőből a következő módon határozható meg:
KT
T 0 T1
m
.
Ezzel tehát a forgácsolási sebesség meghatározására alkalmas képlet alakja: v
C 'v 0 KT (m / min). yv ek l xv
5.7.
Ez az összefüggés alkalmas egy adott anyag, adott forgácsoló szerszámmal, tetszőleges
forgácskeresztmetszet
leválasztása
esetén,
a
kívánt
éltartamidőhöz tartozó forgácsolási sebesség meghatározására. A felsorolt forgácsolási adatokon kívül még számos tényező befolyásolja az éltartamot, pl. a tárgy anyaga, a szerszám kiképzése és a forgácsolás körülményei.
A tárgy anyagának befolyása az éltartamra A szerszám éltartamát – éppúgy mint a forgácsolóerőt és a forgácsolási hőt
–
befolyásolja
a
megmunkálandó
munkadarab
anyagának
szakítószilárdsága, illetve brinell keménysége. Növekvő szakítószilárdság és
- 78 -
v
C'
, illetve v
a aB
C' (m / min). HBb
keménység mellett, egyébként azonos körülmények között forgácsolva, a szerszám éltartama csökken. A szerszám szakítószilárdságának hatását az éltartamra a következő módon vehetjük figyelembe: A képletben szereplő hatványkitevő, ab1-nél. A képlet elemzéséből belátható, hogy öntöttvas forgácsolásakor kisebb sebesség engedhető meg, mint acélok megmunkálása esetén. Ez részben betudható az öntöttvas rosszabb hővezetőképességének, valamint a nagyobb koptató hatásának. A megmunkálandó anyag hatását az 5.7. képletben szereplő (C’v0) meghatározásakor már figyelembe vettük. Ugyanis ez a (C’v0) állandó mindig a megmunkálandó anyag és a szerszámanyag függvénye. Ezek a (C’v0) értékek minden anyagféleségre, mind gyorsacél, mind keményfémlapkás szerszámra táblázatokban találhatók. Az anyag módosítótényezőjével (Km) csak abban az esetben kell számolnunk, ha a megmunkálandó anyag nem azonos a kísérleti anyaggal. Ilyen éltérések adódhatnak kovácsolt revésfelületű munkadarabnál, szövetszerkezetben beálló változások miatt, valamint kérges öntvényeknél stb.
Ezeknek
az
eltéréseknek
összességét
vettük
figyelembe
a
(Km)
módosítótényezővel.
A szerszám anyagának hatása az éltartamra A szerszám anyagának hatását az éltartamra már az előbbiekben tárgyaltuk. A (C’v0) állandó mindig egy adott szerszámanyagra vonatkozik. A szerszám módosítótényezőjével a szerszámanyagra vonatkozik. A szerszám módosítótényezőjével a szerszámanyag szempontjából csak akkor számolunk, ha eltérünk a kísérletnél használt szerszámanyag minőségétől. A szerszámkialakítás szempontjából a homlokszög, a hátszög, a lekerekítési sugár, az elhelyezési szög és a homloklap kiképzése jelentős hatású a szerszám éltartamára. A homlokszög hatását az éltartamra az 5.8. ábra szemlélteti. A kísérletek során a (T-) görbe alapján meghatározzák adott körülmények között az optimális homlokszöget. Ez különféle a szerszám és munkadarab anyagának
megfelelően.
Ezeket
az
optimális
homlokszögeket
szabványosították , és az éltartam képletében szereplő állandókat és
- 79 -
hatványkitevőket erre az optimális homlokszögre határozták meg. Így tehát (K) módosítótényezővel csak abban az esetben számolunk, ha eltérünk a kísérleteknél használt, illetve szabványosított homlokszögektől. A homlokszög csökkenésével, mint ez az 5.8. ábrából látható, csökken az éltartam. Ez annak tudható be, hogy a homlokszög csökkenésével nő a szerszám ékszöge, ezáltal nő a forgácsolásra fordított munka, valamint a forgácsolási hő. A megnövekedett hő hatására tehát csökken a szerszám éltartama. Az optimális homlokszögtől való eltérés abban az esetben is, ha a szerszám homlokszöge nő, csökken az éltartama. Ez azzal magyarázható, hogy növekvő homlokszögnél csökken ugyan a forgácsolásra fordított munka, ezáltal csökken a fejlődő hőfok is, de jelentősen csökken a hő elvezetésére alkalmas szerszámkeresztmetszet és így relatíve a szerszámél hőfoka emelkedik, amelynek hatására csökken a szerszám éltartama.
5.8. ábra
5.9. ábra
A szerszám hátszögének befolyása az éltartamra jellegére nézve hasonlít a (T-) görbe jellegére mint ez az 5.9. ábrán is látható. Csökkenő hátszög esetén nagyobb a hátlap és a munkadarab között a rugalmas deformáció, ezáltal nagyobb súrlódási hő is. Az optimális értékű hátszögnél, nagyobb kiképzés esetén is csökken a szerszám éltartama, melynek az a magyarázata,
hogy
adott
forgácsolási
feltételek
esetén
csökken
a
hőelvezetésre szolgáló szerszám-keresztmetszet. A (T-) kísérleteknél is az optimális
hátszögre
határozzák
meg
az
éltartam
képletben
szereplő
tényezőket, amelyekkel ugyanúgy mint a homlokszög kiképzésénél, csak abban az esetben kell a (K) módosítótényezővel számolni, ha eltérünk a kísérletnél használt, illetve szabványosított szerszámhátszögek értékétől. A szerszám főélének elhelyezési szöge jelentős mértékben befolyásolja a szerszám éltartamát, mint ez az 5.10. ábrán jól látható. Ha azonos keresztmetszetű forgácsot választunk le két különböző elhelyezésű szögű
- 80 -
késsel,
abban
az
esetben
változik
a
forgácsközépvastagság
és
a
forgácsszélesség. Míg az 5.10a ábrán nagyobb (ek)-val dolgozunk, addig az 5.10b. ábra szerint kisebb (ek) adódik. A szerszám éltartama javul, ha fogásban lévő elvonalhossz nő, azaz az egységnyi élhosszra eső terhelés csökken.
5.10. ábra Az elhelyezési szög hatását már figyelembe vettük az éltartam meghatározására szolgáló képletnél, mivel (ek)-val és (l)-lel számolunk. Számítások során az elhelyezési szög módosító tényezőjével (K) csak akkor kell számolnunk, ha előtolással (e) és fogásmélységgel (f) számolunk. A csúcssugár a szerszám éltartamát olyan mértékben módosítja, mint ahogyan a közepes forgácsvastagságot, illetve forgácsszélességet. Csökkenő csúcssugár esetén csökken a szerszám éltartama, növekvő csúcssugárnál nő a fogásban lévő élvonal hossza, ezáltal csökken az egységnyi élhosszra eső terhelés, mely az éltartam növekedését eredményezi. A csúcssugármódosító tényezővel (Kr) is csak abban az esetben számolunk, ha eltérünk a kísérletnél használt szerszám kiképzésétől, illetve a szabványosított szerszámtól. A homloklap kialakítása nagymértékban befolyásolja az éltartamot, mint ez az 5.11. ábrából is kitűnik. Belátható, hogy az 5.11a ábra szerinti kialakításnál a szerszám hőelvezetése rosszabb mint a b jelű ábra szerinti kiképzésnél,
ami
az
éltartam
szempontjából
jelentős.
A
szerszám
homlokszögének hatását is, mint láttuk, a kísérleteknél figyelembe vettük, mivel a szerszám kiképzése a kísérleti feltételek között a képletben érvényesül. A
szerszám
szárkeresztmetszete
befolyásolja
a
forgácsoláskor
keletkező hő elvezetését. Nagyobb késszár-keresztmetszet esetén javul a hőelvezetés, ezáltal nő a szerszám éltartama.
- 81 -
A felsoroltakból látható, hogy a szerszám éltartamát számos tényező befolyásolja, melyekkel adott esetben számolni kell. Számításoknál csak a kísérlettől való kiképzésbeli eltéréseket veszik figyelembe. A szerszám kiképzéséből adódó módosítótényező szorzatát (ahol az egyes kialakításból adódó
módosítótényezők
táblázatokban
megtalálhatók)
(KSZV)
módosítótényezővel lehet figyelembe venni.
5.11. ábra
A hűtés hatása az éltartamra A forgácsoláskor keletkezett hő elvezetése nagymértékben javítható hűtő folyadék hozzávezetésével. Ez a forgácsolás szempontjából kettős jelentőségű, részben azért, mert csökkenti a keletkezett hőmennyiséget, részben pedig azért, mert bizonyos kenőhatást fejt ki. Ezek a hűtőkenőfolyadékok a megmunkálás jellegétől függően lehetnek vizes oldatok és olajok. A
vizes
oldatok
igen
jó
hűtőképességükkel
nagy
mennyiségű
forgácsolási hő elvezetésére alkalmasak. A korrózió elkerülése végett a vízhez olajokat vagy elszappanosítható zsírokat és szódát adagolnak. A vizes oldatokat
rendszerint
nagyoló
megmunkálásoknál
és
olyan
helyeken
használják, ahol nagy a forgácsolási hő. Az olajok lehetnek növényi vagy ásványi eredetűek. Főként simító megmunkálásoknál használják, mivel ezeknek általában a kenőhatásuk érvényesül jobban a hűtő hatás rovására. A
megfelelő
hűtő-kenőanyag
hozzávezetése
az
5.12.
ábrának
megfelelően hatásos. Kétségtelen, hogy a forgács és a homloklap közé, ahol legnagyobb
a
súrlódás,
a
hűtő-kenőanyag
bejutása
kétséges,
de
nagymértékben csökkenti a forgács deformációra fordított munkát és ezáltal a hőfejlődést. A hűtő-kenőfolyadék minőségét és mennyiségét a anyag és a
- 82 -
5.12. ábra megmunkálás feltételei szabják meg. Legcélszerűbb adott megmunkálás esetén kísérletileg meghatározni a felhasználható hűtő-kenőanyag minőségét és mennyiségét. A szívós anyagok megmunkálásakor a hűtőanyagok szerepe lényegesebb
nagyobb
éltartam
szempontjából,
mint
rideg
anyagok
megmunkálásakor. Kísérletek szerint az optimális folyadékmennyiség a megmunkálás módjától és körülményeitől függően VF = 15-20 l/min. Hűtő-kenőfolyadék hozzávezetésével a forgácsolási sebesség (változatlan éltartam mellett) acélok forgácsolásakor kb. 15-20%-kal, öntöttvas megmunkálásakor pedig kb. 510%-kal növelhető a hűtés-kenés nélkül végzett forgácsoláshoz képest. A hűtő-kenőfolyadék sebességnövelő hatását (Kh) helyesbítőtényezővel vehetjük figyelembe. Összefoglalva az éltartammódosító tényezőket, megállapítható, hogy a számításra
alkalmas
képlet
a
módosítótényezők
figyelembevételével
a
következő alakban írható: v
C 'v 0 KT K av K SZV K h K ' m / min . yv ek l xv
5.8.
A képletben szereplő (K’) módosítótényezővel jelöltük a felsorolásban nem szereplő, de a kísérleti feltételektő eltérő esetleges változásokat, melyeket a számítások során figyelembe kell venni. Példa Megmunkálandó A 50 forgácsolást
minőségű szerkezeti acélból készített tengely. A
takarékgyorsacél
szerszámmal,
hűtéssel
végezzük.
A
munkadarabot D = 145 mm átmérőről d = 139,4 mm-re esztergálni. A
- 83 -
szerszám elhelyezési szöge
= 45o, a beállítandó előtolás 0,4 mm/ford.
Mekkora fordulatszámot kell beállítani, ha a kívánt éltartam 110 min. Táblázatból C’v = 35,5; m = 0,125; Kh = 1,18; yv = 0,66; xv = 0,25, takarékgyorsacélra a KSZ = 0,8. A beállítandó fordulatszám:
n
1000 v ( f / min). D
A képletben ismeretlen a forgácsolási sebesség. v110
C 'v 60 KT K SZ K h . yv ek l xv
A behelyettesítéshez szükséges adatokat előbb ki kell számítani. ek = esin =0,28;
1
f
sin
Dd 2 sin
3,9 mm.
A megadott C’v0 táblázati érték 60 min éltartamra vonatkozik, de nekünk adott esetben a 110 min éltartamhoz tartozó C’v0 értékre van szükségünk. C’v110 = Cv60KT, m
T 60 KT 0 110 T1
0 ,125
0,926.
Az adatokat behelyettesítve az éltartam képlete:
v110
35,5 0,9266 0,8 1,8 53 m / min . 0,28 3,90, 25 0, 66
A beállítandó fordulatszám:
- 84 -
n
1000 53 116 ford / min . 145 3,14
5.3. A GAZDASÁGOS ÉLTARTAM A forgácsolás gazdaságosságát legnagyobb mértékben a szerszám éltartama befolyásolja. A forgácsolási sebesség növelésével csökken a megmunkálás gépi ideje, viszont nő a szerszámélezések száma, aminek következtében megnő az egy darab előállításhoz szükséges szerszámköltség. Abban az esetben, ha a szerszám éltartamát növeljük, nő a gépi idő, ami a gyártmány átfutási idejét késlelteti. Keresni kell tehát azt a minimális költséget, melynél a tartam az, amikor a forgácsolással kapcsolatos költségek minimálisak. A forgácsolással közvetlenül kapcsolatos költségek három részből tevődnek össze. 1. A forgácsolással eltöltött idő (gépi idő, tg). 2. A tárgy ki- és befogásához, beállításához szükséges idő (mellékidő tm). 3. A
szerszám
cseréjével
és
élezésével,
továbbá
köszörülési
veszteségével kapcsolatos idő (szerszámkezelési idő, tSZ). A
szerszám
élezésével
kapcsolatos
költségeket,
valamint
értékcsökkenését időben is kifejezhetjük, ha osztjuk a rezsibérrel. A számítások elvégzése után a költség- éltartam csökkentése esetén a költségek erősen emelkedő tendenciát mutatnak. Szükséges tehát, hogy lehetőleg
mindig
a
gazdaságos
éltartamidőhöz
tartozó
forgácsolási
sebességgel dolgozzunk, és ha ezt valami folytán nem lehet az adott esethez beállítani, akkor a görbe alakulása szerint kedvezőbb a hosszabb éltartamhoz tartozó kisebb forgácsolási sebesség beállítása. Az éltartam tárgyalása során említett gazdaságos éltartamidő, amely gyorsacél szerszámoknál T0 = 60 min., míg keményfémlapkás szerszámokra T0 = 150 min., ezzel az eljárással lettek meghatározva. Ezek a gazdaságos éltartamidők esztergakésekre vonatkoznak, de ha bonyolultabb szerszámmal vagy beállítással dolgozunk, akkor természetesen az említett értéktől a
- 85 -
gazdaságos éltartamidők eltolódnak. Így pl. esztergáló automatákon a T0 = 480 min., míg különleges alakos esztergakéseknél a T0 = 120 min. gazdaságos éltartamidőt állapítottak meg. Megmunkálások során az adott lehetőségek határán belül a gazdaságos éltartamidőhöz tartozó forgácsolási sebesség beállítása célszerű.
5.13. ábra
- 86 -
6. A MEGMUNKÁLT FELÜLET MINŐSÉGE A
forgácsolással
előállított
munkadarabok
alakhűségén
és
méretpontosságán kívül a felülettel szemben is követelményeket támasztanak. A munkadarab felületi érdessége befolyásolja az alkatrész éltartamát, működési körülményeit, korrózióállóságát, kifáradási határát, valamint az illeszkedés jellegét. Forgácsoláskor geometriailag helyes alakú munkadarabok előállítására törekszünk, azonban a gyártási körülmények miatt mind az anyagi, mind az alaki követelményeknél engedményeket kell tennünk. A
megmunkált
forgácstőben
felület
létrejövő
anyaga
deformációs
eltér
a
tárgy
jelenségek
belső
miatt.
A
anyagától végső
a
felület
elérésekor törekszünk a forgácsdeformációt és a hőhatást csökkenteni, azáltal, hogy kis forgács-keresztmetszeteket választunk le. A megmunkált felület alakja is eltér az ideálisan elérhető felület alakjától. Az eltérés makrogeometriai vagy mikrogeometriai jellegű lehet. A makrogeometriai
hibák
rendszerint
nem
a
forgácsolás
körülményeiből
keletkeznek (anyaghiba, külső sérülés), míg a mikrogeometriai jellegű eltérések a forgácsolás körülményeitől függnek. A felületi érdesség mérőszámának meghatározásával és a felület érdesség megadásával, valamint mérésével a kézikönyveken kívül az MSZ 4721, MSZ 4722 szabványok is foglalkoznak. Az érdesség mérőszámaként az átlagos érdesség (Ra) vagy ma már ritkábban a simasági mérőszám (hq) értéket használják. Az érdesség mérőszámát mindig mikronokban adják meg. A forgácsolt felület vizsgálatakor megállapíthatjuk azokat a tényezőket, amelyek befolyásolják a felület állapotát. Sok esetben szabad szemmel is látható, hogy a szerszám kiképzése nyomot hagy a megmunkált felületen, és így a felület a szerszám csúcsának megfelelő alakú és ezáltal eltér az ideális felülettől. Eltér a megmunkált felület azért is, mert a szerszám élezéséből adódó egyetlenségek nyomot is hagynak a megmunkált felületen. A megmunkálási rendszer (tárgy, szerszámgép, szerszám) nem kellő merevsége minden esetben kimutatható, amelyet jól tükröz a megmunkált felület egyenetlensége. A forgács a szemcsehatárok mentén válik le a szerszám éle előtt, és így az anyag állapota (szemcseszerkezete) is befolyásolja az elérendő felület érdességét.
- 87 -
A felületi érdesség a fentieken kívül jelentősen befolyásolja az előtolás, fogásmélység és a forgácsolási sebesség. Az előbb felsorolt tényezők hatását számszerűleg igen nehéz meghatározni, azonban a szerszámkiképzéstől és a forgácsolási adatoktól függően, bizonyos esetekben, az elméleti felületi egyenetlenség kiszámítható. Forgácsoljunk
teljesen
azonos
feltételek
mellett,
de
különböző
kialakítású szerszámmal. A nagy lekerekítési sugarú forgácsoló szerszámmal megmunkált felület nagyított vázlata a 6.1. ábrán látható. Erre az esetre az elméleti felületi egyenetlenség a következőképpen határozható meg: Re = r-x
e x 2 r 2 ( )2 2
Re r r 2
e2 4
Re r 2 Re 2 Re r r 2 r 2 2
e2 . 4
Az Re mint kis mennyiség elhanyagolható. Így az elméleti érdesség-magasság:
e2 Re . 8r
6.1.
Abban az esetben, ha az előtolás nagy a lekerekítési sugárhoz képest, tehát a megmunkált felületen a szerszám elhelyezési szögei ( , ) érvényesülnek a 6.2. ábrán vázolt jellegű felülette kapjuk, amelynek alapján az elméleti érdesség magasság: e = a +b,
a e
Re R ; b e , tg tg
Re R 1 1 e Re . tg tg tg tg
- 88 -
és végül
Re e
tg tg tg tg
(mm).
6.2.
A 6.1. és a 6.2. képlet alapján megszerkeszthető a 6.3. ábrán feltüntetett diagram. Az Ra – e diagram alapján megállapítható, hogy adott előtolás mellett melyik összefüggésből számítható ki az elméleti egyenetlenség-magasság. Az elméletileg kiszámított egyenetlenség-magasság mindig kisebb annál, amit gyakorlatilag el lehet érni. A számítások során ugyanis nem vettük figyelembe az egyéb befolyásoló tényezőket (élállapota, gép merevsége, a tárgy szemcseszerkezete), melyek rontó tényezőként hatnak az elérhető felületi érdességnél. Az elméleti és az átlagos érdesség között közelítőleg az alábbi összefüggés adódik
6.1. ábra
6.2. ábra RZ = (2,5 – 4,5) Ra
6.3.
A kisebbik szorzótényező nagyolásakor, a nagyobb simításkor használandó. A
fogásmélység
befolyása
a
felületi
érdességre
gyakorlatilag
elhanyagolható. A szerszámkialakításból eredő hatás főként az elhelyezési szögből, a mellékél elhelyezési szögéből, a hátszögből és mint láttuk a lekerekítési sugárból adódik. Mind a fő-, mind a mellékél elhelyezési szögének hatása a 6.2. ábrán látható. A homlokszög növelésekor a megmunkált felületi érdesség csökken.
A
homlokszög
befolyása
a
felületi
érdességre
a
forgácstő
deformációja következtében jön létre. A hátszög növelésével a megmunkált felület érdessége csökken. A felület javulása azzal magyarázható, hogy a forgácsolt felület és a hátlap között kisebb rugalmas alakváltozás, amely javítótényezőként hat a felület állapotára.
- 89 -
6.3. ábra
6.4. ábra
A vizsgált tényezőkön kívül jelentős befolyása van a forgácsolási sebességnek a felület érdességre. Az Ra – v közötti összefüggés a 4. ábrán látható. Amint az ábrából kitűnik egy bizonyos forgácsolási sebességnél érdes felületet kapunk. Ez a sebességi zóna jelenlétével magyarázható, amikor is a forgácsolás körülményei rendkívül rosszak. Simító megmunkálást mindig nagy sebességgel kell végezni, ahol a felület állapota már megfelelő. Abban az esetben, ha valamilyen oknál fogva a nagy sebesség nem állítható be (pl. menetvágás), a forgácsolást kis sebességgel kell végrehajtani, ahol ismét jó felületet kapunk.
7. A GAZDASÁGOS FORGÁCSOLÁSI ADATOK MEGHATÁROZÁSA Az előírt forgácsolási feladatot a lehetőségekhez képest minimális költségfordítással kell végrehajtani. A gazdaságos éltartam meghatározásával az 5. Fejezetben foglalkoztunk, míg e fejezetben a forgácsolási adatok (e, f, v) vizsgálata a cél, mind nagyoláskor, mind simításkor. Nagyoló megmunkáláskor a felesleges anyagréteg (ráhagyás) gyors eltávolítása a cél. Legfontosabb költségtényező a gyártással eltöltött idő. Ennek
a
költségtényezőnek
egyik
fontos
összetevője
a
fajlagos
forgácstérfogattal V = qv = eklv (cm3/min)
7.1.
fejezhető ki. Nagy fajlagos forgácstérfogat leválasztása tehát nagy előtolással, nagy fogásmélységgel és nagy sebességgel valósítható meg. Nem hagyható
v
C 'v 0 ek
yv
l xv
m / min
- 90 -
figyelmen kívül azonban olyan lényeges adat, mint a szerszám éltartama, amely adat a költségek szempontjából a legjelentősebb. A fajlagos forgácstérfogat
és
az
éltartam
összefüggéseinek
egybevetése
alapján
eldönthető, hogy mely adat növelése célszerűbb. A szerszám éltartamképletét v
C 'v 0 K yv ek l xv
(m / min),
behelyettesítve a fajlagos forgácstérfogat képletébe v ek l
C 'v 0 C 'v 0 e1k yv l1 xv yv ek l xv
7.2.
A kapott összefüggés szerint eredményt akkor kapunk, ha azt a tényezőt növeljük, amelyiknek kitevője nagyobb. Az 5. fejezetből ismerjük, hogy xv yv 1. Ezek szerint (1-xv) (1-yv), tehát
a
fajlagos
forgácstérfogat
és
az
éltartam
szempontjából
a
forgácsszélesség növelése kedvezőbb. Gyakorlati
számítások
során
a
gazdaságos
forgácsolási
adatok
meghatározását a forgácsszélesség meghatározásával célszerű kezdeni. A forgács szélességének növelése nem tetszőleges, mivel ennek határt szab a ráhagyás. A ráhagyást lehetőleg egy fogással kell leválasztani. A 7.2. képlet szerint növelni kell a közepes forgácsvastagságot is. A forgácskeresztmetszet növelésének határt szab a forgácsolóerő növekedése. Mielőtt
tehát
a
forgácsközépvastagságot
megválasztanánk,
szükséges
számításokat végezni a megengedhető forgácsolóerőre a tárgy, szerszám és a teljesítmény szempontjából. A tárgy szempontjából megengedhető az az erő, amelynél a deformáció nem lépi túl a nagyolásra megengedett töréshatárt (IT 13). A szerszám szempontjából még megengedhető az a forgácsolóerő, melynek hatására a keletkező feszültség nem lépi túl a megengedett feszültséget.
- 91 -
A szerszámgép szempontjából részben a megengedett igénybevételt nem szabad túllépni, részben megszabja a forgácsolóerőt (ill. nyomatékot) a szerszámgép motorteljesítménye. A megengedhető forgácsolóerőt a rendszer leggyengébb tagja szabja meg, amelynek ismeretében a közepes forgácsvastagság ek
xp
Ff C ' f l K
(mm).
összefüggéssel határozható meg. A forgácsszélesség és forgácsvastagság ismeretében a gazdaságos forgácsolási sebességet kell kiszámítani, v
C 'v 0 K yv ek l xv
(m / min),
majd a forgácsoláshoz szükséges teljesítményt. Pf
Ff v 60 75
( LE)
Ff v 60 75 1,36
(kW );
Nagyoló megmunkálásra a gazdaságos forgácsolási adatok számítását a következő sorrendben célszerű végezni. 1. A forgácsolási mód megválasztása (gyártmányrajz alapján). 2. A szerszám alakjának és anyagának megválasztása. 3. A forgácsszélesség meghatározása (ráhagyásból). 4. A megengedhető forgácsolóerő (tárgy, szerszám, szerszámgép) szempontjából. 5. A közepes forgácsvastagság meghatározása. 6. A
gazdaságos
éltartamhoz
tartozó
forgácsolási
sebesség
kiszámítása. 7. A forgácsolás teljesítmény-szükségletének számítása. Simító megmunkáláskor a számítás menete kissé változik, mivel nem a nagy mennyiségű anyag eltávolítása a cél, hanem a megmunkált felület minősége. Számítás menete a következőképpen foglalható össze:
- 92 -
1. A forgácsolási mód megválasztása a felületi érdesség előírásainak szemelőtt tartásával. 2. A szerszám alakjának és anyagának megválasztása. 3. A
ráhagyásból
és
a
szerszám
alakjából
a
forgácsszélesség
meghatározása. 4. Az előírt felületi érdességből, a szerszám alakjából a felhasznált szerszámanyagra gyakorlatilag megengedhető nagy forgácsolási sebesség mellett a közepes forgácsvastagság (ek) meghatározása. 5. Az
ismert
összefüggéssel
a
gazdaságos
éltartamhoz
tartozó
forgácsolási sebesség meghatározása. 6. Az
ismert
adatok
alapján
a
forgácsolóerő
és
a
teljesítmény
kiszámítása. A nagyolásra és simításra közölt számítási módszer értelemszerűen minden forgácsolási módra érvényes. A számításokat művelettervezéskor kell elvégezni a gyártandó darabszám figyelembevételével. A számítások sok esetben egyszerűsíthetők számítási segédeszközök felhasználásával.
Hazánkban
a
„Forgácsolási
Országos
Normaalapok”
sorozatot használják általában a forgácsolási adatok kiszámításához.
- 93 -
8. ESZTERGÁLÁS A előző fejezetekben tárgyalt általános forgácselmélet esztergálásra is érvényes, mivel az általános törvényszerűségeket éppen esztergálásnál határozták meg. E fejezetben az általános törvényszerűségek esztergálásra vonatkozó részét tárgyaljuk. Az esztergálás olyan forgácsolási mód, melynél a főmozgás forgó, a mellékmozgások
egyenesvonalúak,
jellegzetes
szerszáma
egyélű.
főmozgást általában a tárgy, a mellékmozgásokat a szerszám végzi. Esztergáláskor az elméletileg leválasztandó forgácskeresztmetszet q = ef =ekl. A 8.1. ábra szerint egyenesélű esztergaakés esetében
A
- 94 -
l
f sin
1.
és
ek
q e sin . l
2.
Mint az 1. fejezetben láttuk az (l) és az (ek) elméleti forgácsméretek. Az esztergálásra fogásmélységet
készített kell
műveleti
megadni,
utasításokban
mint
beállítandó
az
előtolást
adatokat.
Az
és
a
elméleti
méreteket a gyakorlati követelményeknek megfelelően módosítani kell. A 3. fejezetben a forgácsoló erőre Ff = C’fekxplypK összefüggést kaptuk. Ez az általános összefüggés minden forgácsolási módra érvényes. Esztergáláskor az általánosan használt képletbe behelyettesítjük a 1. és 2. összefüggéseket.
Ff C ' p e xp sin xp
f sin yp
K.
Az egyszerűsítéskor figyelembe vesszük, hogy a forgácsszélesség (l) kitevője yp = 1, és ezzel esztergáláskor a forgácsolóerő meghatározására a következő összefüggést kapjuk:
Ff C ' p
8.1.
sin xp xp e f K. sin
ábra
3.
- 95 -
A 2. összefüggés szerint az elhelyezési szög változása következtében a számítás kissé bonyolulttá válik. Ha figyelembe vesszük, hogy a gyakorlatban nagyoláskor általában =45o-os elhelyezési szögű szerszámmal dolgoznak, akkor erre az esetre a 3. képletben szereplő állandók összevonhatók.
sin xp 1 . sin (sin )1 xp A Cp tehát egyenlő a főforgácsolóerővel, ha a szerszám elhelyezési szöge =45o, e=1 mm, f=1mm és a módosítótényezők szorzata K=1.
C1
1 Cp (sin 45o )1 xp
4.
A 4. összefüggés alapján a főforgácsolóerő esztergálás esetében
Ff C p e xp f K
(kp).
5.
A 5. összefüggés =45o-os elhelyezési szögű késnél ad megfelelő eredményt. Ha a szerszám elhelyezési szöge 45o-tól eltér, a (Cp) értéket módosítani kell. A 5. képletben szereplő (Cp) állandó számértékére nézve egyenlő a főforgácsoló erővel, abban az esetben, ha forgásmélység f=1 mm, előtolás e=1 milliméter a szerszám elhelyezési szöge =45o és a módosítótényezők szorzata K=1. (Cp) értéket általában kétféle módon közlik. Táblázatokban megadják a használatos anyagokra a (Cp) értékét, vagy egy etalon anyagra határozzák meg a (Cp) nagyságát, és megadják minden más anyaghoz a módosító tényező (Km) számszerű értékét. Etalon-anyagként általában A 70 acélt választják. A forgácsolási erőállandó (Cp) értékére acél esztergálásakor a 1. táblázat tartalmaz tájékoztató adatokat.
8.1. táblázat
- 96 -
A másik módszer szerint az etalonanyagra meghatározzák a (Cp) állandó értékét, és megadják (Km) helyesbítőtényezőket. Erre vonatkozó adatokat mind acélra, mind öntöttvasra a 2. táblázat tartalmaz.
8.2. táblázat Kísérletek során a (Cp) állandó és a hatványkitevő értékei B=75 kp/mm2 szakítószilárdságú ötvözetlen acélra vagy HB=190 kp/mm2 keménységű öntöttvasra határozzák meg. Ezekre vonatkozó (Cp) értékek alapértékek, melyeket a megmunkálandó anyag szerint módosítani kell. A módosítótényező értékei megtalálhatók a 2. táblázatban számítással határozhatók meg. Acélanyagra
Km B , 75 np HB Km 190 np
míg öntöttvasra A számlálóban a B, illetve HB a megmunkálandó anyag szakítószilárdságát, illetve Brinell-keménységét kell behelyettesíteni, addig a nevezőben az etalonanyag szakítószilárdsága illetve, Brinellkeménysége szerepel. A hatványkitevő értéke np=0,35, ha a B=55 kp/mm2 és np=0,75 B nagyobb, mint 55 kp/mm2. Rideg anyagoknál np=0,55. Az előtolás hatványkitevője általában xp=0,75, míg az (f) kitevője általában 1. A
5.
képletben
módosítótényezőknek
a
szorzatát
(K)
módosítótényező
jelenti,
melyeket
a
mindazoknak számítások
a
során
figyelembe kell venni. Ebben a módosítótényezőben szerepel a homlokszög (Ky) helyesbítőtényező nagysága is. A homlokszög módosító tényezőjét a 3.
- 97 -
fejezetben ismertetett módon vagy táblázatokból határozhatjuk meg. A (K y) módosító tényező értékeire vonatkozó adatokat a 3. táblázat tartalmaz.
8.3. táblázat A csúcssugárnak a forgácsoló erőre gyakorolt hatását akkor kell helyesbítőszorzóval
(Kr)
figyelembe
venni,
ha
eltérünk
a
szabványos
csúcssugár értéktől. Kísérletek során használt szerszám csúcssugara mind acél, mind öntöttvas megmunkálásakor általában r=2 mm. A 5. képlet csak 45o-os elhelyezési szögű szerszám használatakor ad kielégítő eredményt, míg ettől eltérő elhelyezési szögnél a (Cp) értékét (K) helyesbítőszorzóval kell módosítani. A 3. képletből következik, hogy a (K) helyesbítőtényező az alábbi összefüggéssel is meghatározható 1 xp
sin 45o K sin
A (K) helyesbítőtényező értékeire a 9.4. táblázatban tájékoztató értékek találhatók.
8.4. táblázat A forgácsoláshoz szükséges erő a szerszám kopásától is függ. A táblázati adatok a biztonság okáért kopott szerszámra vonatkoznak, míg újonnan élezett szerszámoknál a fesorolt képletekkel és módosítótényezőkkel meghatározott forgácsolóerő a valóságban kisebb. A főforgácsolóerő számítóképletében (K) a módosítótényezők szorzatát jelenti, azaz:
- 98 -
K=KmKKrKKKp. A képletben szereplő (K) módosítótényező az előbbi felsorolásunkban nem szerepel. Ebben a (K) módosítótényezőben a felsoroltakon kívül és azoktól eltérő tényezőt kell figyelembe venni, amely a forgácsoló erőt befolyásolhatja. (Hűtés, megmunkálandó anyag felülete stb.) A mellékerők a főforgácsolóerőhöz hasonló módon határozhatók meg. Fm=CpmfypmexpmK’, Fe=CpefypeexpeK’’. Az állandók és hatványkitevők értékei kézikönyvekben megtalálhatók. A pontosabb számításokra akkor van szükség, ha a 3. fejezetben ismertetett empirikus összefüggés az adott körülmények között nem ad kielégítő eredményt. Példa Készítendő egy válas tengely, melynek anyaga A 60 és ezt f=2,5 mm fogásmélységgel e=0,5 mm/ford. előtolással =90o-os elhelyezési szögű késsel kell megmunkálnunk, amely kés csúcssugara r=1 mm. A szerszám egyébként szabványos kiképzésű. A főforgácsolóerőt a 5. képlet alapján határozzuk meg, ahol Ff=CpexpfK. A módosítótényező, Km, K és Kr. A szükséges adatok a közölt táblázatokból a következők: 2. táblázatból: Cp=200 az etalonanyagra, p=0,75, a Km=0,89, a 4. táblázatból K=0,9 a Kr=0,93. A fenti adatokat behelyettesítve a főforgácsolóerő meghatározására alkalmas képletben megkapjuk az adott esetben a szerszám élén fellépő főforgácsolóerőt. F=200,50,752,50,890,920,93=226 kp. A mellékerők a 3. fejezetben közölt empirikus összefüggésekkel határozhatók meg. Fe=0,3226Ff=78 kp,
- 99 -
Fm=0,6226Ff=136 kp. A
főforgácsolóerő
ismeretében
meghatározható
a
(k)
fajlagos
forgácsolóerő is.
k
Ff e f
226 181 kp / mm 2 . 0,5 2,5
A gazdaságos forgácsolási sebesség kiszámítása esztergáláskor A gazdaságos forgácsolási sebességet
C 'vo
v összefüggéssel
határozzák
ek l xv yx
meg.
Esztergáláskor
a
forgácsolóerő
kiszámításához hasonlóan egyszerűsítéseket vezethetünk be a gazdaságos forgácsolási sebesség meghatározására is. Az (ek) helyébe az előtolás, míg a forgácsszélesség helyett a fogásmélység értékét kell behelyettesíteni. Így esztergálásra
v C ' vo
1 yv e f
xv
sin xv sin yv
6.
összefüggést kapjuk. A képletben szereplő állandó és hatványkitevők értékeit is általában =45o-os
szerszámmal határozzák meg, így a számítás
egyszerűsíthető és a módosító tényezőre:
sin xv 45 o 1 C ' vo C ' vo yv o sin 45 (sin 45 o ) yv xv
7.
összefüggést kapjuk. Ennek figyelembevételével a gazdaságos forgácsolási sebesség meghatározására alkalmas képlet hosszesztergálás esetére a következő alakban írható:
v
Cvo m / min . e f xv yv
8.
- 100 -
A 8. képletben szereplő (Cvo) állandó értéke 1 mm-es előtolással, 1mm-es fogásmélységgel egy adott anyag és szerszám esetében =45o-os főél elhelyezési szögű, szabványos kialakítású szerszámmal végzett megmunkálás esetében – egyenlő a gazdaságos éltartamidőhöz (60 vagy 150 min) tartozó forgácsolási sebesség értékével.
A tárgy anyagának hatása az éltartamra A (Cvo) állandó értékét, a (Cp) erőállandóhoz hasonlóan, táblázatosan megadják minden anyagra, vagy egy etalonanyagra adják meg, és közlik az anyagtól
függő
módosítótényezőket.
A
(Cvo)
értékeire,
valamint
a
hatványkitevő értékeire a 5.táblázatban találunk irányértékeket. A táblázatban szereplő anyagtól eltérően a (Cvo) értékét módosítani kell. A (Kmv) helyesbítőtényező ötvözetlen acél és öntöttvas megmunkálásakor gyorsacél szerszámra a 6. táblázat tartalmaz irányértékeket.
8.6. táblázat A 45
módosítótényezők
kp/mm2
számszerű
szakítószilárdságú
értéke
acél
gyorsacél
megmunkálásakor a 1, 75
K mv
75 B
,
keményfémlapkás szerszámmal a 1, 5
K mv
75 , B
míg öntöttvas esztergálásakor: 1, 7
K mv
ha
190 . HB
(a)
nagyobb
szerszámmal
mint
történő
- 101 -
A munkadarab szakítószilárdságán és Brinell-keménységén kívül a szerszám éltartamát az előzetes megmunkálás is befolyásolja. Kérges, illetve revés felületű munkadarabok esztergálásakor a táblázati értékek érvényesek, de ha a munkadarab felületét már előmunkálták, akkor Kmv=0,8-0,9-es szorzóval kell beszorozni. Vagy például hidegen hengerelt acélnál a módosítótényező Kmv=1,1 tényezővel módosítani kell a Cvo értékét. A szerszám éltartamát befolyásolja a késszár keresztmetszete is. Növekvő szárkeresztmetszettel javul a hőelvezetés, ezáltal nő az éltartam is. A szerszám méretétől, előállítási költségek és megmunkálási feltételek szerint változhat a szerszám gazdaságos éltartama (pl. automatákon T=480 min). A változott éltartamidő meghatározott módon
T KT o T kiszámítható.
- 102 -
8.5. táblázat A szerszám hatását elsősorban a (Cvo) állandóban vesszük figyelembe. Az R2 jelű gyorsacélra, illetve A minőségű keményfémre vonatkozó éltartam (m) hatványkitevő értékei a 7. táblázatban található.
- 103 -
8.7. táblázat A főél elhelyezési szögének hatását is figyelembe kell venni az éltartam kiszámítása során, ha eltérünk a kísérletnél használt =45o-os elhelyezési szögű késtől. A (Kv) módosítótényező értékeit 8. táblázat tartalmazza.
8.8. táblázat A szerszám csúcssugarának változása befolyásolja a forgácsszélességet, és ezáltal az éltartamot. A csúcssugár befolyását az éltartamra a Krv módosítótényezővel veszik figyelembe (8.9. táblázat).
8.9. táblázat A homloklap kiképzése a szerszám éltartamát befolyásolja mivel a hőelvezetés is változik. Az ismertetett számítási mód sík homloklapú szerszámra érvényes. Kettős homloklap (negatív élszalag) kiképzésekor az éltartam a sík homloklapú szerszámhoz képest növekszik, amelyet Kkv=1,15 módosítótényezővel vesznek figyelembe. A gazdaságos éltartam meghatározására alkalmas számítási képlet:
v
Cvo K r K mv Kv K rv Kv. e f xv yv
9.
- 104 -
A
képletben
szereplő
(Kv)
a
felsorolásban
nem
tárgyalt
módosítótényezők szorzatát jelenti, melyet adott esetben figyelembe kell venni. A főforgácsolóerő és a gazdaságos forgácsolási sebesség ismeretében a forgácsoláshoz
szükséges
teljesítmény
az
ismert
összefüggéssel
meghatározható:
Pf
Ffv v 60 75
LE.
10.
A megmunkált felület elméleti érdessége közelítően
Re
e2 8r
11.
összefüggéssel határozható meg.
Példa Mekkora fordulatszámot kell a gépen beállítani, ha A 60 minőségű acélt munkálunk meg D=60 mm átmérőről D1=53 mm átmérőre, 0,5 mm/ford előtolással R2 minőségű gyorsacél késsel, hűtő-kenőanyag hozzávezetésével. A szerszám főélének elhelyezési szöge, =60o, csúcssugara, r=1 mm sík homloklapú és szabványos kiképzésű. Valamilyen oknál fogva a kívánt éltartam T=70 min.
n
1000 v . D
A képletbe a gazdaságos éltartamhoz tartozó forgácsolási sebességet kell behelyettesíteni, amelyet a 9. képlettel határozhatunk meg.
v70
Cvo KT K mv K K rv . e f xv yv
A 5. táblázatból: Cvo=Cv60=31,6;
yv=0,66;
xv=0,25,
- 105 -
Kmv=1,29 (6. táblázatból) Kv=0,84 (8. táblázatból), Krv=0,94 (9. táblázatból), m
T KT 0 . ahol m 0,125 (7. táblázatbó l ), T 60 KT 70 v70
0 ,125
0,98.
31,6 0,98 1,29 0,84 0,94 36,6 m / min . 0,5 3,50, 25 0 , 66
Ennek alapján a beállítandó fordulatszám:
n
1000 36,6 195 ford / min . 60
8.1. ESZTERGÁLÁS VÁLTOZATAI Esztergáláson a legtöbb esetben külső hosszesztergálást értenek, jóllehet esztergálással más típusú felületek is megmunkálhatók. Ilyen megmunkálás
például
furatesztergálás,
a
beszúrás,
síkesztergálás
vagy
menetesztergálás
keresztesztergálás, stb.
A
felsorolt
megmunkálásokat az esztergálás változatainak nevezik. Az
esztergálás
törvényszerűségek
változataira
értelemszerűen
a
hosszesztergálásnál alkalmazhatók.
A
megállapított forgácsolóerőre
levezetett számítási módszer az esztergálás összes változatára érvényes, és kellő pontosságú eredményt ad. A szerszáméltartam kiszámításakor figyelembe kell venni azonban azokat a feltételeket, amelyek eltérnek a külső hosszesztergálástól. A számítások során természetesen mindig a levezetett éltartam képletből indulunk ki, amelynek alapján a kapott értéket az adott feltételeknek megfelelően módosítjuk. Keresztesztergáláskor a forgácsolási sebesség változik a
v1
D1 n 1000
- 106 -
értéktől a
v2
D2 n 1000
értékig (2. ábra). Belátható, hogy helytelen lenne mind a (v1) minimális, mind a (v2) maximális
forgácsolási
sebesség
beállítása.
A
beállítandó
forgácsolási
sebességet keresztesztergálásra megkapjuk, ha a külső hosszesztergálási képletből meghatározzuk a gazdaságos forgácsolási sebességet, és azt megszorozzuk
a
keresztesztergálás
módosítótényezőjével.
A
módosítótényező értéke függ az előtolás irányától (középponttól vagy középpont felé), a furat és a külső átmérő arányától, valamint a szerszám anyagától és típusától. Növelhető a kerületi sebesség akkor, ha
v2 v1 v2
8.2.
ábra
a viszonyszám nagy; például acélt gyorsacél szerszámmal esztergálva 0,8-1,0 viszonyszám mellett a módosítótényező 1,2-1,7 a szerszám típusától függően. A tárcsa esztergálásakor beállítandó maximális sebesség, ha középponttól a kerület felé esztergálunk vk=(1,2-1,6)v
12.
Kerülettől a középpont felé esztergálva lényegesen kedvezőtlenebb a helyzet így a beállítandó maximális kerületi sebesség
- 107 -
vk=(1-1,1)v.
13.
A (v) a külső hosszesztergálásra meghatározott forgácsolási sebesség.
Példa A 42 anyagú tárcsát esztergálunk f=4,25 mm, e=0,4 mm/ford előtolással, gyorsacél szerszámmal, hűtéssel. A tárcsa külső átmérője D2=180 mm, furata D1=30 mm. Mekkora fordulatszámot kell beállítani 60 perces éltartamhoz Kh=1.2. táblázatból.
v60
Cvo 51 Kh 1,2 77,5 m / min . y x 0, 66 e f 0,4 4,250, 25
Egyenes nagyoló esztergakéssel a középpont felől esztergálva a viszonyszám:
v2 v1 D2 D1 180 30 0,83. v2 D2 180 A beállítandó kerületi sebesség a 12. alapján vk=1,25v60=1,2577,5=97 m/min. A fordulatszám:
n
1000 v 1000 97 171 ford / min . D 180
Furatesztergáláskor a szerszám sokkal kedvezőbb körülmények között végzi a forgácsolást mint külső hosszesztergáláskor (3. ábra). A szerszám jobban felmelegszik, a szárkeresztmetszet kevesebb hőt tud elvezetni, azonkívül a hűtőfolyadék hozzávezetése is nehézségekbe ütközik. Ez az oka, hogy
furatesztergáláskor
a
külső
hosszesztergáláskor
képletével
meghatározott gazdaságos forgácsolási sebességet csökkenteni kell. A módosítótényező függ a megmunkálandó furat átmérőjétől és a furat mélységétől. Furatesztergáláskor a beállítandó forgácsolási sebesség vt=(0,8-0,9)v.
14.
- 108 -
A
0,8-as
módosítótényezőt
kisátmérőjű
(
75
alatt)
furatoknál
használják. Furatkéseket a fellépő forgácsolóerő alapján kihajlásra ellenőrizni kell, mert normál körülmények között a Fm mellékerő a furatkést hajlításra veszi igénybe. Beszúráskor és leszúráskor a szerszám csúcsai fokozottabb forgácsolási igénybevételnek vannak kitéve (4. ábra). A szerszám két sarokpontjának hőelvezetése gyenge, és még a szerszám hőelvezetését is kedvezőtlenül befolyásolja a szár felé elvékonyodó dolgozórész. Beszúráskor a forgácsolási sebesség a külső hosszesztergálás eredményéből
8.3. ábra
8.4. ábra
8.5. ábra vb=(0,25-0,35)v
15.
összefüggéssel határozható meg. (Nagy előtolásoknál a kisebb értékkel kell számolni.) Menetesztergáláskor is a szerszám kedvezőtlen körülmények között dolgozik, mivel a csúcsszöge metrikus menet megmunkálásakor =60o. Igen gyakran még az =60o-os csúcsszög éltartam adta lehetőséget sem lehet kihasználni, a szerszám kiemelése miatt. A szerszám szabad kifutása esetén a menetvágás forgácsolási sebessége
- 109 -
vm=(0,5-0,6)v
16.
A forgácsolási sebesség (v) meghatározásakor figyelembe kell venni, hogy a menetet több (i) fogással munkáljuk ki, így az előtolás
e
h i
értékű. Gyakoribb eset, hogy a szerszám kifutására csak beszúrás van (5. ábra). A beszúrás szélessége rendszerint (1,5-2)h, amely út megtétele alatt a szerszámot ki kell emelni. A késkiemelés rendelkezésére álló idő:
2h , ve
t ahol
ve=nh, így
2h 2 . nh n
t
A kiemeléshez rendelkezésre álló idő nem a forgácsolási sebességtől függ,
hanem
a
fordulatszámtól.
Kifutásos
menetvágáskor
mindig
a
fordulatszám a döntő. A késkiemelés ideje általában 0,5-1 sec. A beállítandó fordulat kifutásos menetvágáskor
n
2 ford / min . t
17.
- 110 -
8.2. ESZTERGAKÉSEK Az esztergálás jellegzetes szerszáma egyélű. Az MSZ 1264 az egyélű gépi
fémforgácsoló
szerszámok
meghatározásával
foglalkozik.
Ebbe
a
csoportba sorolja még a revolver és automatakéseket, a gyalukéseket és a vésőkéseket. Az esztergakés fő részei a szerszám szára és a szerszám dolgozórésze, a fej. Az esztergakést jobbos, illetve balos kivitelben. Készítenek egyenes és hajlított esztergakéseket, valamint vékonyított késeket, mint ez a 6. ábrán látható. A szabványos esztergakések fajtáit a 7. ábrán tüntettük fel. A 7. ábrán vázolt kések szabványos elnevezései a következők: 1.
Egyenes nagyoló esztergakés.
2.
Hajlított nagyoló esztergakés.
3.
Hajlított oldalazó esztergakés.
4.
Előretolt élű esztergakés.
5.
Egyenes simító esztergakés.
6.
Hajlított simító esztergakés.
7.
Széles simító esztergakés.
8.
Beszúró esztergakés.
9.
Átmenő lyukkés.
10. Fenéklyukkés. 11. Fenék simító lyukkés. 12. Beszúró lyukkés.
- 111 -
8.6. ábra
8.7. ábra
8.8. ábra
8.21. ESZTERGAKÉSEK TÍPUSAI
- 112 -
A
7.
ábrán
feltüntetett
késeket
rendeltetésük
szerint
is
csoportosíthatjuk. a., nagyoló, b., simító, c., beszúró-leszúró, d., lyuk és e., alakos kések. a., Nagyoló esztergakések készülnek egyenes és hajlított kivitelben. A hajlított kivitelű nagyoló esztergakés előállítása drágább, de többirányú felhasználási lehetősége van, mint az egyeneskésnek. A nagyolókések elhelyezési
szöge
nagymértékben befolyásolja
forgácsolóerőt és az éltartamot. Általában
=45o-os
a
elhelyezési szögű
nagyolókést használnak, míg vállas tengelyek megmunkálásához előretolt élű esztergakést =90o-os elhelyezési szöggel. b., Simítókések. Használják a hegyes simítókést kis előtolásoknál (egykét tized mm), míg gépi idő csökkentése érdekében a széles simítókés használata kedvező. A széles simítókés 1-3 mm előtolással dolgozik, pontos beállítás és merev munkadarab megmunkálása esetén. c., A beszúró és leszúró esztergakések általában levékonyított fejjel készülnek. Szilárdsági tulajdonságuk ennek megfelelően kisebb, mint a nagyoló- vagy simítókéseké. A beszúrókések szilárdságának növelése miatt a mellékél elhelyezési szögeket kicsire képezik ki (8. ábra). A lehajlás irányába eső méretet olykor megnövelik, ezek a szakállas leszúró esztergakések (9. ábra). d., Lyukkéseket is készítik nagyoló és simító kivitelben. A nagy késkinyúlás miatt a lyukkések általában hajlamosak a rezgésre. Méretezéskor figyelembe kell venni a forgácsolóerő összetevőinek irányát. e., Alakos kések kiképzését mindig a megmunkálandó felület szabja meg. Ezek a szerszámok rendszerint nincsenek szabványosítva (kivéve a menetkést). A szerszám élalakját mindig számítással vagy szerkesztéssel határozzák meg.
- 113 -
8.9.ábra
8.22. ESZTERGAKÉSEK ANYAGAI Minden szerszámnál törekedni kell a jó forgácsolási viszonyokat biztosító anyag felhasználására. Az esztergakések forgácsoló része ma főleg gyorsacélból
és
keményfémből
készül.
Kisebb
igénybevételek
esetén
készítenek esztergakéseket ötvözetlen vagy ötvözött szerszámacélból is. A fémes szerszámanyagok mellett felhasználják esztergakések gyártásához a kerámialapkát és a gyémántot is. A különféle anyagból készült esztergakéseket a száron betű vagy betű és színjelzéssel látják el. A felhasznált szerszámanyagok lehetnek gyorsacél (R1, R2, R3) zsugorított keményfém (A, B, C, N, K), öntött keményfém (S) és wolfram ötvözésű szerszámacél. Ezek jelölése a következő: R1=T
A zöld
N kék
R2=U
B fehér
K sárga
R3=W
C piros
S barna
W7=Z
8.23. ESZTERGAKÉSEK DOLGOZÓRÉSZÉNEK KIALAKÍTÁSA A szerszámfej kialakítása az élszögek megválasztásával kezdődik. A legfontosabb élszögek (, , ) szabványosítva vannak, míg a munkadarab alakját befolyásoló elhelyezési szögeket (, ) a megmunkálás feltételeinek megfelelően alakítandók ki.
- 114 -
A szabványosított homlokszög (), hátszög () és terelőszög () a megmunkálandó anyagtól függően 5 csoportba van osztva, mint ezt a 10. táblázatban látható. Az esztergakésekre fajtánként szabvány van, ahol egyéb élszögekre ajánlott értékek vannak. Gyorsacél szerszámot függetlenül attól, hogy lapkás vagy tömör egyszeres
hátlappal
köszörülik
meg,
mivel
mindkét
fém
köszörülése
alumíniumoxid-koronggal történik (10a ábra). Keményfémlapkás szerszámok élezésekor a keményfémet szilíciumkarbiddal, míg a szerszám szárat alumíniumoxid-koronggal köszörülik. Ennek megfelelően kettős hátlapot kell kiképezni
(10b
ábra).
Keményfémlapka
finomélezése
gyémántszemcsés
köszörűkoronggal igen jól végezhető. Gyémántszemcsés köszörűkoronggal csak az él környékét élezzük, míg a többi részt szilíciumkarbid, illetve a szénacél
szárat
alumíniumoxid
szemcséjű
köszörűkoronggal.
Gyémántszemcsés élezéskor három hátszöget köszörülnek a szerszámra (10c ábra). A homloklap kialakításakor a forgácsolandó anyag tulajdonságait kell figyelembe
venni.
Szívós
anyagok
(acélok)
megmunkálásakor
gyakran
köszörülnek a szerszám homloklapjába forgácstörő hornyot, míg rideg anyagok megmunkálásakor forgácstörésről nem kell gondoskodni, így a homloklap sík felületű. Keményfémlapkás szerszámok kialakítását úgy kell elvégezni, hogy a lapka
inkább
nyomó-
mint
hajlító
igénybevételt
szenvedjen.
Ennek
megfelelően kemény, rideg anyagok megmunkálásakor gyakran negatív élszalagot köszörülnek a szerszám homlokfelületére.
8.10. táblázat
- 115 -
8.10. ábra
8.24. ESZTERGAKÉSEK ÉLALAKJÁNAK ÉS ÉLEZÉSÉNEK MEGHATÁROZÁSA Az esztergakések általában egyenesélű szerszámok. Alakos felületek megmunkálásához
készített
szerszámok
élalakját
számítással
vagy
szerkesztéssel határozzák meg (I. (.4. fejezet). A hátszög kiképzése, mint láttuk, többféle lehet: egyszeri, kettős és hármas élezésű.
8.11. ábra A homloklap köszörülése végezhető a főéllel párhuzamosan (11a ábra) és a főélre merőlegesen (11b ábra). Lapkás kivitelű esztergakések gyártásakor figyelembe kell venni az élezésből adódó fogyásirányt. Célszerű a lapkát előre a fogyásiránynak megfelelően elhelyezni. A szerszámgyárak a forgalomba kerülő lapkás szerszámokat, acél megmunkálásához, alapkiképzéssel látják el, amelynél
- 116 -
=15o, Ennél kisebb homlokszög beköszörülése esetén a kívánt homlokszöget csak keskeny sávon képezik ki.
8.25. FORGÁCSELHELYEZÉS, HŰTÉS Az esztergakések nyitott forgácstérrel dolgozó szerszámok, így a megmunkálás ideje alatt forgácstárolásról nem kell külön gondoskodni. A hűtőfolyadék hozzávezetés nem kíván különös kialakítást, mivel a szabad hozzávezetés feltételei megvannak. A hűtőfolyadék minőségét a megmunkálandó anyag és a forgácsolás feltételei szabják meg. Acélok gyorsacélszerszámmal végzett forgácsolásakor az optimális hűtőfolyadék mennyisége
12-15
liter/min.
Keményfémlapkás
szerszámoknál
hűtőfolyadékot általában nem használnak.
8.26. CSATLAKOZÓRÉSZ Esztergakések csatlakozórésze a késszár. Leggyakrabban a négyszög keresztmetszetű
késszárat
használják.
A
megmunkálás
jellegétől
és
feltételeitől függően a 12. ábrán feltüntetett szárkeresztmetszetek megfelelő választékot biztosítanak. A késszárak szabványosítva vannak (MSZ 1248).
8.12. ábra
8.27. SZILÁRDSÁGI MÉRETEZÉS
- 117 -
Az esztergakések szilárdságra méretezik, és merevségre ellenőrzik. Méretezés a megfelelő szárkeresztmetszet meghatározására irányul. A kést befalazott konzolos tartónak tekintik, amelyre az eredő forgácsolóerő hat. Méretezéskor a forgácsolóerő (eredőerő) három összetevőjével (Ff, Fm, Fe) számolnak. A három erő összetett igénybevételt jelent a szerszámra. A szerszám szárában hajlító-, csavaró- és nyomófeszültség ébred. Az összetett igénybevételre való méretezést gyakorlati számításoknál elhagyják, és megelégszenek a főforgácsolóerő alapján a hajlításra való méretezéssel. A késszár kinyúlása a befogás helyétől általában L=(1,5-2)h. A késszárat olyan befalazott tartónak tekintik, melynek végén a Ff koncentrált erő hat. A szilárdsági méretezés ilyen egyszerűsítéssel és elhanyagolással a 13. ábra alapján elvégezhető M=FfL=Kh. A megengedett hajlítófeszültség nagyságát általában h=20 kp/mm2-ra választják. A szilárdságra méretezett késszárat lehajlásra ellenőrzik a
F f L2 3IE
összefüggéssel. A megengedett lehajlás nagyoláskor: 0,1-0,2 mm, míg simításkor =0,01-0,02 mm. Ennél nagyobb lehajlás esetén rezgések keletkezhetnek. Keményfémlapkás késeknél a szár szilárdsági méretezésen kívül a lapkát élnyomásra is ellenőrizni kell.
3a 2
Ff l
.
(a) a keményfémlapka vastagsága mm, (l) a forgácsszélesség (fogásban lévő élvonalhossz) mm.
- 118 -
8.13. ábra
8.28. GAZDASÁGOSSÁGI KÉRDÉSEK Az esztergakések a szerszámanyagokkal való takarékosság és a célszerűség szempontjainak fegyelembevételével készülnek a., tömör, b., tompán hegesztett, c., lapkás és d., betétes kivitelben. Ritkán lehet találkozni felrakott élű esztergakésekkel is. a., Tömör (egydarabból) kivitelben esztergakéseket ötvözetlen és ötvözött szerszámacélból készítenek. Gyorsacélból csak kisméretű késeket szokás gyártani. b., Tompán hegesztett esztergakések forgácsolórésze gyorsacélból készül, amelyhez A 60 anyagból készült szárat hegesztenek. A gyorsacél hossza a kés teljes hosszánál általában 1/3-1/4-es. c., Lapkás esztergakéseket igen széles körben használják. A lapkás kések gyártásakor a forgácsoló szerszámanyagból készített lapka a szerkezeti acélszárra felerősíthető 1. hegesztéssel, 2. forrasztással, 3. ragasztással és 4. mechanikusan.
- 119 -
1. A gyorsacéllapkát A 60-as késszárra hegesztik. Az előkészített késszáranyagra a 14. ábrán látható módon tompahegesztéssel felerősítik a gyorsacéllapkát. Az így felhegesztett lapkát a homlokszögnek megfelelően bekovácsolják,
majd
a
késfejet
és
a
késszárat
a
megfelelő
alakra
előmunkálják. Edzés és megeresztés után az élszögeket beköszörülik, és megmunkálják az esztergakés felfekvő felületét. Végül a késszár festése és szabványos jelölése következik. 2. Forrasztással elsősorban keményfémlapkás késeket gyártanak. A keményfémlapkát A 60 vagy gyakrabban a nagyobb szilárdságú A 70 anyagból készült késszárra forrasztják. A keményfémlapka hőtágulási együtthatója =5,510-6, míg az acélé =1010-6. A nagy hőtágulási együtthatók közötti különbség
kiegyenlítéséről
is
gondoskodni
kell
a
forraszanyag
megválasztásakor. A forraszanyagnak biztosítani kell a szilárd kapcsolatot a lapka és a késszár között. A forraszanyag olvadáspontja ne legyen lényegesen magasabb, mint a szerszám élén fellépő hőfok maximális értéke. A fentiek figyelembevételével a forrasztást általában vörösrézzel végzik. A keményfémlapkás kések gyártása a következőképpen történik. A késszár rendszerint méretre hengerelt acél. Darabolás után a lapka fészkét előmunkálják. Az előmunkált késszárat 7-800 Co-ra előmelegítik (célszerű kétrészes, tokos kemencében végezni), majd a lapka felfekvő felületét mechanikusan (pl. drótkefe) megtisztítják a durva szennyeződésektől. A megtisztított felfekvő felületre dezoxidáló szert (boraxport) hintenek, és erre helyezik a forrasztó anyagot. Forraszanyagnak rendszerint acélszitára galvanizált
elektrolitrezet
használnak.
A
forraszanyagra
ismét
bóraxot
szórnak, és erre helyezik a felforrasztandó keményfémlapkát (15. ábra). Az így előkészített késszárat felmelegítik
1100 Co-ra, hogy a vörösréz
megolvadjon. A vörösrezet megolvadása után a kemencéből kiemelik, és a lapkát hegyes végződésű (tűszerű) szerszámmal helyére igazítják, és szorítva tartják mindaddig, míg a forraszanyag megdermed. Ennek megtörténte után a kést faszéndarába helyezve hagyják hűlni. Lehűlés után a késszár felfekvő felületét megmunkálják, beköszörülik az élszögeket és a szabványnak megfelelő jelöléssel látják el. 3. Ragasztással csak keramikus lapkát szoktak erősíteni a késszárhoz. A különleges ragasztóanyag 180-200 Co-on lágyul. Mivel a kerámialapka igen
- 120 -
rossz hővezető, így az él hőfoka csak kismértékban befolyásolja a tőle távolabb lévő ragasztott felület hőfokát. 4. Mechanikusan gyorsacél-, keményfém-, kerámia- és gyémántlapkát erősítenek a késszárhoz. A mechanikus kések nagy előnye, hogy elmarad a hegesztéssel, forrasztással, ragasztással kapcsolatos, olykor kényelmetlen művelet, a lapka cserélhető, általában kedvezőbb az éltartam, ezzel szemben drágább a késszár elkészítése és helyszükséglete is nagyobb. A mechanikus lapkafelerősítés lehet rugalmas és merev. A rugalmas lapkafelerősítésre mutat példát a 16. ábra. A lapkát a forgácsolóerő tartja a helyén; a rugó csak a szállítás közbeni kiesését akadályozza meg. Eléletlenedéskor csak a lapkát köszörülik, a megrövidült lapkát előtolják, és mögé egy lemezt helyeznek. Rugalmas megfogásssal a lapka befeszülése elkerülhető, és ezáltal éltartama kedvezőbb. A merev megfogásra számos megoldás ismeretes. Követelmény, hogy a késszár és a lapka felfekvő felületei köszörülve legyenek. Kedvező, ha a lapka befogására készült mechanikus késszár lehetővé teszi a lapka és a forgácstörő utánállítását. Erre példa a 17. ábrán látható.
8.14. ábra
8.15. ábra
A gyémánt befogására különleges mechanikus késszárakat készítenek (18. ábra). A mechanikus lapkafelerősítésű késszárakkal szemben követelmény a megfelelő szilárdság, merevség és kopásállóság. Ezért a késszárakat A 70 vagy C 60-as anyagból nemesítve készítik.
- 121 -
d., Betétes szerszámok rendszerint oldható kötéssel kapcsolódnak a késtartóhoz. Rendszerint furatmegmunkáláshoz készítenek betétkéseket, de használjuk esztergáláshoz és véséshez is. A betétkés rendszerint kisméretű esztergakés,
amely
készül
tömör
kivitelben
szerszámacélból
vagy
gyorsacélból, de készíthető keményfémlapkás kivitelben is. Esztergakések tervezésekor
mindig
a szabvány irányelveiből kell
kiindulni, mely a gyártók és felhasználók sokéves tapasztalatát tartalmazza. Ha lehet mindig szabványos szerszámmal dolgozzunk. Ha a szabványos szerszám nem használható, akkor a szerszámtervezéskor törekedni kell a könnyű gyárthatóságra az adott üzem adottságainak figyelembevételével. Az eddigiekben összefoglaltuk az esztergakés tervezésénél követendő szempontokat. Ezek az irányelvek minden forgácsolószerszámra érvényesek. E jegyzet további részében a szerszámtervezés általános szempontjait nem tárgyaljuk, jóllehet tervezéskor betartandók.
8.3.
REVOLVER- ÉS AUTOMATAKÉSEK
A szerszám kialakításának és a forgácsolási adatok meghatározásának eddig ismertetett módszere érvényes revolver- és automatakésekre is. A revolver- és automatakések általában csak a méretben térnek el az esztergakésektől, a megmunkálandó gép sajátosságainak megfelelően. Hazánkban 6-féle revolveresztergakést szabványosítottak (19. ábra MSZ 1952). Használnak gyorsacél és keményfémlapkás revolvereszterga-késeket négyzet vagy kör keresztmetszetű szárral is. A gyorsacélkések tömör, minden oldalán köszörült kivitelben készülnek. A revolvereszterga-kések általában rövidebbek az esztergakéseknél. Az automatakéseket hazánkban nem szabványosították. Kialakításuk a gép típusától és az elvégzendő munkától függ. Az automatakések általában tömör, gyorsacél, négyszög keresztmetszetű szárral készülnek, ritkábban keményfémlapkás
kivitelűek.
Hosszuk
általában
nagyobb
az
azonos
kersztmetszetű esztergakések hosszánál. Tekintettel arra, hogy a revolver- és automatakések beállítási ideje hosszabb az esztergakések beállítási idejénél, ezért revolverkések szokásos éltartamideje T=240, míg automatakések éltartamideje T=480 min.
- 122 -
8.16. ábra
8.17. ábra
8.18. ábra
8.19. ábra
8.4.
ALAKOS KÉSEK
Alakos késeknek nevezzük azokat az egyélű forgácsoló szerszámokat, melyeknél a főél alakja egy meghatározott metszetben a tárgy kívánt profiljának ellentétje (negatívja). Alakos kések fő felhasználási területe a tömeggyártás, ahol a munkadarab pontos és azonos alakú profilját kell
- 123 -
biztosítani. Használják egyedi vagy kissorozat gyártásban is, ahol a tárgy alakjának elkészítése egyéb megmunkálással nehezen valósítható meg. Alakos késekkel egyenes alkotójú munkadarabokat vagy forgásidomokat munkálnak
meg.
Használjuk
esztergáláshoz,
gyaluláshoz
és
véséshez.
Leggyakrabban esztergáló megmunkáláshoz használják. Az alakos kés legegyszerűbb kivitele a klasszikus értelemben vett esztergakés, melynek élalakját a kívánt formára köszörülték (pl. menetkések). Alakos késeknél követelmény, hogy újraélezéskor az él alakja, valamint az élszögek ne változzanak. A szokásos esztergakés-típusoknál ez nehezen érhető el. Sorozatgyártásban a hasábos és a körkéseket használják. Hasábos kések egyenes alkotójú szerszámok. Élezésük a kopás jellegétől
függetlenül mindig homloklapon történik.
A
hasábos
kések
hátszögét úgy biztosítják, hogy a munkadarabhoz képest megdöntik, míg a homlokszöget beköszörülik. A hasábos kések a munkadarabhoz viszonyított előtolási irány szerint lehetnek radiálisak és tangenciálisak. Radiális hasábos késeknél az előtolás iránya a tárgy sugárirányában van (20. ábra).
8.20. ábra Tangenciális késeknél az előtolás érintőleges a tárgyhoz képest (21. ábra), míg a radiális hasábos késnél a szerszámélszögek megmunkálás
- 124 -
közben nem változnak, addig a tangenciális hasábos kés élszögei a munkadarab átmérőjének függvényében változnak. Forgácsolás folyamán a kés hátszöge csökken, homlokszöge nő. Sok esetben mind az előállítás, mind a felhasználás egyszerűbb tárcsa alakú késekkel. Ezeket a késeket körkéseknek nevezik.
8.21. ábra
8.41. KÖRKÉSEK MÉRETEINEK MEGHATÁROZÁSA Ahhoz, hogy a körkés megfelelő hátszögét biztosítsuk, késfelemelést kell
alkalmazni.
A
körkés
és
a
munkadarab
tengelye
közötti
magasságkülönbség (e) megszabja a hátszög nagyságát. A 22. ábrán megszerkeszthető a szerszám kerületén (A) pontban a hátszög a tárgy és a szerszámhoz rajzolt érintők által. Gyakorlatilag a megmunkálás feltételeinek megfelelően felveszik a szerszám hátszögét (=6o és 12o közötti értékre), amelyből a késfelemelés mértéke e=Rsin. A képletből, valamint a 22. ábrából látható, hogy a hátszög változik a sugár függvényében. Egy adott szerszámnál kisebb sugárhoz nagyobb hátszög
- 125 -
tartozik. Ez a hátszögváltozás nem lehet nagy értékű és bizonyos határok közé szorítjuk. A 23. ábrán az A pontban (), míg a C pontban (1) hátszög adódik. Az A és C pontban a hátszögek közötti különbség a (), azaz a megengedett hátszögváltozás.
8.22. ábra
8.23. ábra
A körkés az AO1C háromszögből sinus-tétellel számíthatjuk ki.
R sin 180o , m sin ebből a körkés sugara:
Rm
sin( ) . sin
18.
A körkés homlokszögét is a megmunkálandó anyag mechanikai tulajdonságától függően kell meghatározni. Az előbbi számítás csak arra az esetre érvényes, ha a szerszám homlokszöge =0o. A körkésre munkálandó profil sugárirányú metszetben nem azonos a munkadarabba munkálandó profil sugárirányú metszetével. A profiltorzulás oka részben a késfelemelés (hátszög, ), részben pedig a pozitív homlokszög kiképzése. A 24. ábrán ABO 1 háromszög alapján
R sin 180o . m' sin
- 126 -
Ebből a körkés sugara, ha figyelembe vesszük, hogy 2=1+, valamint azt, hogy az előző számításaink során 1=+, így írható, hogy ’=2- és ennek figyelembevételével a
R m'
A
képletben
szereplő
()
és
sin( ' ) . sin( )
(m’)
értékét
nem
19.
ismerjük.
Az
AO2B’
háromszögből
Q sin(180o ) , m sin és ebből
sin
m sin . Q
8.24. ábra A (m’) értékét még nem ismerjük. A 24. ábra alapján m’=AB’, míg
20.
- 127 -
AB '
Az
(m)
a
munkadarabba
m . cos
munkálandó
profilmélység,
mely
a
gyártmányrajzból ismert. Ezzel a szerszám sugara
R
m cos
sin( ' ) . sin(' )
A körkés gyártásához szükséges a szerszámra munkálandó m’’ profilmélység. A 24. ábrából a szerszám r sugara meghatározható: Az O1B’C háromszögből
r 2 O1C 2 B' C 2 .
21.
az ACO1 háromszögből
CO1 R sin( ).
22.
B' C AC AB'
23.
AC R cos( ).
24.
mivel
és
Ismeretlen még az AB’, melyet a következőképpen fejezhetünk ki:
AB' DB' DA.
25.
Az O2DB’ háromszögből DB’=Q cos míg az O2DA háromszögből DA=q cos. Visszahelyettesítve a 25. képletbe
AB' Q cos q cos .
26.
A 26. eredményt a 23. képletbe helyettesítve kapjuk
B' C R cos( ) (Q cos q cos ).
27.
- 128 -
A értéke kifejezhető az O2AB’ háromszögből sinus-tétellel
q sin , Q sin(180 ) ebből
sin
q sin . Q
28.
A levezetés során kapott 27. és 28. összefüggéseket visszahelyettesítve a 21. Egyenletbe a körkés kis sugarára kapjuk az alábbi képletet:
r R 2 sin 2 ( ) R cos Q cos q cos . 2
Ezzel
a
körkés
mérteinek
a
számításához
minden
összefüggés
rendelkezésünkre áll. A
körkés
egyszerű,
nem
profilja
kiszámítható
ad minden
és
szerkeszthető.
esetben kielégítő
A
pontosságot
szerkesztés (25.
ábra).
Profiltorzulás csak sugárirányban van, míg tengelyirányú torzulás nincs. A profilszerkesztést 20-50-szeres nagyításban szokás elvégezni, mert a rajzról mért méretek gyártási méretként szerepelnek. Mind a számítást, mind a szerkesztést nem elegendő csupán a körkés (R) és (r) sugarára elvégezni, hanem a közbeeső pontok meghatározása is szükséges.
Annál
több
pontra
kell
az
(r1),
(r2),
(r3)-(r4)
sugarakat
meghatározni, minél bonyolultabb a profil. A
körkés
átmérőjének
megválasztásakor
gondolni
kell
–
a
hátszögváltozás () meghatározásán kívül – arra, hogy nagy átmérőknél a szerszám megfogása nehézséget jelent, mivel a főforgácsolóerőből nagy nyomaték ébred. A körkés méretének megválasztásához vannak ajánlott értékek az MSZ 1721 szabványban, amely szerint a D=32-80 mm közötti értékű, míg a vastagsági (tengelyirányú) mértéke (0,15-0,7) D. A körkés befogására különleges késtartót használnak, mely lehetővé teszi az élezéskor bekövetkező méretváltozás finom utánállítását. A körkés élezését mindig a homloklapon kell végrehajtani, az eredeti homlokszögnek megfelelő értékűre. Az eredeti homlokszögtől való eltérés profiltorzulást eredményez. A körkések anyaga ötvözött szerszámacél vagy gyorsacél.
- 129 -
8.25. ábra
8.42. HASÁBOS ALAKKÉSEK PROFILJÁNAK MEGHATÁROZÁSA Hasábos kések lényeges része a szerszámra munkálandó profil meghatározása. A hasábos késekre munkálandó profil és a munkadarab profilja nem azonos még =0o esetén sem, mivel a kívánt hátszöget a hasábos kés megdöntésével érik el. A hasábos kések profilja is szerkeszthető, mint ez a 26. ábrán látható. Ha a hasábos kés homlokszöge 0o, akkor a szerszámra munkálandó profilmélység m’’=m cos képlettel határozható meg. A forgácsolási tulajdonságok javítására a homlokszöget célszerű 0o-nál nagyobbra kiképezni. A pozitív homlokszögű hasábos kés profiltorzulásának kiszámítását a 27. ábra alapján lehet elvégezni. Meghatározandó az m’’, amely
m' ' CD,
- 130 -
míg a
CD OD OC.
8.26. ábra
8.27. ábra
Az ODB’ háromszögből OD=Q cos(+), míg az OCA háromszögből OC=q cos . A képletben ismeretlen szöget az OAB’ háromszögből =180-(180-)+=- és a
q sin , Q sin(180 ) sin
q sin , Q
ugyancsak a OAB’-ből határozhatjuk meg. A kapott értékeket visszahelyettesítve a bemunkálandó profilmélységre kapjuk, hogy m’’=Q cos(+)-q cos .
- 131 -
A hasábos késeket különleges késtartóba fogják be. A késtartónak a merev befogáson kívül biztosítani kell az élezésből adódó méretváltozás utánállítását. A hasábos késeket ötvözött szerszámacélból, gyorsacélból, vagy keményfémlapkás kivitelben gyártják
- 132 -
9. GYALULÁS Gyalulásnál mind a fő-, mind a mellékmozgások egyenesvonalúak és szakaszosak, az általánosan használt szerszám egyélű. A gyaluláskor a forgácsolási adatokat ugyanúgy határozzuk meg, mint esztergáláskor.
A
leválasztott
forgácskeresztmetszet
alakja
azonos
az
esztergálásnál ismert forgácséval. A forgácsolási sebesség kiszámításakor figyelembe kell venni, hogy gyaluláskor a főmozgás sebessége nem állandó. A sebességváltozás függ a szerszámgép főhajtóművének típusától. A gyalulásnak 3 változata van: hosszgyalulás, harántgyalulás és vésés. Hosszgyaluláskor a tárgy végzi a forgácsoló főmozgást. Forgácsolás szempontjából a gyalulás végtelen sugarú esztergálásnak tekinthető. Harántgyalulásnál főmozgást a szerszám végzi. Harántgyaluláskor a főmozgás munkalöketének sebessége rendszerint lényegesen kisebb, mint az üresjárat sebessége. Ebből következik, hogy a munkalöket sebessége kisebb mértékben ingadozik, mint az üresjárat sebessége.
- 133 -
Számítások során az egyszerűség kedvéért átlagos, azaz közepes forgácsolási sebességgel számolunk. A 1. ábra alapján a közepes forgácsolási sebesség
vk
2 Ln m / min . 1000
(n) a percenkénti kettőslöketek száma, (L) a szerszám úthossza (lökethossz). A
beállítandó
közepes
forgácsolási
sebességet
a
gazdaságos
forgácsolási sebesség képletével határozzuk meg.
v
Cvo K. ey f x
A gyalulás törvényszerűségéből következik, hogy a szerszám ütésszerű igénybevételt szenved, azonkívül a gépen is nagy az alternáló tömeg. Ezek figyelembevételével a számítással meghatározott forgácsolási sebességet csökkenteni szokás. A gyakorlatban v=60 m/min sebességet általában sohasem lépik túl.
9.1. ábra A forgácsolóerő Ff=CpexpfK esztergálásnál ismertetett képlettel határozható meg. A felületi érdesség ugyancsak
- 134 -
e2 He , 8r
illetve
He
tg tg , tg tg
az esztergálásnál ismertetett módon kiszámítható. A gyalukések elvi felépítése megegyezik az esztergakésekével, és méretezése gyalukéseket
ugyanúgy (2.
végzendő.
ábra).
A
Használnak
könyökös
egyenes
gyalukések
és
könyökös
berezgésre
kevésbé
hajlamosak, mint az egyenes kések. A forgácsolóerő hatására ugyanis a kés lehajlik, és ezáltal a fogásmélység és ezzel együtt a forgácsolóerő megnő. Ezt a hátrányt küszöbölik ki könyökös késsel. A
gyalukéseket
készítik
szénacélból,
ötvözött
szerszámacélból,
gyorsacélból tompánhegesztve vagy lapkásan. A gyorsacél forgácsolórésszel kiképzett
gyalukéseket
az
MSZ
1915
tartalmazza.
Ritkán
használnak
keményfémlapkás gyalukéseket is. Az ütésszerű igénybevétel miatt legjobban a C minőségű lapka felel meg, de ez is csak gondos használat mellett adja a megfelelő eredményt. Gyalugépeken simításkor gyakran használnak széles simítókéseket a termelékenység fokozására. Alakos felületek megmunkálásához hasábos kést használnak.
2.ábra
- 135 -
3. ábra Vésés.
Mozgások
szempontjából
azonos
a
harántgyalulással.
A
forgácsolási adatok meghatározása ugyanúgy történik, mint gyaluláskor, illetve esztergáláskor. A vésőkés munkakörülményei és a szerszámgép felépítése
miatt
a
forgácsolási
sebességet
a
gyaluláshoz
viszonyítva
csökkentik. Vésőkésekkel főként belső felületeket munkálnak meg. Méretezéskor figyelembe kell venni, hogy a főforgácsolóerő a szerszámot kihajlásra veszi igénybe. A szerszám alakját és méretét rendszerint a megmunkálandó felület határozza meg. A 3. ábrán a vésőkés elrendezésére vonatkozó ábra látható. A szabványos vésőkések típusait az MSZ 1939 tartalmazza. A vésőkések anyaga
szénacél,
ötvözött
szerszámacél
tompánhegesztett, illetve lapkás kivitelben.
vagy
gyorsacél
tömör,
- 136 -
10. FÚRÁS, SÜLLYESZTÉS, DÖRZSÖLÉS 10.1. FÚRÁS Esztergálás után leggyakoribb megmunkálási mód a fúrás. Jellemzője, hogy a szerszám végzi a forgó főmozgást és az egyenesvonalú előtoló mellékmozgást. A fúrás jellegzetes szerszáma kétélű. A fúrószerszámok legegyszerűbb és legrégibb kivitele a laposfúró vagy szívfúró (1. ábra). A laposfúró előnye, hogy egyszerű, olcsó, könnyen előállítható. Ezen előnyök mellett számos hátrányával találkozunk. Ilyen hátrány, hogy a laposfúró nagyon kis teljesítményű szerszám. A kedvező élszögeket szerkezeti sajátosságai miatt nem tudjuk kialakítani. Az élek által leválasztott forgácsot a szerszám nem hozza ki a furatból, tehát a forgács eltávolításáról külön kell gondoskodni. E lényeges hátrányok miatt ma már alig használt szerszámfajta; csupán egyes különleges megmunkáláshoz, mint pl. alakos süllyesztésre, de mindig kis furatmélységek esetén. A laposfúrót készítik egy darabból, de készül – különösen alakos süllyesztőknél – szerelt kivitelben is.
- 137 -
10.1. ábra
- 138 -
10.11. CSIGAFÚRÓ Ma furatok készítésére csaknem kizárólag a csigafúrót használják, mert számos olyan előnye van, amely elterjedését indokolttá tette. Ezeket az előnyöket a következőkben foglalhatjuk össze: a., Utánköszörüléskor sem a szerszám átmérője, sem az élszögek nem változnak. b., A leválasztott forgács a szerszám hornyain át jól távozik. c., Pontos helyzetű furatok készítésére alkalmas, mert perselyben vezethető. A csigafúrót általában közepes mélységű furatok készítésére használják. A kétélű csigafúró általános felépítése a 2. ábrán látható. A csigafúró olyan forgácsoló szerszám, amellyel tömör anyagba furatot készítünk, vagy már meglevő furatot nagyobb átmérőre felfúrunk. A csigafúró részei: 1. Dolgozórész a csigafúró horonnyal ellátott része, amely a forgács eltávolítását biztosítja. 2. Forgácsolórész, mely a szerszám vágóéleit tartalmazza. 3. Nyak, mely a dolgozórészt köti össze a befogórésszel. Rendszerint ezen a részén tüntetik fel a szerszám adatait. A nyakrész levékonyítása néha el is marad. 4. Szár vagy befogórész, amely lehetővé teszi a szerszámgépbe való befogást. A befogási módtól függően készülhet a fúró hengeres, kúpos, esetleg négyszögletes szárvégződéssel. 5. Menesztő, melyet néhány esetben a nyomatékadás biztosítása érdekében hengeresszárú fúrón képeznek ki. A
csigafúrónál
a
szerszámélszögek
meghatározása
lényegében
megegyezik az esztergakés élszögeinél tanultakkal. A különbség csupán a szerszám felépítése és munkakörülménye miatt van. A szerszám élszögeit a 3. ábrán tüntettük fel. A csigafúrónak két főéle van, és helyesen élezett fúrónál mindkét él azonos körülmények között dolgozik. A fúró helytelen köszörülése akkor áll
- 139 -
elő, ha a () értéke a két élnél nem azonos. Ilyen esetben az egyik él hosszabb, és a két él terhelése nem azonos. Ennek következtében lényegesen nagyobb méretű furatot kapunk, mint a szerszám átmérője. A helytelen élezés a szerszám éltartamát is károsan befolyásolja, mert a forgácsolás zömét a mélyebben fekvő él végzi, és ezáltal éle idő előtt tönkremegy. Helyesen élezett csigafúróknál, megmunkálás közben, mindkét hornyon keresztül azonos méretű és alakú forgács távozik.
10.2. ábra
10.3. ábra
- 140 -
A szerszám egyik legfontosabb szöge a csúcsszög. Megmunkálás közben szerepe a ()-hoz hasonló. A csúcsszög nagysága mindig a munkadarab anyagától függ. Értéke általában 2=90o-130o között van. A kisebb értékek a keményebb, a nagyobbak a lágyabb anyaghoz tartoznak. A csúcsszöget kereskedelmi fúróknál ritkán változtatják, mert olyan értékre köszörülik, amely csaknem minden anyaghoz megfelel. A 2 értéke általában 118o. A forgács eltávolítására
hornyokat képeztünk ki. Ezek a hornyok
csavarvonalszerűen helyezkednek el a szerszámon. A csavarvonal hajlásszögét ()-val jelöljük. Az () a csigafúró tengelye és a szalagél síkban kiterített vonala által bezárt szög. A 3. ábrán jól érzékelhető, hogy a csavarvonal hajlásszöge az átmérő függvényében erősen változik. Legnagyobb az () a kerületen és az átmérő csökkenésével az () is csökken. A csavarvonal hajlásszöge
befolyásolja
a
szerszám
szilárdságát.
Kemény
anyagok
megmunkálásánál értéke kicsi, lágy anyagok megmunkálásánál nagy. A csavarvonal hajlásszöge () az átmérő függvényében tetszőleges helyen meghatározható
tg
D h
összefüggésből, ahol (h) a horonyemelkedése (menetemelkedés), amely egy szerszámon állandó értékű. Az () növelésével nő a csigafúró homlokszöge, mivel a homloklapot a horony képezi. A csavarvonal emelkedési szög növelésével csökken a szerszám merevsége. Kis átmérőjű fúrók merevségét azáltal is növelik, hogy az () értékét kicsire választják.
10.1. táblázat
- 141 -
A
csigafúró
csúcsszögét
és
horonyemelkedési
szögét
úgy
kell
megválasztani, hogy az éltartam, forgácsolóerő és merevség szempontjából optimális értékeket adjon. A gyakorlatban kialakult optimális értékeket a
1.
táblázat tartalmazza. A
csigafúró
esetekben
azonban
hornyai
általában
balmenetű
jobb
horonnyal
menetemelekdésűek. is
készítenek
Egyes
csigafúrókat
(automatákon történő fúrás). A szerszám homlokszögét () mindig az élre merőleges metszetben határozzuk meg. A homlokszöget az alapsík és a vizsgált ponthoz rajzolt érintő zárja be. A homlokszög értéke az () függvénye, mert a homloklapot a horony képezi. A () értéke függ az ()-tól, ezért az átmérő függvényében változik. Legnagyobb a homlokszög a kerületen, az átmérő csökkenésével a homlokszög is csökken. A keresztélen a () negatív értékű. A homlokszög értékét mindig a megmunkálandó anyagtól teszik függővé. A hátszöget () tengelyirányú metszetben határozzuk meg, mert így jobban megközelítjük a működő hátszöget. Az ()-át az érintősík és a vizsgált ponthoz rajzolt érintő zárja be. A hátszög is változik az átmérő függvényében, melynek oka, hogy előtolás menetemelkedési szöge is változik. Ennek megfelelően az élezést, amely mindig hátlapon történik, kúpfelület mentén hajtják végre. A csigafúró hátszöge a kerület felé csökken. Értékét a munkadarab anyagától tesszük függővé.
A forgácsolóerő meghatározása fúráskor A csigafúró lényegesen kedvezőtlenebb körülmények között dolgozik, mint az esztergakés. A hőelvezetés is rosszabb a szerszám viszonylag kis keresztmetszete miatt, azonkívül a távozó forgács is melegíti. Ezért a közepes forgácsvastagság fúrásnál általában kisebb, mint esztergálásnál. Ez viszont magával hozza a fajlagos forgácsolási erő növekedését. A forgácsoló erő meghatározásánál az esztergálásnál tanult képletből indulunk ki. Az egy élre jutó forgácsolóerő: Ff1=kq1. A 4. ábra alapján az egy él által leválasztott forgács keresztmetszete:
- 142 -
q1=ek1l,
10.4. ábra ahol
l
D ; 2 sin
ek1
e sin . z
A képletben szereplő (e) fordulatonkénti előtolás, mm/ford.; (z) forgácsoló élek számát jelenti. Visszahelyettesítve az egy él által leválasztott forgácskeresztmetszetre kapjuk, hogy
q1 ek1 l
D e sin D e . 2 sin z 2 z
Az egy élre eső forgácsolóerő tehát
Ff 1 k q1 k A fúróra ható teljes forgácsolóerő
De . 2 z
2.
- 143 -
Ft=zFf1 Fúrásnál általában a nyomatékot szokás meghatározni. A fúráshoz szükséges nyomaték a 5. ábra alapján
k D D e1 D 1 . MM Ff 1 2 z 2 cmkp 10 2 10 A szerszám éleinek száma általában kettő. Ennek figyelembevételével a következő képletet kapjuk:
M
k e D2 80
cmkp.
3.
A fúráshoz szükséges teljesítményt D/2-nél adódó közepes forgácsolási sebességgel határozzuk meg
Pt
Ft v1 60 75 1,36
kW ,
ahol
Ft 2 Ff 1;
v1
D n . 2 1000
Ezzel a fúráshoz szükséges teljesítmény: k e D D n k e D2 n Pf 2z 4000 4500 4000 4500 1,36
kW
4.
Az előtolásirányú erő lényegesen nagyobb, mint az eddig tanult forgácsolási módoknál. Ennek oka a keresztél. A keresztél rendkívül rossz forgácsolási
viszonyok
mellett
dolgozik,
mert
itt
a
homlokszög
nagymértékben negatív értékű. A nyomaték értékét csak kismértékben befolyásolja, de az előtolás irányú erőnél lényeges szerepe van. Az előtolásirányú erőt főforgácsolóerőből empirikus összefüggéssel szokás meghatározni; eszerint a Fe=0,9Ff kp.
5.
- 144 -
Az
előtolás
teljesítménye
olyan
kicsi,
hogy
számításaink
során
elhanyagolhatjuk Pe=(0,01)Pf. A forgácsolóerő kiszámításához szükséges a fajlagos forgácsolóerő (k)
10.5. ábra ismerete. A fajlagos forgácsolóerőt kísérletileg határozzák meg, amelyet táblázatokban vagy nomogramokban közölnek. Irodalmi adatok alapján a fajlagos forgácsolóerő értéke a 6. ábrán feltüntetett nomogram alapján határozható
meg.
Az
egyes
eredményeket
az
alább
felsorolt
anyagféleségeknél határozták meg. 1. csapágybronz, 2. alumíniumötvözet, 3. automata-sárgaréz, 4. kemény öntöttvas, 5. temperöntvény, 6. rozsdamentes acél, 7. hidegen húzott Cr-Ni, 8. Csavar-automataacél C=0,2%, és hidegen húzott CrV, 9. A 42, 10. lágyított vörösréz, 11. szénacél C=1%. A nyomaték csavarásra, az előtolás irányú erő pedig kihajlásra veszi igénybe a szerszámot. Tervezésnél tehát törekszünk a szerszámnak nagy keresztmetszetet biztosítani. Ezt a forgács elvezetésére kimunkált horony gátolja. A
szerszám
szilárdságát
befolyásolhatjuk
a
lélekvastagsággal.
Lélekvastagságnak nevezzük annak a képzeletbeli hengernek az átmérőjét (A), melynek palástfelülete a forgácselvezető hornyokat érinti (3. ábra). A
- 145 -
lélekvastagság függ a szerszám átmérőjétől. A gyakorlat ugyanis azt mutatja, hogy a kisebb méretű fúrók általában törnek, míg nagyobb méretűek kopás következtében
életlenednek
el.
Ezért
kisebb
méretű
fúróknál
szilárdságnövelés érdekében nagyobb lélekvastagságot képezünk ki, mint a nagyobb
méretű fúróknál. A lélekvastagság általában
amelyet még a megmunkálandó anyag is befolyásol.
A=(0,15-0,25)D,
- 146 -
10.6. ábra A lélekvastagság a szerszám hossztengelye mentén nem állandó, mert a fúrási mélység növekedésével a súrlódás és ezáltal a nyomaték is nő. Ennek ellensúlyozására a lélekvastagság a befogórész felé vastagabb. A kúposság függ a szerszám méretétől 3-ig 0,8-1
mm/100 mm-re,
3-től 1,4-1,8 mm/100 mm-re. A szerszám palástfelülete nem hengeres, hanem hátrafelé kúpos. Legnagyobb átmérő a szerszám élénél és a befogórész felé csökken. Természetesen csak kis kúposságot engedünk (0,03-0,1 mm/100 mm-en), a beszorulás elkerülése végett. A csigafúrót pontos helyzetű fúrásoknál
- 147 -
perselyben vezetjük. A perselyben való vezetés előfeltétele, hogy a csigafúrók megfelelő méretpontossággal készüljenek. Fúró gyártási tűrése h7-h8. A szerszám nem teljes keresztmetszetében készül hengeres kivitelben, hanem a súrlódás csökkentése érdekében „szalagot” munkálunk ki. A szalag szélessége 0,5-2,5 mm, magassága 0,15-0,8 mm a szerszám méretétől függően. A szerszám befogórésze általában hengeres vagy kúpos. Minkét esetben a nyomatékot súrlódással visszük át. A hengeres szárú fúrót tokmányba fogjuk be, ahol az átvihető nyomatékot a szorítóerővel biztosítjuk. Kúpos befogás mindig önzáró kúppal történik. Az önzáró kúpok használata nagyon előnyös, mert jó központosítást és gyors befogást tesznek lehetővé, azonkívül a nyomaték átviteléről sem kell külön gondoskodnunk. A kúppal átvihető nyomaték függ a kúposságtól és az előtolás irányú erőtől. A kúppal átvihető nyomatékot számítással a 7. ábra alapján határozzuk meg
dk
Dd , 2
FN
Fe , 2 sin
FA FN
M
Fe , 2 sin
d k Fe . 2 sin
A kúpokat is, mint minden gyártmányt, tűréssel készítik. Az elméleti félkúpszögtől a megengedett eltérés belső kúpoknál 3’, külső kúpoknál 2’. A tűrések figyelembevételével az előbb meghatározott átvihető nyomaték némiképpen csökken.
M 0,8
Fe d k . 2 sin
- 148 -
Nagy átmérőjű furatok készítésekor az élőtolásirányú erő csökkentése érdekében
kisebb
átmérőjű
fúróval
előfúrnak.
Felfúráshoz
szükséges
nyomaték
d 2 M felf . M teli 1 2 összefüggéssel határozható meg.
10.7. ábra
A gazdaságos forgácsolási sebesség meghatározása fúráskor Az eléletlenedést a csigafúrónál is a hátkopás mértéke szabja meg. Élezésük
mindig
a
hátlapon
történik.
Éltartam
meghatározását
az
esztergáláshoz hasonlóan lehet elvégezni. A számításokhoz szükséges képletek a 2. táblázatban találhatók. A 2. táblázatban feltüntetett képletekben szereplő (Cv) állandó és (nv) hatványkitevő értékeire néhány tájékoztató adatot közlünk. Automataacél Acél
Cv=540
nv=0,9
HB=155-265 kp/mm2, Cv=360
nv=0,9
- 149 -
Ötvözött szerkezeti acél HB=155-340 kp/mm2, Cv=306
nv=0,9
Nehezen megmunkálható szerszámacél
HB=155-340 kp/mm2, Cv=270
nv=0,9
Rozsdamentes hőálló acélok
HB=210-240 kp/mm2, Cv=1,15
Silumin, alumínium
Cv= 14,3
Öntöttvas
Cv=4000 nv=1,3
10.2. táblázat A csigafúró gazdaságos éltartamideje általában kisebb, mint az esztergakésé. Ennek oka az általánosan használt szerszámanyag ára, valamint az élezésből adódó költségek. A szokásos éltartamidőre acél és öntöttvas megmunkálásakor a szerszám átmérőjétől függően a 3. táblázat tartalmaz irányértékeket.
- 150 -
Csigafúró élezésének módjai A csigafúró forgácsolási viszonyait különböző élezési módszerekkel kedvezően lehet befolyásolni. A gyakorlatban használt élezési módszerek a kettős élezés, a keresztélcsökkentés és a szalagkeskenyítés. A kettős élezést (8. ábra) nagyobb méretű csigafúróknál (D12 mm) éltartamnövelés érdekében végeznek. A (2) általában 118o míg az (21) 70-75o, a b=0,2 D használják acél és öntöttvas megmunkálására. Keresztél csökkentése (9. ábra) esetén kisebb előtolásirányú erő ébred. Szalagkeskenyítés (10. ábra) a forgácsolási nyomaték szempontjából kedvező.
A forgácsolóél
közelében a szalagon
’=6-8o-os hátszöget
képeznek ki ld=1,5-4 mm hosszon. A csigafúrók anyaga szénacél, ötvözött acél és gyorsacél. Kis átmérőjű csigafúrókat
gyorsacélból
gyártani
nem
szoktak,
mivel
a
megfelelő
forgácsolási sebesség nehezen biztosítható. Csigafúrók hornyait általában alakmarókkal forgácsolják ki. Kis átmérőjű csigafúrókat gyártanak mángorlással. Megfelelő alakra hengerelt acélból csavarással
is
lehet
csigafúrót
előállítani
forrasztott
vagy
hegesztett
befogórésszel.
10.8. ábra
10.9. ábra
10.10. ábra
10.12. KEMÉNYFÉMLAPKÁS FÚRÓK A
forgácsolási
keményfémlapkás
teljesítmény
fúrókat
is.
Ezek
növelése a
érdekében
szerszámok
nagy
gyártanak forgácsolási
sebességgel és kis előtolással dolgoznak. A keményfémlapkás fúrókat kemény és erősen koptató anyagok megmunkálásához használják, lágy anyagok
- 151 -
megmunkálásához nem használhatók, mivel a megfelelő homlokszöget nem lehet kialakítani, azonkívül a nagy forgácsolási sebesség beállítása lenne szükséges. A keményfémlapkás fúrók egyszerű esetben készíthetők úgy, hogy az ötvözött
acélból
vagy
gyorsacélból
készült
csigafúróba
forrasztják
a
keményfémlapkát (11. ábra). Hátránya a megoldásnak, hogy a csigafúró merevsége sok esetben nem kielégítő.
10.11. ábra
10.12. ábra
10.13. ábra Kis mélységű furatok (l=3d) megmunkálásához
merev, egyszerűen
előállítható, egyeneshornyú keményfémlapkás fúrókat gyártanak (12. ábra). Ezt a szerszámot főként kemény rideg anyagok fúrásához használják. A csavarvonalú horonnyal ellátott csigafúrót kemény összefüggő forgácsot adó anyagok megmunkálására gyártják (13. ábra).
Példa
- 152 -
Meghatározandó a beállítandó fordulatszám, valamint a forgácsoláshoz szükséges teljesítmény A 42 minőségű anyag D=30 mm átmérőjű fúróval való megmunkálása esetén. Előtolás Országos Normaalapok ajánlása szerint e=0,25 mm/f. A 2. képlet szerint az egy élre jutó főforgácsolóerő
Ff 1
k e D . 2 z
A csigafúró szabványos kétélű szerszám. A képletben szereplő (k) fajlagos forgácsolóerő értékét a forgácsközépvastagság függvényében adják meg. Ennek értéke:
ek1
e sin 0,25 sin 59o 0,107 mm. 2 2
A 6. nomogramból k=400 kp/mm2.
Ff 1
k e D 4000 0,25 30 750 kp. 4 4
Az előtolásirányú erő a 5. képlet szerint Fe=0,9 Ff=0,92750=1350 kp. A fúráshoz szükséges nyomaték a 3. képlet alapján:
M
k e D 2 400 302 0,25 1125 cmkp. 80 80
Cv D 0, 4 v 0, 2 0,5 nv . T e HB A gazdaságos forgácsolási sebességet a 2. táblázatban található képlettel határozhatjuk meg. A
gazdaságos
forgácsolási
v
sebesség
meghatározására
360 300, 4 16,5 m / min . 300, 2 0,250,5 1400,9
szolgáló
- 153 -
képletben az éltartamidő a 3. táblázatból T=30 min. Az állandó és hatványkitevő értéke: Cv=360; nv=0,9; HB=140 kp/mm2 A gépen beállítandó fordulatszám:
n
1000 v 1000 16,5 175 ford / min . D 30 3,14
A forgácsoláshoz szükséges teljesítmény a 4. képlet alapján
k e D 2 n 400 0,25 302 175 P 2,75 LE 2,022 kW. 4000 4500 4000 4500 Az előtoláshoz szükséges teljesítmény:
Pe
Fe ve Fe ne 1350 175 0,25 0,0132 LE 0,0097058 kW , 4500 1000 4500 1000 4500 Pö=Pt+Pe=2,75+0,01=2,76 LE2,032 kW.
10.13. MÉLYFURATFÚRÓK A kétélű csigafúró szokásos formájában mély furatok készítésére nem alkalmas, mert a forgácseltávolítás nincs biztosítva. A szerszám hűtése is komoly gondot okoz, mert hűtőfolyadék nehezen jut a szerszám éléhez. Mély furatok készítésére használnak ugyan hosszabbított szárú kétélű csigafúrókat, de ezeknél fennáll az a veszély – különösen helytelenül élezett fúróknál -, hogy
a
szerszám
nem
tartja
irányát,
félre
fúr.
Ilyen
esetekben
a
forgácseltávolítás szerszámkiemeléssel történik. Mélyfuratoknak általában az átmérő ötszörösénél mélyebb furatokat nevezik
(l=5D).
mélyfuratfúrókat
Ilyen
furatok
használnak.
különböztetik meg: 1. csőfúró és 2. koronafúró.
A
készítésére
speciális
mélyfuratfúróknak
két
szerszámokat, fő
típusát
- 154 -
Csőfúró A csőfúró egyélű forgácsoló szerszám, melynél a szerszám csúcsa nem esik egybe a középvonallal (14. ábra). A szerszám hátlapján furatot találunk, amely furaton a hűtőfolyadékot vezetik nagy nyomással a szerszám éléhez. A nagynyomású hűtőfolyadéknak kettős szerepe van: a forgácseltávolítás és a hűtés. A forgács a szerszám hossztengelye mentén kimunkált horonyban távozik, melyet a nagynyomású hűtőfolyadék visz magával.
10.14. ábra A
szerszámnak
csupán
a
forgácsoló
része
készül
jobb
szerszámanyagból, míg a szárat csőből képezik ki, forgácselvezető-horony behengerlésével. A forgácselvezető-horony mérete igen fontos, mert csak kellő méretű hornyon keresztül tud a forgács zavartalanul távozni. Jó forgácsteret kapunk, ha a -t 100-120o-ra választjuk. A forgács leválasztása igen kis értékű előtolások mellett történik. (e=0,1-0,25 mm/ford.). A forgácsoló főmozgást a tárgy végzi, míg az előtolásirányú mellékmozgást a szerszám. A szerszám dolgozó része rendszerint gyorsacélból készül, de nagyobb teljesítmény elérésére készítünk keményfémlapkás csőfúrót is. A súrlódó felületek csökkentésére a szerszám vezetése három élen történik. Tömör kivitelben készült csőfúrónál aláköszörüléssel, keményfémlapkás fúróknál keményfémbetétekkel biztosítják a három élen való felfekvést (15. ábra). A szerszám egyenesbe vezetését azáltal biztosítják, hogy a forgácsoló élet a szimmetriatengely egyik oldalán képezik ki. Az előtolásirányú erőnek a szerszám tengelyére merőleges komponense a szerszámot a W oldalon a furat falához szorítja, és azáltal az egyenesben vezetést biztosítja (16. ábra). Beszorulás elkerülése érdekében a szerszámot hátrafelé kúposra készítik. A kúposság 0,1-0,3 mm/100 mm-es hosszon. A szokásos élszög értékek =5-8o, =8-10o,
- 155 -
míg a W élen 20o-ig. A
csőfúró
az
átmérőjének
megfelelő
anyagot
apró
darabokra
forgácsolja, és ez különösen nagy átmérőknél gazdaságtalan. Ezért használata csak kisebb furatoknál ajánlatos 6-60-ig.
10.15. ábra
10.16. ábra
10.17. ábra Koronafúró Nagyobb átmérőjű mélyfuratok készítéséhez a koronafúrót használjuk. Ez
a
szerszám
nem
forgácsolja
el
az
átmérőjének
megfelelő
anyagmennyiséget, hanem az anyagban gyűrű alakú furatot készít. A magrész megmarad, amelyet átfúrás után a szerszám szárából eltávolítanak. A koronafúró szabályosan többélű szerszám (17. ábra). A forgácsoló éleket csőszerű testre képezik ki. A szerszám szára cső, melynek hossza a furat mélységétől függ. A szerszám egyenesben vezetését a fogak között elhelyezett vezetőszárnyak biztosítják.
- 156 -
A furat fala és a szerszám palástfelülete között történik a hűtőfolyadék hozzávezetése. A forgácsot a távozó hűtőfolyadék a szerszám belső furatán távolítja
el.
Lényeges,
hogy
apró
forgácsot
kapjunk,
mert
így
a
forgácseltávolítás biztosítva van. A hűtőfolyadék hozzávezetése nyomással történik. A koronafúrót 60 mm feletti furatok készítésénél használják. A forgácsoló élek készülhetnek gyorsacélból vagy keményfémből. A forgácsoló főmozgást itt is a tárgy végzi.
10.2. SÜLLYESZTŐK A süllyesztők furatok bővítésére vagy homlokfelületek megmunkálására szolgáló szerszámok. Általánosan használt süllyesztőfajták: 1. csigasüllyesztő, 2. feltűzhető süllyesztő, 3. homlokfelületek megmunkálására szolgáló süllyesztő (felületezők), 4. csúcssüllyesztő, 5. alakos süllyesztők és 6. összetett süllyesztők. Csigasüllyesztő Felépítése legjobban a csigafúrókhoz hasonlít. A termelékenység, méretpontosság és a jobb felület elérése érdekében rendszerint három vagy négy éllel látják el. A nagyobb fogszám jobb vezetést biztosít a szerszámnak, és emellett a lélekvastagság is nagyobb, ezáltal a szerszám merevebb. A szerszám mellékélén ugyanúgy, mint csigafúrónál szalagot képeznek ki, a súrlódó felületek csökkentése érdekében. A csigasüllyesztő perselyben éppúgy vezethető, mint a fúró. A szerszám befogórésze általában kúpos. A szerszám felépítését a 18. ábra szemlélteti. A szerszám mindig előre kimunkált furatban dolgozik. A teljesítmény növelése érdekében a csigasüllyesztőt keményfémlapkával is használják.
- 157 -
Feltűzhető süllyesztő A nagyobb méretű süllyesztőket nem egy darabból készítik, hanem a forgácsolórészt külön és azt egy szénacél szárra erősítik. A felerősítés kúposan történik, a nyomatékátvitelt pedig keresztékeléssel biztosítják
(19.
ábra). Általában 25-80 mm mérethatárok között készítik.
10.18.ábra
10.19.ábra
10. 20.ábra
10.21.ábra
A süllyesztőket egyes esetekben az előmunkált furat vezeti. Ennek érdekében a süllyesztő homlokoldalán vezetőcsapot célszerű kiszerelhetően elkészíteni.
Minthogy
a
vezetőcsap
az
előmunkált
furatban
forog,
futóillesztéssel készítik. Vezetőcsapos süllyesztő a 20. ábrán látható. Homlokfelületek
megmunkálására
a
21.
ábrán
feltüntetett
homloksüllyesztőket használják. Ez a szerszám legjobban a vezetőcsapos süllyesztőhöz hasonlít. A különbség a szerszám fogelrendezésében van, mert a homloksüllyesztőkhöz homlokfelületen képeznek ki forgácsoló éleket. A homlokfelületek megmunkálására szolgáló süllyesztőket felületnézőnek is nevezik, mivel felöntéseket, szemeket munkálnak meg vele. A szerszám általában több darabból szerelt kivitelben készül. Maga a forgácsolórész is készülhet egy darabból vagy betétlapkával.
Csúcssüllyesztő
- 158 -
Kúposfejű
csavarok,
szegecsek
fészkeinek
kimunkálására
csúcssüllyesztőket használnak. A csúcssüllyesztő csúcsszöge az igényeknek megfelelően
készül
2=60o,
75o,
90o
és
120o-os
kivitelben.
Kisebb
átmérőknél a fogazás a középpontig történik, míg nagyobb méretűeknél a fogazott felület csonkakúp (22 a és b ábra).
10.22. ábra
10.23. ábra Alakos süllyesztők Alakos felületek megmunkálásakor olyan szerszámot kell használni, amelynél újraélezéskor sem a profil, sem a szerszám élszögei nem változnak. Az alakos süllyesztők általában szerelt kivitelben készülnek. A szerszám dolgozórészét hátraesztergálással képezik ki 23. ábra. A szerszám szára az alakos
süllyesztőbe
készített
furatokon
adja
át
a
nyomatékot.
A
hátraesztergált alakos süllyesztőket homloklapon kell élezni.
Összetett süllyesztők Az összetett süllyesztők főként sorozatgyártásban használják olyan alakos furatok megmunkálásához, melynek elkészítése több szabványos szerszám használatát igényelné. Összetett süllyesztők tervezésekor az élezési lehetőségek
biztosítása
szükséges.
Ennek
érdekében
az
összetett
- 159 -
süllyesztőket igen gyakran szerelt kivitelben készítik. Használnak ötvözött acélból,
gyorsacélból
és
keményfémlapkás
kivitelbe
készült
összetett
süllyesztőket. A szerszám méretét alakját a munkadarab szabja meg. Összetett süllyesztőre példa a 24. ábrán látható.
10.24. ábra
10.3. DÖRZSÁRAK A dörzsölés olyan megmunkálási eljárás, melynél előre megmunkált furatban végzik a forgácsolást oly módon, hogy a főmozgás forgómozgás, a mellékmozgás pedig egyenesvonalú. A szerszám szabványosan többélű. A csigafúróval vagy süllyesztővel kimunkált furatok felületi érdessége méretpontossága
nem
minden
esetben
kielégítő.
Ilyen
esetben
az
utánmunkálás vagy a készremunkálás történhet dörzsöléssel. A dörzsölésnél lényegesen kisebb forgácsot választunk le az anyagról, mint az előbbi megmunkálásoknál. A
dörzsáraknál
is
megkülönböztetünk
nagyoló
dörzsárat,
amely
szerszámmal az előmunkált furatot simításra alkalmassá tesszük és simító dörzsárat, melyet a jó felületek és szabályos mértani alak elérése céljából használunk. A dörzsölés végezhető egy vagy több lépésben. Az egy lépésben történő dörzsölésnél az elérhető pontosság IT9-IT10, míg két lépésben történő dörzsölésnél IT7-IT8. A felületi érdesség is változik; egy lépésben történő dörzsölésnél Ra=1,6-3,2; két lépésben Ra=0,8-1,6 érhető el. A dörzsárat mind kézi, mind gépi megmunkálásnál használják. A szerszám kivitele ennek megfelelően változik. A dörzsár általános felépítését a 25. ábra szemlélteti.
- 160 -
25. ábra 1. Vezetőkúp
3. Szabályozórész
5. Nyak
2. Vágókúp
4. Hátsókúp
6. Befogórész
A dörzsárak számos fajtája ismeretes, amelyeket az alábbiak szerint csoportosíthatunk: kézi-gépi merev-állítható átmenőfurat-fenékfurat tömör-feltűzhető A kézi és gépi megmunkálási módnak megfelelően egyaránt készülhet a dörzsár merev és állítható kivitelben. A dörzsár részei kézi és gépi dörzsáraknál némiképpen különböznek egymástól. Kézi dörzsár aránylag merev kivitelű. Használati területe főként szereléseknél furatok összedörzsölésére, valamint olyan helyeken, ahol a gépi dörzsölés nehezen oldható meg. A kézi dörzsölés teljesítménye kisebb, mint a gépi
dörzsölésé,
azonkívül
a
felületi
érdesség
szempontjából
is
kedvezőtlenebb. Furatok helyzetét kézi dörzsöléssel nem tudjuk javítani. A kézi dörzsárra jellemző, hogy hosszú a vágókúpja, amely jobb vezetést biztosít. Ezzel szemben a szabályozórésze sok esetben nulla, vagyis a vágókúp közvetlenül csatlakozik a hátsó kúphoz. Jellemzője továbbá, hogy hosszú forgácsoló (működő) része van. Szárvégződése mindig négyszögletes. Gépi dörzsár. Termelékenység szempontjából lényegesen kedvezőbb a kézi dörzsárnál. Nagy előnye, hogy perselyben vezethető és ezáltal a furatok helyzetét
is
módunkban
van
változtatni.
Felületi
simaság
és
tűrés
szempontjából is kedvezőbb a használata. Ezért – ahol lehet – a gépi dörzsölést alkalmazzuk. Jellemzője
a
rövid
vágókúp
befogórésze hengeres vagy kúpos.
és
hosszú
simítórész.
A
szerszám
- 161 -
A merev kivitelű dörzsárak elkészítése olcsóbb; a merev dörzsár pontosabb furatot eredményez és termelékeny. A köszörülés következtében beállott méretváltozásokat nem tudjuk utánállítani, ezért ilyen dörzsár csupán bizonyos mérethatárok között használható, mert kevésszámú élezést tesz lehetővé. Főként olyan anyagok megmunkálására használják, melyeknek kicsi a koptatóhatásuk. Az állítható dörzsárak előnye, hogy kopás és köszörülés következtében beállott méretváltozásokat utánállítással ki lehet küszöbölni. Az utánállítható dörzsáraknak két fajtája ismeretes: kis méret-utánállíthatóságú és a nagy méretutánállíthatóságú dörzsár. A kis utánállíthatóságú dörzsárak rendszerint az anyag rugalmas deformációján
alapulnak.
Utánállítást
tehát
csak
az
anyag
rugalmas
deformációja határán belül teszik lehetővé. Általában 6-50 mm mérethatárok között hozzák forgalomba. A 26. ábrán kis méret-utánállíthatóságú dörzsár vázlata látható. A dörzsár tömör kivitelben készül, melyben egy kúpos furat van, ami hengeres furatként folytatódik. A kúpos furatban csavarral golyót lehet mozgatni. A golyó mélyebbre hatolása következtében a dörzsárat széjjel feszíti, és ezáltal a dörzsár működő részén fogak közötti részt felhasítják. A felhasítás történhet minden második foghézagban. A nagy utánállíthatóságú dörzsár több darabból szerelt kivitelben készül. Ez a szerszám nem csupán a kopásból eredő méretváltozás utánállítását teszi lehetővé, hanem bizonyos mérethatárok között dolgozik. Készítik 6-100 mm-es mérethatárok között. A szerszám forgácsoló részét külön lapkák képezik, melyeket a szerszámtestben kimunkált horonyba helyeznek. A horony kúpfelület mentén helyezkedik el (27. ábra). A forgácsolólapokat a szerszám két végén elhelyezett anyával lehet rögzíteni. Az utánállítás úgy történik, hogy az anyák segítségével a forgácsolólapokat tengelyirányban elmozdítjuk. Minthogy a forgácsoló élek kúpfelület mentén csúsznak el, így átmérőváltozást tudunk elérni. A nagy utánállíthatóságú dörzsárak forgácsoló élei csak hátfelületen lehet köszörülni. A köszörülés történhet kiszerelt lapkával készülékben vagy összeszerelt állapotban, csúcsok között. Az utánállítható dörzsárak elkészítése költségesebb, mint a tömör kivitelűeké, amellett nem olyan merevek és így kisebb teljesítményűek.
- 162 -
Az eddig ismertetett dörzsárak átmenő furatok megmunkálására alkalmasak. Különleges esetekben szükséges zsáklyukak pontos elkészítése is. Ilyen esetekben használjuk a 28. ábrán látható homlokdörzsárat. A homlokoldalon is fogazott dörzsárnál a vezető- és vágókúp csaknem teljesen hiányzik. Ez a típus is készül tömör és állítható kivitelben. Állítható kivitelnél az utánállítás a befogórész felőli végről történik. Feltűzhető dörzsárat használnak nagyméretű furatok dörzsöléséhez. Ennél a típusnál sok drága anyagot takaríthatunk meg azáltal, hogy csak a forgácsolórészt készítjük jobb anyagból, míg a szárat szénacélból. A forgácsolórész felerősítése a szerszám szárára kúposan történik, míg a nyomatékátvitelt keresztékeléssel biztosítjuk (29. ábra). A feltűzhető dörzsár is készülhet tömör és betétlapkás kivitelben. A forgácsoló élek felerősítése rendszerint csavarokkal történik, és így a csere könnyebben
végrehajtható.
A
feltűzhető
szerelt
kivitelű
dörzsárakat
rendszerint gépi megmunkálással használják.
A dörzsárak szerkezeti részei A vezetőrész biztosítja a szerszámnak a furatba történő behatolását. A vezetőrész félkúpszöge 45o. Vágókúp. A dörzsár elülső része, mely a tulajdonképpeni forgácsolást végzi. A vágókúp félkúpszöge erősen befolyásolja a forgácsközépvastagságot (30.
ábra).
A
vágókúp
félkúpszögének
megválasztása
mindig
a
megmunkálandó anyagtól függ. Szívós anyagok megmunkálásánál rövid a vágókúp
és
nagy
a
félkúpszög
értéke
(=15-20o).
Rideg
anyagok
megmunkálásánál hosszú a vágókúp és kicsi a félkúpszög (3-4o). A félkúpszög értéke aszerint is változik, hogy kézi vagy gépi dörzsárról beszélünk-e. Kézi dörzsáraknál a vágókúp félkúpszöge kisebb, mint a gépi dörzsáraknál. A vágókúp nagymértékben
hossza
és félkúpszöge,
befolyásolja
a
valamint a
forgácsleválasztás
furat
ráhagyása
körülményeit.
A
megmunkálásra gyakorolt hatása hasonló a () hatásához. Ha adott ráhagyás esetén a () kicsi, az (ek) is kicsi, ami jó felülete, hosszabb éltartamot, de nagy forgácsoló erőt eredményez. A kis ()-vel rendelkező hosszú vágókúp jobb
- 163 -
vezetést biztosít, de az ilyen dörzsár hajlamosabb a beszorulásra, amely töréshez vezet. A
meredek
és
rövid
vágókúp
forgácsolás
szempontjából
termelékenyebb, nagyobb az (ek) értéke, és ezáltal kisebb a fajlagos forgácsoló
erő.
A
felületi
simaság
szempontjából
az
ilyen
dörzsár
kedvezőtlenebb, ezért ilyeneknél mindig kell simítórészt kiképezni (gépi dörzsárak). Vezetőrész. A vágókúp és a hátsókúp közötti szakaszt szabályozó- vagy vezetőrésznek nevezzük. Ez a része a dörzsárnak hengeres, a furatban történő vezetést végzi. Míg a vágókúp végzi a forgácsolás zömét, addig a szabályozórész csak az utánsimítást és a furat végleges méretét határozza meg. Forgácsolás szempontjából a szabályozórész fogai a mellékvágóél szerepét töltik be. A vezetőrész hossza függ a szerszám átmérőjétől és a dörzsár fajtájától. Kézi dörzsárakat ott, ahol a vezetés nincs kellőképpen biztosítva, a vezetőrész egész rövid vagy teljesen elmarad. Gépi dörzsáraknál, ahol a vezetés jobb, ott a szabályozórész is hosszabb. A hosszú szabályozórész hátránya, hogy excentrikus befogás esetén nagyobb furatot munkál ki, mint a megengedett. Előnye viszont, hogy a szerszám éltartama hosszabb él esetén kedvezőbb.
- 164 -
10.26. ábra
10.27. ábra
10.28. ábra
10.29. ábra
10.30. ábra A dörzsár szabályozórészének mérete rendkívül fontos, mert ez szabja meg a furat végleges méretét. A dörzsárat is, mint minden alkatrészt, valamilyen tűréssel készítik. A dörzsár gyártási tűrését mindig a készítendő furat tűrésétől teszik függővé (31. ábra). Figyelembe kell venni, hogy minden furatban dolgozó szerszám nagyobb méretet munkál ki, mint a saját mérete. A dörzsár névleges méretét úgy választják meg, hogy a furat tűrésének 2/3-ába essék. Minthogy a dörzsár is tűréssel készül, így a névleges mérettől való eltérést is meg kell adni. A névleges méret meghatározásánál abból kell kiindulni, hogy a dörzsár ne munkáljon nagyobb furatot, mint ami a furat tűrésének megfelel, de ugyanakkor minél nagyobb méretű legyen, hogy több köszörülés váljék lehetővé. A dörzsár névleges méretét meghatározhatjuk az alábbi összefüggéssel:
- 165 -
+2/9T -1/9T Dr=(d2+2/3T). A hátsókúp célja, hogy a dörzsár furatból való visszavételénél a megmunkált felülette ne sértsük meg. Ezért a hátsókúp kis kúpossággal készül. A félkúpszög értéke 2’-5’. Nyakrész. A befogórész és a hátsókúp közötti rész. Mérete a fogásmélységtől függ. Kézi dörzsáraknál rövid, míg gépi dörzsáraknál hosszabb nyakrésszel találkozunk.
10.31.ábra Befogórész, amely lehetővé teszi a szerszámgéphez vagy hajtóvashoz való
csatlakozást.
Ennek
megfelelően
lehet:
hengeres,
kúpos
és
négyszögletes. Gépi dörzsáraknál a befogórész mindig hengeres vagy kúpos. A hengeres befogórész elkészítése olcsóbb, de a központosítás kúpos befogással
lényegesen
kedvezőbb.
Kúpos
befogásnál
önzáró
kúpot
munkálunk a szerszámra.
A szerszám élszögei A homlokszögek értéke általában nulla. A szerszám élezése ugyanis hátlapon és homloklapon történik. Pozitív homlokszöggel készült szerszám élezése nehézségekbe ütközik, különösen ferdefogú dörzsáraknál. Az élezés megkönnyítése
érdekében
lemondunk
a
jobb
forgácsteljesítményt
- 166 -
eredményező
pozitív
homlokszögről.
Természetesen
lágy
anyagok
megmunkálásánál a nulla () nem dolgozna kielégítően, ezért itt pozitív homlokszögű szerszámmal dolgozunk.
10.32. ábra
10.33. ábra
A szerszám hátszöge a megmunkálandó anyagtól függ. Két hátszöget (1 és 2) különböztetünk meg. Az (1) értéke, mely az anyag függvénye, rendszerint kis értékű 1-4o, míg másodlagos hátszög (2) nem változik nagymértékben (25o). Gyártás
és
utánélezés
szempontjából
az
egyenesfogú
dörzsárak
egyszerűbbek, de nem alkalmazhatók mindenütt. Nem alkalmazhatók olyan helyen, ahol megszakított felületet kell kimunkálni (horony). Ilyen esetben igen jól használható a ferdefogú dörzsár (32. ábra). A
ferdefogú
dörzsárnál
a
szerszám
élei
csavarvonal
mentén
helyezkednek el. Így a fogak nem egyenes vonal mentén érintkeznek a munkadarabbal, miáltal megszakított felület esetén sem nyomódnak félre. Ferdefogú dörzsárat készítenek jobb és bal menetemelkedéssel. A gyakorlatban általában a bal emelkedésű dörzsárat használják. Szalag. A szerszám élezésénél, a pontos hengeres felület elérése érdekében, csúcsok között a palásfelületet is átköszörülik. Természetesen vékony forgácsot választanak le (néhány ), hogy a dörzsár mérete nagymértékben ne változzék. A paláston való köszörülés következtében a szabályozórészen élszalag keletkezik. Az élszalagnál tehát hátszög nincs.
- 167 -
Élszalag csupán a szabályozórészen és a hátsó kúpon van. Az élszalag szélessége (f) a dörzsár méretétől függően 0,1-0,2 mm. Az élszalag létezése kedvező perselyben való vezetésnél is.
A dörzsárak fogosztása A dörzsár fogszáma lehet páros és páratlan. A páros fogszámú dörzsár mérése
lényegesen
könnyebb,
mint
a
páratlan
fogszámú
dörzsár
fogszámúaké. A tapasztalat azt mutatja, hogy a páratlan fogszámú dörzsár jobb
felületet
eredményez.
A
páros
fogszámú
dörzsár
berezgésre
hajlamosabb, és így fénycsíkosság jelentkezik az esetben, ha a furat alakhűsége nem kielégítő. Ennek kiküszöbölésére egyenlőtlen fogosztást alkalmazunk. Az egyenlőtlen fogosztású dörzsárat páros fogszámúra készítik, és csaknem ugyanazt az eredményt érik el, mint páratlan fogszám esetén (33. ábra). Az egyenlőtlen osztásra félátmérőn 4-6o-ot szokás venni. Így elérjük, hogy a szerszám rezgésmentesen dolgozik, a furat alakhű lesz és páros fogszám van, mely a mérést megkönnyíti. A fogszám tömör kivitelű dörzsáraknál nagyobb. Szerelt kivitelű dörzsárak fogszámát rendszerint a kerületen elhelyezhető fogszám határozza meg. A ferdefogú dörzsárak is kevesebb fogszámmal készülnek, mint a tömör kivitelű egyenesfogú dörzsárak.
A dörzsárak vezetése A dörzsárat maga az előmunkált furat vezeti. A pontatlan helyzetű furatokat sok esetben dörzsöléssel pontos helyzetre hozhatjuk. Ez esetben a dörzsárnak megfelelő vezetéséről kell gondoskodni. Erre a célra olyan dörzsárakat használnak, melyeknek homlokfelületén is fogak vannak, és lehetővé teszik a szerszám vezetését. A szerszám perselyben való vezetésének három típusa ismeretes (34.a, b, és c ábra).
- 168 -
a., A megvezetésnek azt a formáját mutatja, amikor a dörzsár dolgozó részét vezetjük a perselyben. Előnye a vezetési módnak, hogy kicsi a hajlítás karja, hátránya, hogy a persely is koptatja a dörzsár fogait, tehát kisebb éltartamot eredményez. b., E megoldásnál kiküszöbölik a fogak fokozottabb igénybevételét, de a megvezetés távolabb kerül az erő támadási helyétől.
10.34. a, b, c ábra c., Ez a megoldás biztosítja a legjobb vezetést. Alkalmazása azonban nem mindenhol lehetséges. A dörzsárakat mind hengeres, mind kúpos felületek megmunkálására használják. A dörzsár anyaga lehet szénacél és ötvözött acél, mert kis mennyiségű forgácsot választ le. A kopásellenállóság növelése érdekében egyre több gyorsacél és keményfémlapkás dörzsár kerül forgalomba.
- 169 -
11. MENETMEGMUNKÁLÁS A gépgyártásban a menetes alkatrészek gyártása igen gyakori. A menetmegmunkálás az alkatrész rendeltetésétől függően furatban vagy palástfelületen történik. Ennek megfelelően a menetmegmunkáló szerszámok két nagy csoportba oszthatók: 1. furatban dolgozó (belső) és 2. palástfelületen dolgozó menetmegmunkáló szerszámokra. Mindkét menetkészítésnél számos eljárás ismeretes, melyek közül adott esetben a legmegfelelőbbet kell kiválasztani. Ezek a menetmegmunkálási eljárások az alábbiak szerint csoportosíthatók: Menetmegmunkálás Furatban
Palástfelületen
1. Menetfúrás
Menetmetszés
2. Menetesztergálás
Menetesztergálás
3. Menetmarás
Menetmarás
4. Menetköszörülés 5. -
Menetköszörülés Menetmángorlás, menethengerlés
A felsorolt menetkészítési eljárások közül leggyakrabban a menetfúrás és a menetmetszést alkalmazzák, ezért ezekkel részletesebben foglalkozunk.
11.1. FURATBAN DOLGOZÓ MENETMEGMUNKÁLÓ SZERSZÁMOK
Menetfúró A menetfúró igen elterjedt forgácsoló szerszám. Termelékenysége nagyobb, mint az előbb felsorolt menetkészítő eljárásoknak. A pontosság, amit ezzel a szerszámmal el tudunk érni, kielégítő. Ha nagyobb pontosságú menetet kell előállítani, mint amit menetfúróval el lehet érni, használjuk az
- 170 -
előbb felsorolt módok valamelyikét. Nagy előny a menetfúrónak, hogy a szerszám egyszerű és könnyen kezelhető. Kis átmérőjű furatokba csupán menetfúróval készíthetünk meneteket. A menetfúró tulajdonképpen olyan csavar, melynél hornyok segítségével forgácsoló éleket képezünk ki. A forgácsleválasztás fokozatosságát a bekezdő részre munkált kúp segítségével biztosítjuk. A leválasztott forgács mérete függ a szerszám menetemelkedésétől, valamint a bekezdő rész kúposságától. A szerszám felépítése a 1. ábrán látható. Dolgozórésznek nevezzük a szerszámnak a menettel és horonnyal ellátott részét (1. ábra l1+l2 jelű szakasz). A bekezdőrész a szerszám kúpos része. Ez a rész hatol be a furatba, és végzi a menetkialakítás legnagyobb részét. A kúposítás folytán a menetfúró egyes menetei lépcsősen emelkednek, míg el nem érik a teljes menetméretet. A bekezdő rész alkotója által bezárt kúpszöget (2)-vel jelöljük.
11.1.ábra
11.2. ábra
A menet hengeres felületen van kiképezve, majd kúposra köszörülve (2. ábra). A forgácsleválasztást a lépcsős fogelrendezés biztosítja (3. ábra). A bekezdő
részen
a
hátlapot
palástfelületen
az
()-nak
megfelelően
hátraköszörülik. A szabályozórész a bekezdőrészhez csatlakozik, hengeres kivitelű és a menet végleges kialakítását végzi.
- 171 -
A
szerszám
szára
sima
hengeres,
amelyből
kézimenetfúróknál
négyszögletes részt alakítanak ki. A nyomaték átadása a négyszögű szárvégen történik. A szerszám hossztengelye mentén hornyokat munkálunk ki, ezáltal biztosítják a vágóéleket és a megfelelő forgácsteret. A hornyok általában párhuzamosak a szerszám tengelyével. Készítenek menetfúrókat ferde horonnyal is. A horony ilyen esetben csavarvonal szerint helyezkedik
el
a
menetfúró
törzsén.
A
horony
ferdeségének
a
forgácsterelésnél van szerepe. Lehet jobbmenetű és balmenetű horony, attól függően, hogy átmenő vagy zsáklyukba dolgozik-e a szerszám.
11.3. ábra A hornyok száma a menetfúró átmérőjétől és a menetemelkedéstől függ. Általános használatra készült menetfúróknál a hornyok száma 2-6 között változik. Növekvő átmérő esetén a hornyok száma is emelkedik, míg a menetemelkedés növekedésével a hornyok száma csökken. A két horonnyal készült
menetfúrónál
a
vezetés
nincs
eléggé
biztosítva.
Gyártás
szempontjából törekednünk kell a páros fogszám kialakítására, mert a mérés egyszerűbb.
Törzsvastagság A
forgácshornyok
tövét
érintő
kör
átmérőjét
törzsvastagságnak
nevezzük. (Csigafúróknál megfelel a lélekvastagságnak.) A törzs biztosítja a menetfúró szilárdságát. A törzsvastagságot, ugyanúgy, mint a hornyok számát, az átmérőtől teszik függővé. A törzsvastagságot (A) a külső átmérő (0,25-0,6) – szorosára választják. Könnyűfémek megmunkálására készült menetfúróknál a kisebb értéket ajánlatos választani, kemény anyagoknál pedig
- 172 -
a törzsvastagság a nagyobb értékek felé tolódik el. A szilárdság növelése érdekében a törzsvastagság a befogórész felé vastagodik.
Vágószárnyak A
törzsből
kiemelkedő
bordák
alkotják
a
vágószárnyakat.
A
vágószárnyak méretei is befolyásolják a szerszám szilárdságát. A szilárdsági befolyásán kívül szerepük van a forgácstér kialakításában is. A vágószárny szélessége (v) (0,33-0,44)-szerese a fogosztásnak (t-nek), (4. ábra).
Homlokszög A menetfúró homlokfelületét kétféle módon szokásos kiképezni: horgasan és sík felülettel. Horgas kiképzésű homlokfelületet tüntet fel a
5.a
ábra. Ez a kiképzési mód jobb forgácslegördülést biztosít. Így a forgács spirál alakban helyezkedik el, miáltal kisebb a helyszükséglete. Hátránya azonban, hogy a homlokszög helyes értékének betartása nehézkes. A 5.b ábrán síklappal készült menetfúró látható. Ennél a kiképzési módnál a homlokszög betartása nem okoz nehézséget, de rosszabb a forgácsvezetése.
11.4.ábra
11.5. ábra
A homlokszög értéke általában nagyobb, mint nulla. Nagysága a megmunkálandó anyagtól függően =6-16o, amely a szerszám hossztengelye mentén állandó. Hátszög
- 173 -
Hátszög szempontjából külön kell tárgyalnunk a menetfúró kezdő- és szabályozórészét. A bekezdőrészt, mely a forgácsolás zömét végzi, minden esetben hátszöggel kell ellátni. A hátszög értékét az anyag minőségétől függően =68o-ra választják. A szabályozórészen hátszöget nem képeznek ki. Ilyen kialakítás forgácsolás szempontjából kedvezőtlen ugyan, de a menetkészítés ezt megkívánja. Furatból a szerszámot visszacsavarással távolítják el. Hátszög esetén a horonyban levő forgács a hátlap és a munkadarab közé kerülne, és így a menetet tönkretenné. Részben ez az oka, hogy a simítórészen nincs hátszög. A szerszám utánélezése mindig a homloklapon történik. Hátszög esetén az átmérő változna, és nem tenné lehetővé a pontos menetek gyártását. Általában jobbra vágó menetfúrókat készítenek. Kivételes esetben (balmenetű anyák készítéséhez) készítenek balos menetfúrót is. Egyébként a balos menetfúró felépítése megegyezik a normál menetfúrókéval. Menetfúró anyagának megválasztásánál elsőrendű szempont az edzési elhúzódások, vetemedések elkerülése. Ezért olyan anyagokat kell választani, amelyek elhúzódásra nem hajlamosak és amellett kopásállók. A megengedhető forgácsolási sebesség menetfúrásnál kicsi és ez nem teszi
indokolttá
a
jobb
minőségű
anyagok
felhasználását.
Menetfúró
készítésére általánosan használják azokat az ötvözött szerszámacélokat, melyek elhúzódásra nem hajlamosak. Kemény anyagok nagy teljesítményű megmunkáláshoz
gyorsacél
menetfúrókat
is
használnak.
Jó
kopásálló
tulajdonsága miatt ma már keményfémlapkás menetfúrókat is készítenek. Gépi menetfúrók A termelékenység növelésére a kézi menetfúrókon kívül gyártanak gépi menetfúrókat is. A gépi menetfúrók szerkezeti felépítése elvben megegyezik a kézimenetfúrókéval. A gépi menetfúrók rendszerint egy darabból készülnek, így
az
elővágórészhez
készrevágórész.
Ennek
közvetlenül megfelelően
csatlakozik általában
az
utóvágó-,
hosszú
menetes
majd
a
résszel
készülnek. Szárrészük hosszú, annak érdekében, hogy mélyebb furatokba is végrehajtható legyen a menetfúrás. A gépi menetfúrók egyik fajtája a hajlított szárú anyamenetfúró. Csavaranyák nagytömegű gyártásához használják.
- 174 -
Menetmetszők gyártásához különleges pontosságú menetmegmunkáló szerszámokat használnak: mestermenetfúrót, tisztítómenetfúrót és menetcsiszoló tüskét. A menetfúrók élezését mindig homloklapon kell végezni. A megfelelő homlokszög betartása úgy érhető el, hogy a szerszámot az ábrának megfelelő módon csúcsok közé fogják és (h) távolsággal elforgatják (6. ábra). Az elforgatás mértéke
h
D sin . 2
11.6. ábra
11.2. MENETMEGMUNKÁLÁS PALÁSTFELÜLETEN
- 175 -
Menetmetszés Külső menetek készítésének leggyakrabban használt szerszáma a menetmetsző. A menetmetszővel való menetkészítés egyszerű, gyors és könnyen végrehajtható. Pontossága a gyakorlati igényeket általában kielégíti. Használják mind egyedi, mind tömeggyártásnál. A
menetmetsző
tulajdonképpen
egy
anya,
amelyben
furatok
segítségével forgácsoló éleket képeznek ki. A bekezdőrészen kúpfelület kiképzésével megszabják a foganként leválasztandó forgácsvastagságot. A menetmetsző általános kivitele tárcsa alakú (7. ábra). Az ilyen tárcsa alakú „kerek” menetmetszőt főként kisebb csavarok készítésére használják, nagyobb
méretű
csavaroknál
általában
utánállítható
kivitelű
metszőt
használnak. A leválasztott forgács a hornyokon keresztül távozik. A hornyok száma a készítendő menet átmérőjétől, valamint a menetemelkedéstől függ. A furatok száma és mérete, valamint a vágandó menet átmérője szabja meg, hogy mekkora legyen a külső átmérője. A szerszám külső átmérője nem választható szabadon, mert szabványosították. Így egy metszőkeret több szerszámméret befogadására is alkalmas.
11.7. ábra
11.8. ábra
A metsző homlokfelülete, éppúgy, mint a menetfúrónál, kétféle lehet: horgas és egyenes. A horgas homlokfelületű metsző (8. ábra) gyártás és utánköszörülés szempontjából kedvezőbb. A forgács leválasztása is előnyös. Hátránya, hogy a homlokszög pontos betartása nehéz. Egyenes homloklapú szerszámok gyártásánál a furatok helyzetére nem szükséges olyan szigorú tűrés, mert a menet és forgácshorony részére készült
- 176 -
furat közötti anyagrészt áttöri, és a homlokszögnek megfelelően lemunkálják. A sík homloklappal készült szerszám utánköszörülése nehézkesebb, és a forgács leválasztása is kedvezőtlenebb. A homlokszög pontos betartása könnyebben megvalósítható (9. ábra). A homlokszög értéke mindig a megmunkálandó anyagtól függ. Általában 10-25o közötti értékű. Kemény anyagoknál kisebb, lágy anyagoknál a nagyobb értékek kedvezőbbek. A kedvező forgácstér eléréséhez megfelelő méretű vágószárnyat kell kiképezni. Ennek érdekében ajánlatos a
b (0,6 0,7) c viszonyszámot tartani. Ilyen kiképzéssel kedvező összhangot lehet teremteni a szerszám szilárdsága, éltartama és súrlódó felület között. A bekezdőkúp (7. ábra) (2) értékű szöggel készül. A kezdőkúpot rendszerint mindkét oldalon kiképezzük, és ezáltal a szerszám bármelyik oldalról egyformán használható. A szerszám kúpszöge az anyagminőségtől függően 2=40-70o-ra választható.
11.9. ábra
- 177 -
Hátszög a bekezdőkúpon szükséges, míg a simítórészen a hátszög nulla. (Ugyanolyan meggondolások alapján mint a menetfúrónál.) A
simító-(kalibráló)-rész
hossza
3-5
menetemelkedésnyi,
ami
a
szerszám rendeltetésétől (nagyoló, simító) függ. A szerszám teljes vastagsága 7-9 menetemelkedés. A menetmetsző anyagát ugyanolyan meggondolások szerint választjuk meg, mint a menetfúrókét. A menetmetsző anyagát ugyanolyan meggondolások szerint választjuk meg, mint a mentfúrókét. A menetmetsző újraélezését mindig a homloklapon kell végrehajtani. Szerelt kivitelű menetmetszők gépi idő és menetminőség szempontjából felülmúlják a kerek menetmetszőt. A szerelt kivitelű menetmetszők rendkívül nagy előnye, hogy a kopásból adódó méretváltozások utánállíthatók. Készítik önnyíló
kivitelben
is,
melynél
a
visszacsavarás
elmarad,
ezáltal
termelékenyebb a szerszám. A szerelt kivitelű menetmetszők készülnek hasáb alakú késekkel, mind sugárirányú,
mind
érintőleges
elrendezéssel,
valamint
körkésekkel.
A
késelrendezési vázlat a 10. ábrán látható. A menetmetszőfejben lévő késeket még egymás között sem szabad felcserélni,
mivel
azok
egymáshoz
képest
(h/n)
értékű
tengelyirányú
profileltolással vannak behelyezve. A menetesztergálás kistermelékenységű, pontos menetkészítési eljárás. Használják egyedi vagy kissorozat gyártásban, valamint különleges menetek készítésekor.
11.10. ábra A menetesztergálás legegyszerűbb szerszámai a menetvágókések. Nagy menetemelkedésnél a menetvágókés működő hátszöge és homlokszöge eltérnek a gyártási szögektől. Trapéz és laposelemek készítésekor, valamint nagy
menetemelkedés
(több
bekezdésű
menetek)
esetén
a
szerszám
hátszögét 1=8o+0,9, míg az 2=8o-0,9 értékűre kell kiképezni (11. ábra).
- 178 -
A menetvágókés homlokszöge a menetemelkedési szögnek () megfelelően változik. A 11.b ábrán mindkét oldalon azonos a homlokszög értéke =0o. A termelékenység növelése érdekében több forgácsolóéllel ellátott menetkéseket használnak: fésűs menetkéseket és fésűs körkéseket
(12.
ábra). Menetmarás. A sorozat- és tömeggyártás esetén gyakran használt menetmegmunkálási eljárás, mivel termelékenysége és pontossága megfelelt az általános követelményeknek. Nagy hátránya a szóbanforgó eljárásnak, hogy furatban csak nagy átmérőknél lehet használni. A menetmarás végezhető: tárcsás menetmaróval, hengeres (fésűs) menetmaróval és örvénylő menetmarással. A tárcsa alakú menetmaró sugárirányú szelvénye a készítendő menet profiljához igazodik. A tárcsás menetmarót főként trapézmenetek nagyoló megmunkálására,
míg
hegyesszögű
(éles)
menetek
készítésére
ritkán
használják. Készítik szimmetrikus (13. ábra) és aszimmetrikus (14. ábra) kivitelben. Hengeres
menetmarókat
hegyesszögű
(éles)
menetek
megmunkálásához használják, abban az esetben ha a készítendő menet viszonylag rövid. Igen termelékeny menetkészítési eljárás, mivel a menet a munkadarab valamivel több mint egy fordulata alatt elkészül, miközben a maró
tengelyirányban
egy
menetemelkedésnyit
elmozdul.
A
hengeres
menetmaró hátraesztergált kivitelben készül, melyen a menet profilja egymás mellett párhuzamosan (fésűsen) alakítják ki. Profiltorzulással kell számolni abban az esetben, ha a szerszám homlokszöge 0o.
11.11.ábra
- 179 -
11.12. ábra
11.13. ábra
11.14. ábra
Örvénylő menetmarás szintén termelékeny menetkészítési eljárás. Használják külső és belső menetek készítésére egyaránt. A marófej különleges szerszám, hajtóberendezésével együtt az esztergapad szánjára szerelik. Mind a tárgy, mind a szerszám forgómozgást végez, a menetemelkedésnek megfelelően pedig a szerszám a szánnal együtt hosszirányban elmozdul. Az örvénylő menetvágófejben több kést fognak be, mely kések keményfémlapkás
kivitelben
is
készíthetők
(15.
ábra).
Belső
menetek
készítésére szolgáló menetvágófejeknél a korlátozott hely miatt igen gyakran csak egyetlen kést szerelnek a menetvágófejbe (16. ábra). Menetköszörülés. Menetköszörülést pontosság és a felület minőségének fokozása érdekében használják. A köszörülés rendszerint befejező művelet míg a nagyolást egyéb, termelékenyebb megmunkálási eljárással végzik. Nagy előnye a menetköszörülési eljárásnak, hogy ezzel edzett alkatrészek is megmunkálhatók. Menetköszörüléshez használják a fésűs és a tárcsás köszörűkorongokat.
A
fésűs
menetköszörűkorong
palástfelületén
a
menetszelvényeknek megfelelő kialakítás van, melyet edzett görgőkkel készítenek. A fésűs köszörűkorong termelékenysége nagyobb, mint a tárcsás köszörűkorongoké. A tárcsás köszörűkorongok pontosság szempontjából felülmúlják a fésűs köszörűkorongokat, de kisebb a termelékenységük. A tárcsás köszörűkorongokat gyémántlehúzással alakítják ki. Menetmángorlás,
menethengerlés.
Az
eddig
ismertetett
menetkészítési
eljárások közös jellemzője, hogy a menet kialakítását forgácsolással végzi. Menetmángorlásnál és menethengerlésnél forgácsolás nincs, mivel a menet kialakítása a képlékeny alakítás következtében jön létre. Ennek tudható be, hogy az így készült csavarorsók kedvezőbb szilárdsági tulajdonságúak.
- 180 -
11.15. ábra
11.16. ábra
A menetmángorlás (17. ábra) két tömör lapból álló szerszámmal történik, amelynek dolgozó felületén megtalálható a behúzó-, szabályzó- és befejező- (kiszabadító-) szakasz. A behúzószakasz hossza minimálisan, egyenlő a készítendő csavarorsó középátmérőjének kerületével. Körülbelül ugyanekkorára választják a kiszabadító-, befejezőrészt is. A szabályozórész hosszának megválasztásakor abból kell kiindulni, hogy a munkadarab a mángorlópofák
között
legalább
2-3
fordulatot
végezzen
a
csavar
rendeltetésétől és pontosságától függően. A menethengerlés párhuzamos tengelyű görgők segítségével történik. Mindkét görgő egy irányban forog, és a görgők palástfelületére munkált menet radiális irányú előtolás hatására a munkadarabba nyomódik. A menethengerléssel előállított csavarorsónak a felületi és pontossági jellemzői kedvezőbbek mint a mángorolt meneteké. A menethengerlőgörgők átmérője mindig többszöröse a készítendő csavarorsónak. Ennek megfelelően a görgőre munkált
menet
bekezdésének
száma
a
szerszám
és
a
munkadarab
átmérőjének viszonyából adódik. A menethengerlés elvi vázlata a 18. ábrán látható. Mind menethengerléskor, mind menetmángorláskor a munkadarab kiindulási átmérőjét kísérletileg célszerű meghatározni. Általában a kiindulási átmérő a menet középátmérője körül ingadozik.
- 181 -
11.17. ábra
11.18. ábra
11.3. A FORGÁCSOLÁSI ADATOK MEGHATÁROZÁSA MENETMEGMUNKÁLÁSKOR Menetmegmunkáláskor a gazdaságos forgácsolási sebesség kiszámítása lényegesen körülményesebb feladat, mint egyéb forgácsolási eljárásoknál. Ennek oka, hogy számos tényező befolyásolja a forgácsolás feltételeit. Minden menetmegmunkáló szerszámnál az éltartam kritériuma a szerszámon mérhető hátkopás.
Tájékoztatásul
az
alábbiakban
néhány
szerszámra
a
még
megengedhető hátkopás értékeit közöljük. Automata anyamenetfúró
=0,5D
Gépi menetfúró, acélra
=0,125D
Gépi mentfúró, öntöttvasra
=0,07D
Kerek mentmetsző
=0,1D0,5
Önnyíló menetvágó fej
=0,35D0,5
Fésűs menetmarók átmérőtől függően
=0,4-0,6 mm
A
szerszám
gazdaságos
éltartamideje
a
szerszám
típusától
és
rendeltetésétől függően a táblázatban tárgyalt irányelvek alapján határozható meg. Az ajánlott gazdaságos éltartamidő különböző menetmegmunkáló szerszámoknál az alábbiak. Gépi menetfúrók
90
Gépi menetfúró öntött vas megmunkálásánál
60
Anyamenetfúróknál
150
Menetmetszőknél
90
Önnyíló menetvágófejeknél
120
- 182 -
1. táblázat Menetmegmunkáláskor a hűtőanyag használata kedvező a készített menet felületi érdessége, valamint a szerszám éltartama szempontjából. Hűtőanyagként emulziót (víz+ olaj+szóda), növényi olajokat, petróleumot vagy ásványi olajakat használnak. Menetmegmunkáláskor a forgácsolási sebesség
általában
kicsi,
pl.
önnyíló
fejeknél
vmax=14-16
m/min.
gazdaságos forgácsolási sebesség meghatározására szolgáló képletek a táblázatban találhatók. Ugyancsak e táblázatban
tüntettük
A 1.
fel a
forgácsoláshoz szükséges nyomaték meghatározására szolgáló képleteket is. A közölt képletek éles szerszámra vonatkoznak, míg kopott szerszámnál a számított érték többszöröse is lehet. Példa Öntöttvasba kell M16-os menetet gépi menetfúróval készíteni. Mekkora forgácsolási teljesítmény adódik, ha a kívánt éltartam T=60 min. A menetfúró menetemelkedése h=1,5 mm. A forgácsolási sebesség a 1. táblázatból: 8,5 D1, 2 8,5 1,61, 2 v 0,6 1, 2 0,6 12,6 m / min . T h 60 1,51, 2
- 183 -
A menetfúróhoz szükséges nyomaték: M=1,3D1,4h1,5 =1,3161,41,51,5=117 cmkp. A
forgácsoláshoz
szükséges
teljesítményt
a
nyomaték
határozhatjuk meg.
M 71620
n
Pf n
ebbőb R f
M n , 71620
1000 v 1000 12,6 252 ford / min, D 16
Pf
117 252 0,41 LE 0,301 kW . 71620
képletéből
- 184 -
12. HOMLOKMARÁS A forgácsolási teljesítmény növelésének egyik hatásos módja a fogásban lévő forgácsoló élek számának szaporítása. Maráskor ez az elv könnyen megvalósítható,
mivel
egyidejűleg
általában
több
fog
forgácsol.
A
homlokmarásra jellemző, hogy a szerszám végzi a forgácsoló főmozgást, a fogásvétel és az előtolásirányú mellékmozgást pedig a tárgy. Homlokmaráskor a szerszám tengelye általában merőleges a megmunkált felületre. A
homlokmarás
végezhető
tömör
és
szerelt
kivitelű
forgácsoló
szerszámmal. Homlokmaráson általában betétkéses homlokmaróval végzett megmunkálást értenek. A betétkéses homlokmaró általános kialakítása a ábrán látható.
1.
- 185 -
12.1. ábra
12.1. A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS KÖRÜLMÉNYEI HOMLOKMARÁSNÁL A forgácsleválasztás szempontjából általános követelmény, hogy a szerszám átmérője nagyobb legyen a munkadarab szélességénél. A szerszám forgómozgása
és
a
tárgy
egyenesvonalú
előtolásirányú
mellékmozgás
következtében a forgácsleválasztás ciklois görbe mentén megy végbe. (Kör gördül egyenesen.) Számításaink során a ciklois helyett körívvel számolunk; az így elkövetett hiba gyakorlati számításoknál megengedhető. A forgácsolóerő és a teljesítmény meghatározásakor – a gyakorlati követelményeknek megfelelően – szükséges vizsgálni az elhelyezési szög és a beállítás hatását a forgácsoló erőre. Az egyszerűség kedvéért válasszuk a szerszám elhelyezési szögét 90o-ra, akkor amikor a munkadarab tengelye egybeesik
a
szerszám
tengelyével.
(Szimmetrikus
elrendezés.)
A
forgácsleválasztás vázlata a 2. ábrán látható. Mivel egyidejűleg több fog dolgozik, így helyes beállítás esetén minden fog azonos méretű és alakú
- 186 -
forgácsot választ le. Az egy fog által leválasztott forgácsvastagságot (e1)-gyel jelöljük, és fogankénti előtolásnak nevezzük. A forgácsleválasztás törvényszerűségét vizsgálva megállapítható, hogy a forgácsvastagság nem azonos az ív mentén. Be- és kilépéskor a szerszám sugárirányban
mért
forgácsvastagság
a
legkisebb,
és
legnagyobb
a
szimmetriatengelynél. A
számítások
során
sem
a
minimális
sem
a
maximális
forgácsvastagsággal nem számolhatunk, hanem a forgácsvastagság közepes értékével (ek) kell számolni. A 2. ábra szimmetrikus megmunkálást mutat, így a belépési és a kilépési forgácsív szög () azonos értékű.
12.2.ábra A forgácsoló erő meghatározásakor az (ek) értékét számítással kell meghatározni, mivel ennek mérése rendkívül nehézkes lenne. Az egy fog által leválasztott forgácskeresztmetszetnél a szerszám élén fellépő erő: Ff1=kq. Az egy fog által leválasztandó forgácskeresztmetszet q1=ekl, mivel =90o
l=f,
- 187 -
így q1=ekf. Mivel szimmetrikus a megmunkálás, így elegendő a munkadarab fél szélességével számolni.
b e b ek f e1 , ek 1 2 2i i
D . 360
ek
2. 3.
e1 b 360 . 2 D
Visszahelyettesítve a 1. képletbe, kapjuk az egy fogra jutó főforgácsoló erőt
Ff 1 k f ek k f
e1 b 360 . 2 D
4.
Megmunkálás közben egyidőben több fog is forgácsol. Éppen ez az előnye a marásnak, hogy egyszerre több fog is dolgozik. Nekünk az átlagos forgácsoló erőre van szükségünk, tehát figyelembe kell vennünk az egyidőben fogásban lévő fogak számát. Az egyidőben átlagosan fogásban lévő fogak számát ()-vel jelöljük, és kapcsolási számnak nevezzük.
Ff k f
e1 b 360 . 2 D
5.
A kapcsolási szám meghatározásánál a teljes forgácshosszat figyelembe kell vennünk, tehát (2i)-vel számolunk.
2i t
6.
- 188 -
(t) fogosztás, amelyet meghatározhatunk a szerszám átmérőjének (D), valamint a fogszámnak (z) ismeretében.
t
D . z
7.
A 6. képletbe behelyettesítve a 3. és a 7. összefüggéseit kapjuk:
2 i z 2 z D 2 z . D 360 D 360
8.
A 8. eredményt behelyettesítve a 5. képletbe:
Ff
k f e1b 360 2 z k f b e1 z . 2 D 360 D
Szükséges, hogy meghatározzuk a forgácsolás teljesítményét is. P
Ff v 60 75
LE
Ff v 60 75 1,36
kW
ahol
v
D n m / min . 1000
Visszahelyettesítve a forgácsoláshoz szükséges teljesítmény:
N
k f b e1 z D n k f b e1 z n LE k f b e1 z n kW D 4500 1000 4500 1000 4500 1000 1,36
A képletben szereplő (e1) a fogankénti előtolást, (z) a fogszámot, (n) pedig a szerszám percenkénti fordulatszámát jelenti. A három adat szorzata adja a percenkénti
előtolás értékét.
Marógépeknél
ugyanis az asztal
sebességét szoktuk megadni, amely megfelel a percenkénti előtolásnak. Az előtolás sebessége tehát S=e1zn mm/min
9.
Ezt a teljesítmény képletébe behelyettesítve, kapjuk, hogy
P
k b f S LE k b f S kW 1000 4500 4500 1000 1,36
10.
- 189 -
Számításainkat 90o-os elhelyezési szögű szerszámnál arra az esetre végeztük, amikor a szerszám tengelye a munkadarab szimmetria-tengelyében volt. A gyakorlatban azonban ritkán dolgozunk 90o-os elhelyezési szögű szerszámnál. Rendszerint a 90o. Egyélű szerszámoknál (esztergálás) láttuk, hogy 90o-os elhelyezési szög esetén ek=e. Abban az esetben, ha a szerszám elhelyezési
szöge
kisebb
volt,
mint
90o,
az
élre
merőleges
forgácskeresztmetszetet vettük figyelembe. Marásnál is szükséges, hogy ezt a módszert kövessük. Az előbb levezetett számításaink során a forgácsív mentén változott a forgács sugárirányú mérete. Ezért számoltunk (ek)-val. Minthogy a homlokmaró elhelyezési szöge változik, ezért szükséges olyan esetben is meghatározni a forgácsoló erőt és a teljesítményt, ha 90o. Ilyen megmunkálást mutat a 3. ábra. Az (ek)-nál vegyünk fel egy metszetet (3. ábra). A metszet nagyon hasonlít az esztergálásnál megismert forgácskeresztmetszethez. Mivel ezt a keresztmetszetet az ív mentén az (ek) helyen vettük fel, így a mérete (ek) és (f). Számításaink során mindig az (ek) és (l) értékekkel számoltunk. Most
a
forgács
egyik
mérete
(ek),
amely
az
ívmenti
közepes
forgácsvastagságot jelenti, nekünk pedig az élre merőleges mérettel kell számolni, ezért ezt a méretet (ekk)-val jelöljük. A forgácskeresztmetszet tehát: q1=ekf=ekkl
11.
- 190 -
12.3. ábra A forgácsközépvastag a 3. ábra alapján: ekk=eksin
12.
Az előbbi esetben (a 2. képlet) az ek-t már meghatároztuk, amely szerint
ek
e1 b . 2i
Ezt visszahelyettesítve a 12. képletbe, kapjuk:
ekk
e1 b sin , 2i
l
q1 ekk l
f sin ,
e1 b sin f e b f 1 , 2i sin 2i
Fn k q
k e1 b f . 2i
13.
- 191 -
Forgácsoló erő meghatározásánál a kapcsolási számot is figyelembe kell
2i t
Ff Pf 1
Ff v 4500
D . z
k e1b f 2 l k e1 b f , 2i t t
k b f e1 z . D
Ft
P
t
ahol :
k b f e1 z D n k f b e1 z n , 4500 D 1000 1000 4500
vennünk, méghozzá a teljes ív mentén.
mivel
e1 n z S ,
P
k b f S LE k b f S kW 1000 4500 1000 4500 1,36
15.
Számításaink arra az esetre végeztük, amikor belépésnél és kilépésnél a forgácsvastagság azonos. A gyakorlatban a beállítás szemre történik, amely nem biztosítja, hogy a forgácsvastagság belépésnél és kilépésnél ugyanolyan méretű. Ez esetben a munkadarab szimmetriatengelyén kívül van a szerszám tengelye. Ilyen esetben a levezetés némiképpen módosul, mert a belépési ív szöge, (1) nem azonos a kilépési ív szögével, (2)-vel. Ilyen esetben a forgácsvastagságot a teljes ív figyelembevételével kell meghatározni. A levezetés
egyszerűsítése
érdekében
ismét
90o-os
elhelyezési
szögű
szerszámmal számolunk. A forgácsleválasztás a 4. ábrának megfelelően történik.
ek i e1 b, ek
i
e1 b , i
D (1 2 ) , 360
16.
17.
- 192 -
12.4. ábra
i t
D (1 2 ) z z (1 2 ) , 360 D 360
18.
Pf=kq=kekf,
F
k f e1 b 360 z (1 2 ) k f b e1 z , D (1 2 ) 360 D
P
19.
k f b e1 z n LE k f b e1 z n kW 1000 4500 1000 4500 1,36
20.
A levezetett képletek (10., 15., 20.) alakra megegyeznek, jóllehet a kiindulási feltételek különbözőek. A kapott eredmények is eltérnek, mert az (ek) értékek azonos fogankénti előtolásnál a tárgyalt példák szerint is különbözők. A fajlagos forgácsolási erőt mindig az (ek) függvényében határozzuk meg, amely azt eredményezi, hogy azonos (e1), (f) és (b) esetén különböző (Ff) és (P) értékeket kapunk. A változás tehát az (e k) és a (k) értékeiben található. A
levezetések
során
is
láttuk,
hogy
a
forgácsolóerő
értéke
nagymértékben függ a kapcsolási számtól. Betétkéses homlokmaróval való megmunkálásnál,
belépésnél
a
szerszám
csaknem
teljes
forgácskeresztmetszetet választ le, ami azt jelenti, hogy az egy fogra eső forgácsoló erő belépésnél majdnem eléri a maximális értéket. Három különböző kapcsolási számmal dolgozó szerszámot veszünk vizsgálat alá.
- 193 -
A 5. ábrán azt az esetet tüntettük fel, amikor a kapcsolási szám kisebb egynél. Ez nagyon kedvezőtlen, mert az erőhullámzás 100%-os. Van idő, mikor a szerszám a maximális Ff-fel dolgozik, majd kilépés után a forgácsoló erő értéke nulla. Az ilyen megmunkálást lehetőleg kerülni kell.
12.5. ábra
12.6. ábra
12.7. ábra
A 6. ábrán látható diagramnál erőhullámzás alig van. Ez az ideális eset =1 kapcsolási
számmal
volna
elérhető.
Gyakorlatilag
azonban
a
=1-et
megvalósítani rendkívül nehéz; ilyen csak véletlenül szokott előfordulni. A 7. ábrán feltüntetett diagramnál a kapcsolási szám nagyobb egynél. Van idő tehát, amikor egy fog van fogásban, és van idő, mikor kettő vagy esetleg több fog is van fogásban. Gyakorlatilag ezzel az esettel találkozunk legtöbbször. A szerszámtervezésnél arra kell törekednünk, hogy a kapcsolási szám mindig nagyobb legyen egynél. Általában a () értékét 2-3-ra választjuk, mert így az erőhullámzás kedvezőbb. A nagy () érték sűrű fogszámot és kis (ek)-t eredményez. Az (ek) érték csökkenésével nő a fajlagos forgácsolási erő értéke, ami a forgácsolás szempontjából kedvezőtlen. Legkedvezőbb, ha a () értéke 1 és 2 között van. Így az erőhullámzás kb. 50%. Ezt is azonban csak közel azonos méretű (b) munkadaraboknál tudjuk betartani. Minthogy () az átlagosan fogásban lévő fogak számát jelenti, így ez rendszerint nem egész szám, és átlagos forgácsoló erő meghatározásánál nem is kell kerekíteni. A betétkéses homlokmaró igen termelékeny forgácsoló szerszám. Nagyméretű sík felületek mind termelékenység, mind felületi érdesség szempontjából előnyösen munkálható meg betétkéses homlokmaróval. A gazdaságos
forgácsolási
sebességet
acél
megmunkálása
esetén
keményfémlapkás szerszámra az alábbi képlettel lehet meghatározni.
v300
Cv D0, 2 KT K SZ K av K v y f 0,06 e1 b0, 2
m / min .
21.
- 194 -
A képletben szereplő (Cv) éltartamállandó, a megmunkálandó anyag függvényében állapítják meg. Értéke függ a fogankénti (e1) előtolástól. Kis fogankénti előtolások esetén a (Cv) értéke nagyobb. Erre vonatkozó adatok, valamint az (y) hatványkitevő értékei a 1. táblázatban találhatók. A 21. képletben a gazdaságos forgácsolási sebességet 300 min-re lehet meghatározni, míg a szerszám gazdaságos éltartamidejét az élőállítási költségtől és az utánélezés körülményeitől függően 200-600 percre szokás választani. Az alapéltartam időtől való eltérés esetén módosítótényezőt használunk.
A
(KT)
éltartammódosító
tényező
értékeire
különböző
megmunkálandó anyagnál a 2. táblázat tartalmaz adatokat.
1. táblázat.
2. táblázat Az éltartammódosító tényező tetszőleges időre meghatározható a már ismert összefüggéssel m
T KT 0 , T (T0) a 300 perces éltartam, (T) a kívánt éltartamidő, az (m) hatványkitevő értéke a megmunkálandó anyagtól függően (m=0,2 ha B100 kp/mm2; m=0,25, ha B100 kp/mm2) vehető fel. A (KSZ) módosítótényező a keményfémlapkák forgácsoló tulajdonságai közötti különbségből adódik, míg a (Kav) a tárgy anyagának módosító tényezője. A (Kv) értékei az anyagminőségtől függően: Szerkezeti acél: 0,6%C
Kv=1,00
0,6%C
Kv=0,85
Króm-, krómnikkel-, krómvanádium ötvözött acéloknál
Kv=1,1
Mangán-, krómmangán-, krómszilícium ötvözött acéloknál Kv=0,9
- 195 -
Króm- és wolfram szerszámacélok
Kv=0,75
Gyorsacélok, nagy krómtartalmú szerszámacélok
Kv=0,65
A közölt adatok csak merev rendszerre érvényesek. Ha a megmunkálás rezgésre hajlamos, akkor a forgácsolási adatokat csökkenteni kell. A közölt értékek központilag gondosan élezett szerszámokra érvényesek.
12.2. A BETÉTKÉSES HOMLOKMARÓ ÉLSZÖGEINEK VIZSGÁLATA A szerszám gazdaságos üzemeltetése csak megfelelő élszögkiképzéssel biztosítható. A betétkéses homlokmaró kései az esztergakésekhez hasonlóak, de élezésük és beállításuk nagyobb gondot igényel. A 8. ábrán a szerszám élszögeit tüntettük fel. A működés körülményeinek figyelembevételével a betétkéses
homlokmaró
élszögeit
normál
metszetben
sugárirányú
és
tengelyirányú metszetben kell vizsgálni. A betétkéses elhelyezési szöge () a betétkés palástélének (főélének) a maró tengelyére merőleges síkkal bezárt szöge. A sugárirányú homlokszög (1) a foghomlok és palástélhez húzott sugár
közötti
szög
a
maró
tengelyére
merőleges
síkban
mérve.
A
tengelyirányú homlokszög (1), a homloklapnak a maró tengelyirányával bezárt szöge. Mind a tengelyirányú, mind a sugárirányú homlokszög lehet pozitív, nulla és negatív értékű. A
betétkések
készülhetnek
gyorsacélból
vagy
keményfémlapkás
kivitelben. A gyorsacél kések tömör kivitelűek, és a szerszám élszögeket a megmunkálandó
anyagnak
megfelelő
értékűre
kell
kiképezni
(lásd
esztergálás). A keményfémlapkás betétkéses homlokmarók a gyorsacélkésekhez viszonyítva lényegesen nagyobb teljesítménnyel dolgoznak. Tekintettel arra, hogy a keményfémlapka az ütésszerű igénybevételnek csak megfelelő kialakítás esetén áll ellen, ezért keményfémlapkás betétkéseknél mind a tengelyirányú, mind a sugárirányú homlokszöget negatív értékűre képezik ki.
- 196 -
12.8. ábra A hátszög kiképzésénél gondoskodni kell arról, hogy megmunkálás közben felütközés ne állhasson elő. Ennek megfelelően keményfémlapkás késeknél rendszerint három hátszöget képeznek ki a szerszám hátlapján. Keményfémlapkák megválasztásakor figyelembe kell venni a keményfémlapka hajlítószilárdságát. Acélok megmunkálására a (B), öntöttvas és színesfémek megmunkálására
az
(N),
míg
alumínium-
és
kemény
kéregöntvények
megmunkálására a (K) jelű keményfémlapka használható. Igen
szép
eredményeket
érnek
el
kerámialapkával
felszerelt
homlokmarókkal is. Kerámialapkáknál – épp úgy, mint keményfémlapkánál – a tengelyirányú és a sugárirányú homlokszög negatív értékű.
12.3. A KÉSEK BEFOGÁSA A MARÓFEJBE A
betétkéses
homlokmaró
nagy
sebességgel
dolgozó
forgácsoló
szerszám, ezért a kések befogását különös gonddal kell végrehajtani. Különösen érvényes ez a megállapítás a keményfémlapkás betétkéses homlokmarókra, ahol a forgácsolási sebesség többszöröse lehet a gyorsacél betétkéses marókénak. A
betétkések
befogására
számos
megoldás
ismert,
amelyeket
használnak mind gyorsacél, mind keményfémlapkás késeknél. A merev
- 197 -
megfogás elsőrendű követelmény, mert ezáltal a baleseti veszély csökken. Általában a csavaros, ékes valamint a kettő kombinációját használják a betétkések befogására. A 9. ábrán egyszerű kallantyús késbeerősítő látható, amelyet kis teljesítményű szerszámok készítésénél lehet felhasználni. A 10. ábrán feltüntetett csavaros megfogás valamivel biztonságosabb, mint az előbbi, de nagy teljesítményű betétkéses homlokmarónál nem nyújt teljes biztonságot. Keményfémlapkás betétkéses homlokmaróknál sikerrel használják a 11. ábrán feltüntetett ékes-csavaros befogási módot. Használnak mind keményfém-, mind kerámialapkás homlokmaróknál olyan szerszámokat is, melyeknél a lapka befogása közvetlenül a marótestbe történik. Ezeknél a marótípusoknál is a lapkák beszorítását rendszerint ékescsavaros megfogással biztosítják.
9. ábra
12.10. ábra
12.11. ábra
12.4. A HOMLOKMARÓ FOGSZÁMÁNAK ÉS ÁTMÉRŐJÉNEK MEGHATÁROZÁSA
- 198 -
A betétkéses homlokmaró átmérőjén mindig a forgácsolóélek azt a méretét értik, melyen a kések csúcsai dolgoznak. A szerszám átmérőjét adott (b) szélességű munkadarab megmunkálása esetén nem lehet tetszőlegesen megválasztani, mert a forgácsleválasztás és az egyenletes járás biztosítása lényeges
szempont
a
szerszám
tervezésekor.
Megfelelő
forgácsolási
viszonyokat és egyenletes járást lehet elérni akkor, ha a szerszám átmérője és a munkadarab szélessége között az alábbi arány áll fenn D : b=3 : 2. A fogszám meghatározására több módszer áll rendelkezésünkre, melyek
alapján
figyelembevételével
a
megmunkálási a
betétkések
feltételek
száma
és
a
meghatározható.
szerszámtípus A
fogszám
számítását végezhetjük: a., a szerszámgépek motorjának teljesítményéből, b., a fajlagos forgácsolási teljesítményből, c., a kapcsolási számból d., a kések beerősítésének helyszükségletéből és e., empirikus képletekkel. a., A marógép motorjának teljesítménye megszabja a készítendő maró fogszámát. Törekedni kell arra, hogy a ráhagyást lehetőleg egy fogással válasszuk le, nagy fogankénti előtolással. A forgácsolás teljesítménye adott szerszámátmérő, fogásmélység és előtolás esetén meghatározza a szerszám fogszámát. Ennek alapján a teljesítmény képletéből kifejezhető a fogszám
z
b.,
A
fajlagos
4500 1000 P . k f b e1 n
forgácsolási
teljesítményből
határozható meg a fogszám
z
Pf V f k b f e1 n
.
a
következő
módon
- 199 -
Ehhez azonban ismerni kell a fajlagos forgácsolási teljesítmény értékét. Példaként néhány anyagra az alábbiakban közlünk tájékoztató adatokat:
cm 3 / min LE Acél megmunkálásakor
Vf=15-18
Öntöttvas megmunkálásakor
Vf=23-26
Alumínium megmunkálásakor
Vf=40-45
c., Az egyenletes járás feltétele, hogy egyidőben több fog legyen fogásban, mert így az erőhullámzás kisebb. Általános esetre a kapcsolási számot 2-3-ra, merev rendszernél pedig 1-2-re szokás választani. Ennek ismeretében a fogszám
z
D . 2i
d., A mechanikus késbefogás rendszerint nagy helyet igényel, mely sok esetben megszabja – adott szerszámátmérőnél – a beerősíthető kések számát. Ha olyan megfogási módot használunk, amely sok szerszám befogását teszi lehetővé, akkor a befogható kések számát a megfelelő forgácstér szabja meg. e., A gyakorlatban, a legtöbb esetben empirikus összefüggésekkel határozzák meg a betétkéses homlokmarók fogszámát. z
4 D , 100
z
4 D 2, ha a D 200 mm. 100
ha a D 200 mm,
A betétkéses homlokmaró acéltest, melyben a késeket az előbbi ismertetett módon fogják be. Az acéltest anyagának megválasztásakor gondoskodni kell a tartósságról, amely számos szerszámcserét kell, hogy lehetővé tegyen. Ennek érdekében a szerszámtest anyagát 80-90 kp/mm2 szakítószilárdságú acélból célszerű elkészíteni. A homlokmarók befogása – a szerszámgép főorsójának kiképzésétől függően – általában meredek kúppal történik. Kisebb méretű szerszámoknál a meredek kúpot és a szerszámtestet egy darabból készítik, ezek a nyeles
- 200 -
homlokmarók. Nagyobb átmérőjű szerszámoknál a meredekkúpos tüske cserélhető, és a szerszámtest a tüskére kúpos vagy hengeres felületen kapcsolódik. A betétkéses homlokmarók élezése különös gondot igénylő munka. A megmunkált felület érdességének csökkentése érdekében törekedni kell mind a
tengelyirányú,
mind
a
sugárirányú
beállítás
pontosságára.
Ennek
megfelelően a betétkések újraélezése igen gyakran összeszerelt állapotban (marófejben) történik, különleges élezőgépen. Kiszerelt késeknél az élezés sokkal gazdaságosabban és gyorsabban végrehajtható, nehézséget csupán a szerszám beállítása okoz. A két módszer együttes felhasználásával mind pontosság, mind időráfordítás szempontjából kedvező, ha újraélezéskor a nagyolást kiszerelt késeken, a simítást pedig összeszerelt marófejen végzik.
- 201 -
13. PALÁSTMARÁS A palástmarás szerszáma is szabályosan többélű. Palástmarásnál – szemben a homlokmarással – a maró tengelye általában párhuzamos a megmunkált felülettel. A leválasztott forgács alakja is eltér a homlokmarásnál látott forgács alakjától. A palástmarásnak két változata ismert: az egyenirányú és az ellenirányú marás (1. ábra). Az egyenirányú marásnál az előtolás iránya egyező a főmozgás irányával; ellenirányú marásnál a főmozgás iránya ellentétes az előtolás irányával. Mindkét palástmarási módnál a forgács alakja hasonló, de a megmunkálás feltételei miatt általában az ellenirányú marást használják. A forgácsleválasztáskor, teljesítmény szempontjából, az egyenirányú marás kedvezőbb, mint az ellenirányú marás.
13.1. ábra
12.2. ábra
13.1. A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS KÖRÜLMÉNYEI PALÁSTFELÜLETEN A hengeres palástmarók csak a főforgácsoló mozgást végzi, míg a fogásvétel irányú és előtolás irányú mellékmozgást a tárgy végzi. A forgácsot határoló görbe hurkolt ciklóis (kör gördül egyenesen). A számításaink során a ciklóis helyett körívvel számolunk, és az így elkövetett hiba kb. 1% körüli értékű, míg a számítás lényegesen egyszerűsödik.
- 202 -
A forgácsolóerő számítását az egyszerűség kedvéért egyenesfogú palástmarásnál
vizsgáljuk.
Az
egy
fog
által
leválasztott
forgács
keresztmetszete vessző alakú, amelyet a 2. ábra szemléltet. A forgács vastagsága
a
fog
belépésekor
nulla,
míg
közvetlen
kilépés
előtt
a
forgácsvastagság maximális értékét éri el. A forgácsoló erő meghatározásakor a forgács sugárirányú keresztmetszetével számolunk, amelyhez adott esetben a közepes forgácsvastagságot kell meghatároznunk. A forgácsoló erő számítását az általánosan ismert Pf1=kq1
1.
képlettel határozhatjuk meg. A forgácskeresztmetszet számításához ismerni kell a közepes forgácsvastagságot is. A 2. ábra alapján az egy fog által leválasztott forgácsvastagság a következő módon határozható meg:
q1 e1 f ek i;
ek
e1 f . i
2.
(e1) a fogankénti előtolás, mm; (f) a forgácsmélység, mm; (i) a forgácsív hossza, mm. A gyakorlati számítás egyszerűsítése érdekében lehetőleg az ismert méretekből kell meghatározni a szükséges adatokat. Ismert adatok mindig a szerszám átmérője, (D), valamint a fogásmélység (f). A 3. ábrán alapján, a központi és kerületi szögek segítségével, (ek) meghatározható. Itt ismét elhanyagolással élünk, mivel az (i) ívhossz helyett a húrral (a) számolunk. Az így elkövetett hiba olyan kicsi, hogy számításaink során elhanyagolhatjuk. Természetesen,
ha
a
forgácsívszög
()
nagy,
az
esetben
pontosabb
meghatározás szükséges. (A közepes forgácsvastagság értéke – az esetben, ha a húrral számolunk - =30o-nál kb. 1%, =45o-nál kb 2,5%, =60o-nál kb. 4,5%-kal tér el a valóságos értéktől.) A 3. ábra alapján felírható, hogy A : f=D : a, amelyből
- 203 -
a
f D,
3.
mivel i=a. Visszahelyettesítéssel kapjuk, hogy
ek
e 1 f f e1 . D f D
4.
13.3. ábra
13.4. ábra A 4. ábrán a fog által leválasztott forgácsot ábrázoltunk. Mivel a közepes forgácsoló erőt akarjuk meghatározni, így a forgács méretei az előbb meghatározott (ek), valamint a munkadarab szélessége (b). Ennek alapján tehát az egy fog által leválasztandó forgács közepes területe: q1=ekb. A közepes forgácsolóerő a kapcsolási szám figyelembevételével
- 204 -
F f k e k b , i t
,
t
D . z
(t) fogosztás (i)=a (z) a maró fogszáma.
a z f D z f , t D D
Ff k b e1
P
P
f z f z f k b e1 , D D D
Pf v 4500
,
v
5.
D n 1000,
k b e1 z f D n k b f e1 z n 4500 1000 D 1000 4500
mivel e1zn=S,
P
k b f S 1000 4500
LE.
6.
Az egyenletes járás vizsgálata palástmarásnál A forgácsoló erő változását palástmaráskor a 5. ábrán tüntettük fel. A diagram megrajzolásakor nem vettük figyelembe a kilépésnél adódó kis háromszöget,
csak
azt
az
esetet
rajzoltuk
fel,
amikor
a
maximális
forgácsvastagságot választja le a szerszám éle. A 5.a ábrán az erőhullámzás nagymértékű, mivel a kapcsolási szám (az egyidőben fogásban lévő élek száma) kisebb, mint egy. A kapcsolási szám növelésével az erőhullámzás csökken 5.b ábra).
- 205 -
A kapcsolási szám növelése egyenesfogú palástmarással kedvezőtlen, mert ezáltal sűrű fogazású marót kapunk. A sűrű fogazású maró hátránya, hogy ezáltal megnő a fajlagos forgácsolási erő. Az egyenesfogú palástmarók használata emiatt kedvezőtlen, és gyakorlatilag a kapcsolási számot 1-2 fölé ritkán lehet emelni. Ez az oka, hogy az egyenesfogú palástmaró csak kis mennyiségű forgács leválasztására alkalmas szerszám.
12.5. ábra
12.6. ábra
A ferdefogú palásmaró forgácsleválasztásának körülményei Az
egyenlőtlen
járás
mind
a
szerszámgép,
mind
teljesítmény
szempontjából hátrányos jelenség. Az erőhullámzás csökkentése elérhető ferdefogú palástmarók felhasználásával. A 6. ábrán ferdefogú palástmarók éleit tüntettük fel, (b) szélességű munkadarab megmunkálása esetén. Ha adott szélességű munkadarab megmunkálásához kell palástmarót tervezni, az egyenletes járás biztosítható azáltal, hogy az egyik fog kifelé halad a fogásból, míg a másik fog ugyanolyan mértékű befelé haladást végez. Így a () fogferdeségi szögű maróval az egyenletes járást biztosítani tudjuk azáltal, ha a következő összefüggés áll fenn.
i tg , b
de
i
D , 360
ezt behelyettesítve:
tg
D . 360b
A 3. ábra alapján () a következő módon határozható meg:
sin
2
f , a
mivel a
f D,
- 206 -
sin
2
f
f D
f . D
Ez a feltétel csak abban az esetben lehetséges, ha a forgácsív egyenlő a fogosztás
szögével
).
Ez
számos
változó
összehangolását
teszi
szükségessé, melyet gyakorlatban biztosítani általában nem lehet. Az ilyen ferdefogú maró is sűrű fogáshoz vezet, jóllehet a forgács leválasztása kedvezőbb, mint az egyenesfogú palástmarónál. Az erőhullámzás csökkentése érdekében a ferdeséget célszerű növelni, ezáltal elérjük azt, hogy a fog nem dolgozik, a munkadarab teljes szélességben, de az egyidőben dolgozó fogak száma növekszik. Ezáltal viszonylag keskeny munkadaraboknál is biztosítható a szerszám egyenletes járása. A ferdefogazású palástmaróknál a () csavarvonal-emelkedési szög szerepe a közepes forgácsvastagság szempontjából az esztergakés () elhelyezési szögéhez hasonló. Mint ismeretes, esztergálásnál az elhelyezési szög csökkentésével a forgácsközépvastagság is csökken. Palástmarásnál növekvő
()
csavarvonal-emelkedési
szöggel
csökken
a
forgács
középvastagság, melyet nagyobb előtolással ellensúlyozni lehet. Ez az oka annak, hogy a nagy csavarvonal-emelkedési szögű marók fogszáma ritka. A nagy csavarvonal-emelkedésű marók fogai, mint ez a 7. ábrán is látható , az élek a kiterített forgácsnak csak egy bizonyos szélességében dolgoznak.
A
7.
ábrán
feltüntettük
az
egyenesfogú
palástmarónál
a
forgácsközépvastagság (ek) értékét, melyet a fogra merőlegesen mértünk. Ferdefogú palástmaróknál is az élre merőleges forgácsközépvastagsággal kell számolni amelyet az ábrán (ek’)-vel jelöltük. A forgács-középvastagság csökkentése adott feltételek mellett a csavarvonal emelkedési szögtől () függ. A ferdefogú palástmaróknál a közepes forgácsvastagság: ek’=ekcos, amely érték csavarvonal- emelkedésű maróknál nem tér el jelentősen az (ek) értéktől. Egyenesfogú palástmarásnál kaptuk, hogy ek e1
f . D
- 207 -
12.7. ábra Ezt behelyettesítve kapjuk, hogy ek ' e1
f cos . D
7.
Ha pontosabb érték meghatározására törekszünk, akkor nem a húrral, hanem az ívhosszal lehet a közepes forgácsvastagság értékét kiszámítani.
ek ' e1 f
360 cos . D
A forgácskeresztmetszet kiszámításához szükség van még a fogásban lévő élvonalhosszra, melyet a 7. ábra alapján lehet meghatározni.
l
i , sin
q ek 'l ek cos
i ek i ctg . sin
A kapcsolási szám szintén a 7. ábra alapján határozható meg.
b , y
t : y=i : x, mivel
- 208 -
x=ictg,
ezért
y
t x t i ctg t ctg i i
és kapjuk, hogy
b . t ctg
8.
A közepes forgácsoló erő Ff=kek’l kp. A forgácsolás teljesítményszükséglete:
P
k ek 'l v LE. 60 75
9.
Mint a levezetésből is látható, az erőhullámzás a csavarvonal emelkedési szög növelésével csökken, és javul a megmunkált felület érdessége. A csavarvonal emelkedési szöget szabványos szerszámoknál 45o-nál nagyobbra nem növelik.
13.2. A PALÁSTMARÓK ÉLSZÖGEI Egyenesfogú
palástmaróknál
az
élszögek
meghatározása
nagyon
egyszerű, mert a homlokoldalon mérhető szögek megegyeznek a működő élszögekkel (2. ábra). A ferdefogú palástmaróknál gyártás szempontjából a főforgácsoló élre merőleges metszetben, míg a működés szempontjából a tengelyre merőleges metszetben szokás az élszögeket meghatározni ábra).
(8.
- 209 -
12.8. ábra A csavarvonal emelkedési szög () hengeres palástmaróknál, acélok megmunkálására =20o körüli érték, míg alumínium megmunkálására =45oos szerszámot is készítenek. A csavarvonal emelkedési szög növelésével a fogszám csökken. A szerszám hátlapját kettős hátszöggel képezik ki. Az elsődleges hátszög (1) a palástél szalagja és a vizsgált pontokhoz rajzolt érintő által bezárt szög. A másodlagos hátszög a másodlagos hátlap és a vizsgált ponthoz rajzolt érintő által bezárt szög. A harmadlagos hátszöget rendszerint nem mérik, hanem a forgácshorony nyílásszögét adják meg. A ferdefogú palástmaróknál a csavarvonal emelkedési szögtől függően tengelyirányú erő ébred. A tengelyirányú erő kiküszöbölésének legjobb módja a 9. ábrán vázolt lépcsős osztású maró használata. A lépcsős osztású maró rendszerint
azonos
fogferdeségű,
amelynél
a
beállítást
úgy
célszerű
- 210 -
végrehajtani, hogy tengelyirányú erő, ha kismértékben is, de a maró tengelyét a szerszámgép főorsójának furatába szorítsa.
13.3. HORONYMARÓK A horonymaróknak általánosan két fajtáját használják ujjmarókat és a tárcsás horonymarókat. A hengeres horonymaró (ujjmaró) a homlok-palástmarók egyik fajtája. Befogásuk behúzómenetes kúpos szárral vagy hengeres szárral történik. A hengeres szárú ujjmaró általános felépítése a 10. ábrán látható. Általános sűrű ferde fogazással készülnek. A hengeres horonymarók forgácsleválasztási körülményei egyenletes járás szempontjából lényegesen jobbak, mint a palástmaróké. Megmunkáláskor a szerszám egyik oldala egyenirányú, a másik ellenirányú
marást
végez.
A
forgácskeresztmetszet
horonymarásnál a 11. ábra alapján végezhető el.
ek i e1 b, ek
mivel
b D;
i
e1 b 2 e1 D 0,636 e1 , i D
(i) a forgács hossza (b) a horony szélessége
13.9.ábra
D , 2
meghatározása
- 211 -
13.10. ábra
13.11. ábra
13.12. ábra
13.13. ábra
Az egy fog által leválasztott forgácskeresztmetszet: q1=ekf=0,636e1f, a kapcsolási szám
i t
. A ferdefogazás következtében tengelyirányú erő ébred, amely jobb menetemelkedésű horony esetén, ha
a szerszám jobb forgás iránnyal
dolgozik, akkor a tengelyirányú erő a kúpból a szerszámot kihúzhatja. Ennek elkerülése érdekében behúzó menetről kell gondoskodni. Az általánosan használt ujjmarók fogferdeségi szögét meg lehet választani úgy is, hogy a tengelyirányú erő nem okoz kilazulást. Tárcsás homlokmarók rendszerint három oldalon fogazott szerszámok. A forgácsoló éleket a palástfelületen képezik ki, míg a homlokfelületen lévő élek a mellékvágóél szerepét töltik be. Készítik egyenefogazással (12. ábra) és ferdefogazással (13. ábra).
- 212 -
Az egyenes fogazású tárcsás horonymarók mellékvágóéleit (=30’) aláköszörülik
a
beszorulás
elkerülése
végett.
A
egyenesfogú
tárcsás
horonymaró egyenletes járása nincs biztosítva, ezért sűrű fogazással készítik. Nagy hátránya a három oldalon fogazott tárcsamarónak, hogy méretét csak az első újraélezésig tartja, és ezáltal a szélességi mérete megváltozik. Ezen a hátrányon osztott kivitelű tárcsamaróval lehet segíteni, amely bizonyos mértékben utánállítható. A 13. ábrán feltüntetett keresztfogazású tárcsamaró nagy teljesítményű forgácsoló szerszám. Előnye, hogy az oldaléleken lévő fogak homlokszöge pozitív, azáltal, hogy minden második fog mérete kisebb.
Hosszlyukmaró Tengelyek
ékhornyainak
kimunkálásához
általában
a
14.
ábrán
feltüntetett hosszlyukmarót használják. A hosszlyukmaró kétélű forgácsoló szerszám, mely a forgó mozgáson kívül (f=0,05-0,25 mm) tengelyirányú mozgást is végez. Az előtolásirányú és a fogásvételirányú mellékmozgások mindaddig ismétlődnek, míg a horony teljes méretét eléri. Az íves reteszek hornyait rendszerint száras kivitelű szerszámmal munkálják meg (15. ábra). A forgácsoló rész tárcsamaró, amely rendszerint egyenes fogazással készül, ehhez csatlakozik a hengeres vagy ritkábban kúpos szár. Szerszámgépek
felfogóasztalainak
készítéséhez
általában
T
horonymarót használnak. A T horonymarók keresztfogazásúak és három oldalon fogazott kivitelben készülnek. Befogásuk kúpos vagy hengeres szárral történik (16. ábra).
Szögmarók Alakos hornyok kimunkálására igen gyakran szögmarót használnak. Fő felhasználási területük a forgácsoló szerszámok hornyainak kimunkálása, valamint szerszámgépek ágyvezetékeinek megmunkálása.
- 213 -
13.15. ábra
13.16. ábra
13.4. MARTFOGÚ PALÁSTMARÓK FOGKIKÉPZÉSE A fogak kiképzése szempontjából legegyszerűbb a hegyesfog, mivel gyártása és újraélezése egyszerű. Működés szempontjából a hegyesfogú szerszám
használata
kedvezőtlen,
mivel
hátszöge
nagy,
és
kopás
következtében az átmérője változik. Ezért a hegyesfogú marókat csak kis teljesítményű
forgácsoló
szerszámok,
pl.
fűrésztárcsák
készítésekor
használják (17. ábra). A trapéz alakú fogkiképzés az előbbinek módosított kivitele (18. ábra). A hátszög értéke kopás szempontjából kedvezőbb, de szilárdságilag ez a fog sem kielégítő. Az újraélezések következtében az (m) fogmagasság állandóan csökken, mely a forgácstér szempontjából kedvezőtlen. A trapéz alakú fogkiképzést főként kisebb mennyiségű forgács leválasztásakor használják, pl. tárcsás horonymaróknál. Szilárdság szempontjából a parabolikus hátlapú szerszám használata a kedvező. Ennek a szerszámnak elkészítése nehézkes, mivel a forgácstér kialakítása szabványos szerszámoknál nem valósítható meg (19. ábra).
- 214 -
13.18. ábra
13.20. ábra
Az egyenszilárdságú fogalakot kettős hátlap kiképzésével szokás biztosítani, amely mind szilárdsági, mind elkészíthetőség szempontjából megfelelőnek mondható. A 20. ábrán feltüntetett kettős hátlapú maró általánosan használt fogkiképzés, ahol a fogak terhelése nagy. A kettős hátlapú marófogak méretezésekor figyelembe kell venni a csavarvonal emelkedési szögét. Egyenesfogú, valamint kis
csavarvonal-
emelkedésű maróknál (25o) a fog méreteit a következő módon lehet meghatározni:
D , 2 t m , 2
t
2 t, 3 m r . 5 10 c
- 215 -
(z) a maró fogszáma; (t) a kerületen mért fogosztás, mm; (r) a fogtő lekerekítési sugara, mm; (c) a hátlapok metszésvonalának távolsága, mm; (m) a fogmagasság. Azoknál a maróknál, melyeknél a csavarvonal szöge nagy (25o), a fog méreteit
a
normál
(élre
merőleges)
metszetben
mérhető
(tn)
osztás
figyelembevételével szokás meghatározni. tn t cos ,
c
2 tn , 3
m 0,55 tn .
13.5. SZERELTMARÓK Az eddig ismertetett marószerszámok tömör kivitelben készültek. Anyagfelhasználás szempontjából lényegesen kedvezőbb a szerelt kivitelű maró használata. Szerelt kivitelben általában tárcsamarókat készítenek, amelyeknél a forgácsoló rész gyorsacél, vagy keményfémlapka. A szerelt kivitelű marók lényegesen költségesebbek, mint az egy darabból készült szerszámok, de előnyük az, hogy nagymérvű gyorsacél megtakarítást lehet lehetővé válik.
elérni,
azonkívül
keményfémlapka
felhasználása is
- 216 -
13.21. ábra A szerelt kivitelű maróknál lényeges a lapka biztos megfogása. Általában ékes megfogást használnak; nagyobb teljesítményeknél az ékescsavaros megfogási mód terjedt el jobban. A lapkamegfogási módokra a
21.
ábrán találunk példákat.
13.6. A MARÓK BEFOGÁSÁNAK MÓDJAI A szerszámoknál biztosítani kell a gyors befogást, központosítást, nyomatékátvitelt, cserélhetőséget és a kellő merevséget. A szerszámok befogásának módját a szerszámgép főorsójának kiképzése megszabja. Mint az előbbiekben láttuk, a marók készülnek hengeres, kúpos szárvégződéssel, valamint furattal. A hengeres szárú marókat befogófejbe erősítik, amely befogófej csatlakozik
a
szerszámgép
közvetlenül
vagy
átmenő
főorsójához. kúpok
A
kúposszárú
segítségével
fogják
marókat a
vagy
szerszámgép
főorsójába. A
furatos
marókat
általában
marótengelyre,
közbetét-gyűrűk
segítségével fogják fel, mint ez a 22. ábrán látható. A közbetétgyűrű lehetővé teszi, hogy a szerszámot a marótengelyen tetszés szerinti helyen rögzítsék. A marótengely meredek kúppal csatlakozik a szerszámgép főorsójához. A marótengely átmérője szabványosított és 13-80 mm határok között változik. A pontos illesztés érdekében a maró furatát H6 illesztéssel készítik, és a nyomaték átvitelt ékkel biztosítják.
- 217 -
A merev megfogás érdekében kívánatos minél nagyobb marótengelyt használni, mert ezáltal a rezgésveszély csökkenthető. A marótengelyt a forgácsolóerő
csavarásra
és
hajlításra
veszi
igénybe,
ezért
összetett
igénybevételre kell méretezni. (A számítások során a közbetétgyűrű merevítő hatásával általában nem számolunk.)
13.22. ábra
13.7. FORGÁCSOLÁSI ADATOK MEGHATÁROZÁSA PALÁSTMARÓNÁL A forgácsolóerőre levezetett összefüggések (1.13.1. fejezet) az összes palástmarókra érvényesek. A forgácsolóerőt empirikus összefüggéssel is meg lehet határozni. Ezek a képletek a 1. táblázatban találhatók.
1. táblázat A 1. táblázatban szereplő képletek Al-ötvözetekre is érvényesek, ha az acélra vonatkozó adatokat KAL=0,25 módosítótényezővel szorozzuk.
- 218 -
A szerszám gazdaságos éltartamát a mérettől és bonyolultságától függően 40-480 min közötti értékekre állapítottak meg. A gazdaságos éltartamhoz tatozó forgácsolási sebesség értékét különböző megmunkálási feltételekhez az alábbi képletekkel lehet meghatározni. A
75
kp/mm2
szakítószilárdságú
acél
palástmaróval
végzett
megmunkálásakor
v
35,4 D0, 45 Ka m / min . T 0,32 e0, 4 f 0,3 b0,1 z 0,1
10.
A 9. képlet gyorsacélmarókra érvényes akkor, ha e10,1 mm, és a megmunkálást hűtéssel végezzük. Ha a fogankénti előtolás kisebb 0,1 mm-nél B=75 kp/mm2, akkor
v
55 D0, 4 Ka m / min . T 0,33 e0,12 f 0,3 b0,1 z 0,1
11.
Öntöttvas megmunkálásakor (hűtés nélkül) e10,15 mm.
v
27 D0,7 m / min . 0, 6 T 0, 25 e1 f 0,5 b0,3 z 0,3
12.
Ha fogankénti előtolás e10,15 mm, akkor a gazdaságos forgácsolási sebesség az alábbi képlettel számítható ki:
v
57,6 D0,7 Ka m / min . 0, 2 T 0, 25 e1 f 0,5 b0,3 z 0,3
13.
A közölt képletek B=75 kp/mm2 szakítószilárdságú acélra vonatkoznak. A megmunkálandó anyag szilárdsági tulajdonságainak változását a számítások során figyelembe kell venni a Ka módosítótényezővel.
Példa
- 219 -
Meghatározandó a palástmarás forgácsolási teljesítménye A42 anyag megmunkálásakor, ha a munkadarab szélessége b=60 mm, a ráhagyás f=0,4 mm. A fogankénti előtolás (Országos Normaalapok ajánlása szerint) e 1=0,2 mm. A megmunkáláshoz szabványos palástmarót használunk MSZ 3845. Adatai D=80 mm, hossza L=80 mm, fogszáma z=14, fogferdeségi szöge =20o. Adott anyag megmunkálásához a IV-es élszögcsoport szerint készül. A 7. képlet alapján
ek ' e1
f 4 cos 0,2 0,9397 0,042 mm. D 80
A fogásban lévő élvonal hossza:
l
f D i a 4 80 52,3 mm. sin sin sin 0,3420
Az átlagosan fogásban lévő fogak száma:
b ; t ctg
t
D 80 18, z 14
60 1,21. 18 2,7475
A teljesítmény meghatározásához szükséges a gazdaságos forgácsolási sebesség, melyet a 10. képlettel határozhatunk meg.
v
35,4 D 0, 45 Ka . 0, 4 T 0,33 e1 f 0,3 b0,1 z 0,1
Adott szerszám esetén a gazdaságos éltartam T=160 min (táblázatból). Az
anyag
módosítótényezője
(táblázati
érték)
Ka=1,03.
Ezek
ismeretében a 160 min-hoz tartozó forgácsolási sebesség emulziós hűtéssel gyorsacél szerszámra:
- 220 -
v
35,4 800, 45 1,03 30 m / min . 1600,33 0,20, 4 40,3 600,1 140,1
A beállítandó fordulatszám:
n
1000 v 1000 30 120 ford / min . D 80
A forgácsoláshoz szükséges teljesítmény a 9. képlet alapján
P
k ek 'l v . 60 75
A fajlagos forgácsolóerő nomogramból ek’=0,042-nél k=350 kp/mm2.
P
350 0,042 52,3 1,21 30 6,22 LE. 4500
14. HÁTRAESZTERGÁLT MARÓK 14.1. A MARTFOGÚ MARÓK ÁLTALÁNOS JELLEMZÉSE
- 221 -
Sík és alakos felületek megmunkálásakor legáltalánosabban használt szerszámok martfogú marók. A martfogú marók használatának előnye az egyszerű előállítás, újraélezés,
beállítás,
viszonylag
nagy
forgácsteljesítmény
és
kedvező
élkiképzés. Rendkívül nagy előnye továbbá a martfogú marónak, hogy készíthetők szerelt kivitelben is, és így felhasználható a keményfém- és a kerámialapka is. Ez utóbbi anyagok felhasználása nemcsak az éltartamot növeli meg, hanem nagyobb forgácsolási sebességek beállítását is lehetővé teszi, ezáltal a felületi érdesség csökken, és nő a forgácsteljesítmény. A felsorolt előnyös tulajdonságok mellett rendkívül nagy hátránya a martfogú maróknak, hogy méretüket, alakjukat csak az első köszörülésig tartják. Köszörülés után változik a maró mérete és alakja, amely korlátozza, sőt rendszerint kizárja a marfogú marók használatát pontos alakos felületek megmunkálása esetén. Alakos
felületek
nagy
pontosságú
megmunkáláshoz
csak
olyan
szerszámok használhatók, melyeknek szelvénye újraélezéskor nem változik meg. Erre a célra a hátra esztergált fogú marók felelnek meg. A hátraesztergált marók olyan forgácsoló szerszámok, melyeknek fogai a forgástest alakú paláston úgy vannak kiképezve, hogy egyrészt radiális irányban mindig a kívánt profilt adják, másrészt a maró fogainak hátfelülete a munkadarabon forgácsolás közben nem súrlódik. Ezt a gyárthatóság több geometriai görbe is kielégíti, de a görbék vizsgálata szükséges a gyárthatóság és a profiltorzulás meghatározása szempontjából.
14.2. A HÁTRAESZTERGÁLÁSI GÖRBE MEGVÁLASZTÁSA Hátraesztergálási görbének nevezik a maró fogainak hátfelületét, melyet az előbbi követelmények kielégítése érdekében munkálnak a szerszámra. A hátraesztergálási görbének biztosítani kell az alábbi feltételeket. A
hátraesztergált
fogak
bármely
helyén
a
tengelyre
merőleges
metszetben mindig torzítás nélküli profil adódjék. A profil magassága sugárirányban a hátraesztergálási görbe mentén állandó maradjon.
- 222 -
A
maró
fogainak
hátszöge
ugyancsak
állandó
legyen
végig
a
hátraesztergálási görbe mentén. A hátraesztergálási görbét a maró tengelyére merőleges metszetben vizsgáljuk. A hátraesztergálás mértékét az előbbi metszetben vizsgáljuk. A hátraesztergálás
mértéke
az
előbbi
metszetben
mérhető
sugárirányú
méretváltozás.
14.1. ábra
14.2. ábra
14.3. ábra
A fentiek alapján a hátraesztergálást úgy kell végezni, hogy az () hátszög változatlan maradjon a hátraesztergálási görbe tetszés szerinti pontjában a görbéhez rajzolt érintő és a sugár által bezárt () szögállandó (1. ábra). Ezt a feltételt legjobban a logaritmikus spirális elégíti ki. A logaritmikus spirális bár elméletileg teljesíti a hátraesztergálási görbétől a hátszög kiképzéséhez szükséges követelményeket, gyakorlatilag
- 223 -
mégsem használják, mert gyártása csak különleges másolási eljárással lehetséges, és ez nagyon költségessé tenné a szerszámot. Gyakorlatban a hátraesztergált marók hátlapját inkább az archimédesi spirális szerint képezik ki. Bár az archimédesi görbe mentén az () hátszög változik, de egy marófog középponti szögének megfelelő ívdarabon az () hátszög változása annyira kicsi, hogy gyakorlatilag elhanyagolható. Az archimédesi spirális görbéje úgy származtatható, hogy egy O pont körül =állandó szögsebességgel egy olyan (k) félegyenes forog, amelyen egy (A) pont (v) állandó sebességgel halad, akkor az (A) pont által leírt görbe az archimédesi spirális, melyet a 2. ábra szemléltet.
14.3. A HÁTRAESZTERGÁLÁS MÉRTÉKÉNEK MEGHATÁROZÁSA Az archimédesi spirális esetében a hátraesztergálás mértékét úgy kell megválasztani, hogy a munkadarab anyagminőségéhez szükséges () hátszög forgácsolás szempontjából megfelelő értékű legyen. A 3. ábra szerint írható a következő összefüggés
tg
h . t
ebből kifejezve
h t tg.
1.
A (t) osztás
t
D . z
Visszahelyettesítve a 1. egyenletbe írható
h
Példa
D tg . z
2.
- 224 -
Készítendő olyan hátraesztergált maró, amelynél: D=80 mm
z=15
=10o.
Megállapítandó a hátraesztergálás mértéke.
h
D 8 3,14 tg 0,176 2,95 3 mm. z 15
Tehát =10o-os hátszög elé a hátraesztergálás mértékét 3 mm-re kell választani.
14.4. ábra A hátraesztergálás elméleti nagyságát a 4. ábrán látható nomogramból is kikereshetjük. A nomogramot az előbbi példában felvett adatoknál a következőképpen lehet felhasználni a hátszög megállapításához. A maró fogszám- (z) skáláján lévő értéket a maró átmérő (D) értékével összekötve a „segédvonalon” egy metszéspontot kapunk. A szükséges hátszög () értéket a segédvonalon az előbbiekben kapott metszésponton áthúzott egyenes a (h) elméleti hátraesztergálás skáláján kimetszi a keresett hátraesztergálás értékét, mm-ben. A
hátraesztergált
marókat
hátraesztergán
lehet
elkészíteni.
A
hátraeszterga a nem kör keresztmetszetű munkadarabok megmunkálására
- 225 -
készített szerszámgép. A kívánt szelvényt polárkoordináta-rendszerben munkálja meg. A
munkadarab
szerszámmozgás
a
szögelfordulása vezérlőtárcsa
egyenletes, kiképzésének
míg
sugárirányú
függvénye.
A
hátraesztergálással igen sokféle nem kör keresztmetszetű alak esztergálható. Ilyen jellegzetes alakok az ellipszis, „K” profil, négy-, öt- és sokszög keresztmetszetű munkadarabok, marók, dörzsárak stb. A 5. ábra a hátraesztergálás elvi vázlatát mutatja, ahol a főmozgást a gép
főorsójába
fogott
munkadarab,
a
mellékmozgásokat
pedig
a
szánszerkezetbe fogott szerszám végzi. A befogott munkadarab (n) fordulata és a szánt keresztirányban mozgató vezértárcsa, (n) fordulata között kényszerkapcsolat van.
14.5. ábra Hátraesztergálással, beszúró jellegű előtolással, tárcsa alakú marók vagy
fogásonként
tengelyirányú
előtolással
hátraesztergált
palástmarók
készíthetők. Ez utóbbiaknál készülhet egyenes vagy ferdefogú kivitelű palástmaró.
- 226 -
A hátraesztergálásnál a főorsó egy fordulata alatt annyiszor kell a szánnak
kettős
mozgást
végeznie,
ahány
foga
van
a
készítendő
munkadarabnak. A szán és abba fogott kés kettős mozgása miatt a fordulatszámot felemelni csak korlátozottan lehet (tehetetlenségi erők). Ez az oka annak, hogy hátraesztergálást kis fordulattal végzik. A kis fordulatszám kis forgácsolási sebességet és egyúttal kisebb forgácsteljesítményt is eredményez. A hátraesztergakéstől elsősorban jó alak- és éltartóságot s nagy kopásállóságot követelünk meg. A hátraesztergáláshoz használt vezérlőtárcsát úgy szokták elkészíteni, hogy a vezérlőtárcsa egy fordulat alatt a munkadarab egy fogáshoz szükséges késmozgásokat vezérelje. Ez azt jelenti, hogy az egy foghoz szükséges hátraesztergálási görbe a vezértárcsa teljes kerületére kell feldolgozni. A
vezérlőtárcsa
elkészítése
elkészítése
könnyebbé
és
szempontjából
egyszerűbbé
válik.
ez
előnyös, A
mert
az
hátraesztergakés
mozgatásánál az egyes mozgás-, ill. sebességváltozások helyei pontosabban betarthatók a vezérlőtárcsa kerületén. A vezérlőtárcsa a hátraesztergálást szabályozó vezérgörbeszakasz kezdő és végpontja között átmeneti görbét készítenek.
14.4. A VEZÉRLŐTÁRCSA ALAKJÁNAK MEGHATÁROZÁSA A vezérlőtárcsa egy körülfordulás alatt a hátraesztergálandó maró egy fogáshoz tartozó 360o z
szögelfordulást
végez.
A
vezérlőtárcsa
a
hátraesztergálókést
a
munkadarabhoz képest sugárirányban előtolja. A sugárirányú késelmozdulás nagyságát a vezérlőtárcsa bütyökmagassága szabja meg, amely éppen a hátraesztergálás mértékének (h) kell hogy megfeleljen. A vezérlőtárcsa fordulatszáma függ a készítendő maró fordulatszámától és fogszámtól nv tárcsa=nmaróz.
3.
- 227 -
A 6. ábra hátraesztergált marófogat, a 7. pedig vezérlőtárcsát ábrázol. A vezérlőtárcsát a működési feltételeknek megfelelően két részre osztjuk. Ehhez a két részhez tartozó központi szögét (m) munkameneti szögnek (ü) üresjárati szögnek nevezzük. Az elkészítendő maró fogosztásszöge () is két részből tevődik össze: a munkameneti (m) szög és az üresjárati (ü) szögből. A munkameneti szög megtételének ideje alatt történik egy fog hátraesztergálása, míg az üresjárati szög elfordulása alatt jön létre a hátraesztergálókés kiemelése. Természetes tehát, hogy a vezérlőtárcsa és a készítendő maró megfelelő szögei között a kapcsolatot biztosítani kell. A vezérlőtárcsa üresjárati szöge a teljes kör és a munkameneti szög különbségéből adódik, vagyis: ü=360o - m.
3.
A készítendő maró üresjárati szöge hasonlóképpen kiszámítható ü=-m.
4.
A vezérlőtárcsa 360o-os szögelfordulása alatt a maró fogosztással, azaz -vel fordul el. Ennek alapján hátraesztergáláskor a következő arány áll fenn : m=360o : m.
5.
A 6. és 7. ábránál alkalmazott jelölések és a vonatkozó elnevezések a következők: m munkamenet szöge a marón, ü
üresjárati szög a marón,
forgácshorony nyílásszöge a marón,
P
a vezérlőtárcsa legnagyobb sugara,
m
a munkamenet határsugara a vezérlőtárcsán,
az újrakezdés sugara a vezérlőtárcsán (alapsugár),
m munkamenet szöge a vezérlőtárcsán és ü üresjárati szög a vezérlőtárcsán.
- 228 -
A vezérlőtárcsa a hátraesztergáló kés kiemelését úgy valósítja meg, hogy az üresjárati szög (ü) bizonyos részén – egyenes vagy íves – sugárirányban (h) magasságú kiemelő pályával rendelkezik. A kiemeléshez szükséges
szögelfordulás
nagyságát
elsősorban
a
készítendő
maró
forgácshorony nyílásszögének () értéke befolyásolja. Hátraesztergált maróknál a forgácshorony nyílásszögét viszonylag kis értékűre választják, az újraélezések számának növelése érdekében, ezért a vezérlőtárcsa kiemelőrészét általában 20o-os ívszakaszon képezik ki.
14.6. ábra
14.7. ábra
14.41. AZ ARCHIMÉDESI SPIRÁLIS VEZÉRLŐTÁRCSA MÉRETEINEK MEGHATÁROZÁSA Ha a (h) hátraesztergálás értéke ismert, a vezérlőtárcsa a marógépen kimunkálható. A hátraesztergálásnál a marótárcsa és a vezérlőtárcsa szögelfordulása között a 5. egyenlet ad összefüggést. A szögelfordulások aránya, mely a munkameneti szögek és a maró osztásszöge, illetve a vezérlőtárcsa egy teljes fordulata
között
áll
fenn,
arányos
az
ugyanazon
szögekhez
tartozó
hátraesztergálókés elmozdulással is. Tehát
360o h . m m hm
6.
A maró hátraesztergált felületének egyes pontjai h1, h2, h3…hm értékei és az ugyanezen pontokhoz tartozó 1, 2, 3…n elfordulási szögek között rendre
- 229 -
ugyanazon
arányosság
áll
fenn,
mint
a
6.
összefüggésnél,
vagyis
: 1=h : h1; : 2=h : h2… : m=h : hm. Innen az egyes késelmozdulásokra a
h1 h
1 ;
h2 h
2 ,
...hm h
m ...
összefüggéseket kapjuk. Az archimédesi görbét a vezérlőtárcsán úgy kapjuk meg, hogy a vezérlőtárcsa
alapsugárhoz a 1, 2, 3…m vezérlőtárcsa előfordulási
szögértékeinek megfelelő h1; h2; h3…hm értékeket hozzáadjuk. 1=+h1;
2=+h2;
3=+h3…m=+hm…
7.
A maró szögelfordulása és a vezérlőtárcsa megfelelő szögelfordulása között az alábbi összefüggések állnak fenn:
1 360o
1 ,
2 360o
2
... m 360o
m ...
8.
Általános, hogy a vezérlőtárcsa maximális sugara a hátraesztergálógépeken kötött. Ilyen esetben a szükséges (h) tárcsaesztergálási érték mellett visszaszerkesztéssel állapítható meg a () vezérlőtárcsa alapsugara. Vezérlőtárcsáknál a () üresjárási szöget a gyakorlatban 90-45o-os határok között szokásos megállapítani. Egy adott vezérlőtárcsa bármilyen átmérőjű és fogszámú, valamint bármilyen () hátszögű maróhoz használható abban az esetben, ha a hátraesztergálás (h) mértéke mind a tárcsánál, mind a készítendő marónál azonos. Példa Készítendő vezérlőtárcsa egy archimédesi spirális szerint hátraesztergált tárcsamaróhoz (8. ábra). A maró adatai D=100 mm,
h=3 mm,
=0o,
z=10,
=8o,
b=12 mm.
=22o
- 230 -
1. A maró osztásszöge
360o 360o 36o. z 10
2. A vezérlőtárcsa üresjárati szöge: ü=60o felvéve. Ennek megfelelője a marónál
ü
ü 360o
36o 60o 6o. o 360
3. A munkamenet szöge: m=360o-ü=300o, a marónál m=-ü=36o-6o=30o 4. A (hm) hátraesztergálás mértékének meghatározása:
hm h
m 30o 15 3 o 2,5 mm. 36 6
5. A gépen szerkezeti okokból 2P=60 mm-es maximális átmérőjű tárcsát lehet használni. Így a alapsugár =P-hm=30-2,5=27,5 mm lehet. 6. A
vezérlőtárcsa
egyes
pontjainak
meghatározása
a
méret
ellenőrzéséhez. A pontokat tetszőleges számban lehet kijelölni és méreteit meghatározni. A 9. ábrán az A, B, C, E és F pontok méreteit határozzuk meg, melyekhez rendre a 1=60o; 2=90o; 3=180o; 4=270o; 5=360o tartoznak.
- 231 -
Ennek a marón a megfelelő pontjai: 1=0o; 2=3o; 3=12o; 4=21o; 5=360o. E pontokhoz tartozó h1, h2, h3, h4, h5 értékek; a h1=0 mint kiindulási pont 4 21oo h4 h 2 3 3 o 1,75 mm, h2 h 3 36o 0,25 mm. 36 5 30oo h5 h 3 3 12 o 2,50 mm. h3 h 3 36o 1 mm, 36
A kijelölt A, B, C, E, F pontokhoz tartozó sugarak méretei tehát 1=+h1=27,5+0
=27,5 mm
2=+h2=27,5+0,25=27,75 mm 3=+h3=27,5+1
=28,5 mm
4=+h4=27,5+1,75=29,25 mm 5=+h5=27,5+2,5 =30
14.8. ábra
mm
14.9. ábra
Ezzel a vezérlőtárcsa méretei – melyek az archimédesi spirális másoláshoz szükségesek – ismertek. A további méretek a szerszámgép adataitól függenek. A hátraesztergált tárcsamaró oldalfelületein f=0,5-2,5 mm szalagot hagynak a súrlódás csökkentése miatt.
- 232 -
14.5. PROFILTORZULÁSOK A HÁTRAESZTERGÁLT MARÓKNÁL A hátraesztergált maróknál is az optimális teljesítmény, éltartam és a felületi érdesség elérése miatt a () homlokszöget 0o-nál nagyobbra célszerű kiképezni. A =0o homlokszögű hátraesztergált maró szelvénye megegyezik a marandó munkadarab szelvényével. Ha a hátraesztergált maró homlokszöge a 0o, akkor a marandó munkadarab szelvénye a maró szelvényhez képest torzul. A maró üzemeltetése során a munkadarab és a szerszám szelvényei közötti eltérést azáltal lehet kiküszöbölni, hogy az alakmarót már eleve a torzult profillal készítjük el. A sugárirányú metszetben torzult profillal elkészített szerszám helyes szelvényű munkadarabot készít, ha a szerszám homlokszögének függvényében történik a hátraesztergálás körülményeinek meghatározása. A hátraesztergált marók helyesbítésnél a következő szelvényféleségeket kell egymástól megkülönböztetni (MSZ 3885-53.1 oldal). a., A munkadarabon megadott szelvény vagy profil. b., A hátraesztergált maró szelvénye (ezen mindig a tengelysíkba eső szelvényt kell érteni). c., A marót hátraesztergáló kés homloklapszelvénye. d., A marót hátraesztergáló kés tengelyirányú szelvénye. Ezen a kés felfekvő síkjával párhuzamos síkban lévő, maró tengelyén átmenő szelvénye értendő. Ha tehát a hátraesztergáló késnél =0o, akkor a hátraesztergáló kés tengelyirányú szelvénye azonos a homloklap szelvénnyel. Mivel gyakorlatban majdnem kizárólag archimédesi spirális szerint végzik
a
marók
hátraesztergálását,
így
a
következőkben
tárgyalt
profiltorzulások az ilyen görbe szerint előállított marókra vonatkoznak. A helyesbítések meghatározhatók szerkesztéssel, számítással.
- 233 -
14.51. EGYENESFOGÚ IDOMMARÓK SZELVÉNYHELYESBÍTÉSE Ha a hátraesztergált maró homlokszöge =0o, akkor a hátraesztergált maró
szelvénye,
valamint
a
=0o
homlokszögű
hátraesztergáló
kés
homloklapszelvénye – egyben a tengelyirányú szelvénye is – megegyezik a munkadarabon megadott szelvénnyel, tehát szelvényhelyesbítésre szükség nincsen. Ha
a
hátraesztergált
maró
homlokszöge
0o-nál,
akkor
a
hátraesztergált maró szelvénye, valamint =0o homlokszögű hátraesztergáló kés homloklapszelvénye – egyben tengelyirányú szelvénye is – helyesbítésre szorul. A 10. ábra 0o homlokszögű hátraesztergált maró fogát ábrázolja, ahol a jelölések jelentése a következő: R
a maró külső sugara,
Rx
a B ponthoz tartozó sugár,
B
a
hátraesztergált
maró
profiljának
belső
pontja
a
maró
homloklapján, C
alsó profilpont a hátraesztergált maró fogon,
C1
változott horonyhoz tartozó alsó profilpont,
1
a C1-hez tartozó középponti szög,
x
a B ponthoz tartozó középponti szög,
a maró homlokszöge,
km
profilmagasság a marófogon (sugárirányban mérve és =0o esetén),
kn
a profilmagasság a marófogon (sugárirányban mérve és 0o esetén),
egy marófoghoz tartozó középponti szög,
h1
C1 pontnál a hátraesztergálás mértéke és
horonynyílás szöge.
Felhasználva a 10. ábrán megadott geometriai összefüggéseket, számítással az
egyenesfogú
hátraesztergált
idommarók
következőképpen lehet meghatározni:
Az OA R
szelvényhelyesbítését
a
- 234 -
14.10. ábra B
pontnál
a
(x)
középponti
szöghöz
tartozik
egy
(h)
nagyságú
hátraesztergálási érték, amely megegyezik az EF távolsággal, vagyis
h EF A 10. ábra jelölése alapján a
kn AF
9.
km AE
10.
és
távolságokkal. A (B) ponthoz tartozó hátraesztergálási érték
h AF AE.
11.
Visszahelyettesítve: h=kn-km. A 10. ábra szerint BO=Rx, amely felírható még
BO OA AF
12.
- 235 -
alakban is. Visszahelyettesítve
BO R kn .
13.
Az OAB általános háromszögből sinus-tétel segítségével határozhatók meg a további adatok.
AO : BO sin 180o x : sin . Behelyettesítve és törtalakba írva:
R R kn
sin( x ) sin
.
x-re rendezve
R sin R k n
x arc sin
14.
A (x) ismerete után a (h) meghatározása is szükséges, amely nem egyéb, mint a profil sugárirányú változása, a munkadarab szelvényhez képest. Ezt a sugárirányú profiltorzulást a 12. egyenlet fejez ki. A (h) hátraesztergálás elméleti mértéke és a (h) közötti arány azonos a hozzájuk tartozó középponti szögek ( és x) arányával. h : h=x : . Rendezve és (h)-t kifejezve
h
x h.
() az egy foghoz tartozó középponti szög
360o , z
15.
- 236 -
(x)
a (h)-hoz tartozó középponti szög.
Mivel a hátraesztergált maró szelvény helyesbítését rendszerint a hátraesztergakéssel
lehetséges
megvalósítani,
ezért
szükséges
a
hátraesztergáló kés homloklapszelvényét meghatározni. Hátraesztergálásnál – mint ez a 10. ábrából kitűnik – csak a magássági méretek torzulnak, így a hátraesztergakésnél is elegendő a torzult szelvény magassági méreteinek meghatározása.
14.11. ábra A hátraesztergáló kés szelvénymagasságát a következők szerint lehet meghatározni: A h=kn-km és a
360o z helyettesítést elvégezve és km-re rendezve, a torzult szelvénymagasság
km kn
h z x. 360o
16.
Végeredményben az egyenesekkel határolt maróprofil szelvényhelyesbítése az olyan hátraesztergáló késen, ahol a homlokszög =0o, a 16. egyenlettel határozható meg, amelynek teljes alakja a 14. egyenlettel történő helyettesítés után:
- 237 -
km kn
h z 360o
R sin arc sin R kn
.
17.
Példa Meghatározandó a profiltorzulás mértéke annál a hátraesztergált marónál ahol a maró adatai (11. ábra). D=100 mm,
=10o,
h=3 mm,
z=10,
kn=15 mm.
A középponti szög a x meghatározása,
R sin 50 0,1735 o o o o arc sin 10 arc sin 0,2480 10 14 20'10 50 15 R kn 4o10'.
x arc sin
A változott profilmagasság
km kn
h z 3 10 x 15 4,167 14,652. o 360 360
A profiltorzulás mértéke tehát h=kn-km=0,348 mm.
14.6. HÁTRAESZTERGAKÉS HÁTSZÖGE EGYENES VONALÚ MARÓSZELVÉNYEK MEGMUNKÁLÁSÁHOZ A hátraesztergálásnál a kés hátszöge két tényezőtől függ:
- 238 -
a., az archimédesi spirál görbületétől és b., a hátraesztergálandó anyag minőségétől. A 12. ábra hátraesztergált maró fogát ábrázolja abban a helyzetben, mikor a hátraesztergakés a C pontban éppen kilép a fogásból.
14.12. ábra A 12. ábra C pontjában a hátraesztergakés hátszöge 1=c+r.
17.
(1) a hátraesztergakés hátszöge, (c) az archimédesi görbe C pontjában az érintő és a C ponthoz tartozó sugárra húzott merőleges által közbezárt szög, (r) anyagminőségtől függő és szükséges hátszög, amely 3o-5o-ra választható (MSZ 3885-53 2. lap). A C pontban lévő (c) hátszög a 12. ábra jelölése szerint
tg c
h . tc
18.
(tc) a C pontban átmenő köríven a () szöghöz tartozó osztás. A (tc) osztás kifejezhető a C pontban átmenő (Dc) átmérővel és a (z) fogszámmal.
tc
Dc , z
Dc 2 Rc .
- 239 -
A C ponton átmenő sugár nagysága kifejezhető az (R)maró sugár és a (km) a kés homlokszelvény (kés=0o) és (h) hátraesztergálás elméleti nagyságának különbségével is: Rc=R-kn-h. Visszahelyettesítve a
tc
2 ( R kn h) . z
Az archimédesi görbe C pontjához tartozó érintőszög a 18. egyenletbe történő helyettesítés és rendezés után:
h z . 2 ( R kn h)
c arc tg
19.
Végül a hátraesztergálókés legkisebb szükséges hátszöge az 1 mértéke a C pontban.
h z o o (3 5 ). 2 ( R kn h
1 c r arc tg
20.
Egy tetszőleges C1 ponthoz tartozó helyen a hátraesztergálókés legkisebb szükséges hátszöge c1 a 20. képlettel analóg felírható.
hz o o (3 4 ), 2 ( R kn h1 )
c1 c r arc tg
h1
hz 1. 360o
(h1) a C1 ponthoz tartozó hátraesztergálás mérétéke és (1) a C1 ponthoz tartozó középponti szög. A számítási módszer csak egyenes vonalakkal határolt szelvényekre érvényes. Körív
vagy
egyéb
görbevonalú
szelvények
esetén
a
maró-
és
a
- 240 -
hátraesztergáló- kés szelvényei is csak pontokra bontva számítható az előző képletek segítségével.
Példa Kiszámítandó a hátraesztergakés (1) hátszöge egy hátraesztergált egyenesvonalú szelvényű horonymaróhoz. A horonymaró adatai: D=100 mm,
r=4o,
kn=7 mm,
h=3 mm.
z=10,
hz o 4 2 ( R kn h)
1 c r arc tg arc tg
3 10 4o arc tg 0,119, 2 3,1450 7 3 6o38'4o 10o 48'.
Tehát a hátraesztergakés legkisebb hátszöge 10o48’. 14.61. A HÁTRAESZTERGAKÉS KIEMELÉSE Ha a hátraesztergakés homlokszögét a kés=maró-(2o-3o)-ra képezzük ki, akkor megfelelő beállítással elérhető, hogy hátraesztergáláskor profiltorzulás nem lép fel. Ilyen esetben a beállítást késfelemeléssel lehet elvégezni. Ekkor elérhető, hogy a kés homlokszelvénye a munkadarab szelvényével egyezik. A 13. ábra egy hátraesztergált maró kikészítésénél alkalmazott késfelemelést mutat be, ahol (k)
a felemelt kés homlokszöge
(k) a maró és a felemelt kés homlokszögeinek különbsége. Ha a hátraesztergált maró felemelt hátraesztergakéssel készül, a (b) késfelemelés mértékét kell meghatározni. Az AEO derékszögű háromszögre felírható, hogy OE b sin k . AO R Ebből
- 241 -
b=R sin k. ahol k=-k=-(2-3o).
21.
14.13. ábra Példa Meghatározandó a kés felemelésének mértéke a következő adatokkal jellemzett hátraesztergált marónál, ahol R=50 mm,
=10o,
k=2o30’.
A kés felemelésének mértéke b=R sin k=50 sin 7o30’=50 0,13053=6,525 mm.
14.62. A HÁTRAESZTERGAKÉS LEGKISEBB SZÜKSÉGES HÁTSZÖGE A kiemelt kés legkisebb hátszöge három tényezőtől függ (14. ábra):
- 242 -
a., A kijelölt pontnál az archimédesi görbéhez és C1 ponton átmenő körhöz húzható érintő által bezárt (c1) szögtől. b., A késnek a munkadarab tengely síkja fölé történő emelése miatt keletkező (2) szögtől. c., A pillanatnyi szükséges hátszögtől (r), amely gyakorlatilag 3-5o (MSZ 3885-53 4. Lap 2.3 pont). Tehát a hátraesztergálás hátszöge: 1=c1+2+r.
22.
Az (c1)-re hasonlóan felírható a 12. ábránál már levezetett összefüggés amely szerint
h z 2 ( R kn h1 )
c1 arc tg
23.
A 15. ábra egy felemelt hátraesztergakést ábrázol megmunkálás közben. A megmunkálásnak azt a pillanatát rögzíti az ábra, amikor a kés éppen az A pontban forgácsolni kezd. A 15. ábrán adott ASC0 derékszögű háromszögből a (k)
C0 S sin k C0 A, ahol
C0 A kn ,
- 243 -
14.14. ábra
14.15. ábra
tehát
C0 S sin k kn . (2) az OSC0 derékszögű háromszögből határozható meg. míg
CO R (km h1 ). Visszahelyettesítve, és (2)-t kifejezve:
sin k kn . R (km h1 )
1 arc sin
24.
A felemelt hátszöget megkapjuk, ha a 22. összefüggésbe a helyettesítéseket elvégezzük.
sin k kn h z o arc sin (3 5 ) 2 ( R km h1 ) R km h1
1 arc tg
sin 2
Példa
C0 S , C0O
25.
- 244 -
Meghatározandó a hátraesztergáló kés hátszöge, ha a készítendő maró adatai D=100 mm,
kn=15 mm,
z=12,
1=24o felvéve,
h=4 mm,
=10o.
A késnél megadott értékek k=8o,
r=4o.
1. A (h1) értékének meghatározása Először a () marófoghoz tartozó középponti szöget kell kiszámítani
360o 360o 30o , z 12
h1
h z 4 12 48 24 3,20 mm. o 1 360 360 1
2. Kiszámítandó a kés és maróprofil érintkezési hosszának vízszintes vetülete
km kn
h z x 360o
Képlettel lehet kiszámítani, azonban először a (x) szöget kell meghatározni. R sin 50 sin 10o 50 0,1735 o 10o arc sin x arc sin arc sin 10 R k 50 15 35 n o o o o arc sin 0,2480 10 14 20'10 4 10' ,
km kn
h z 4 12 x 15 4,33 15 0,55577 14,423 mm. o 360 360o
3. A hátszög összetevői a megadott maró- és késadatok, valamint a kiszámított (h1) és (km) alapján meghatározhatók. Először az
h z 4 12 arc tg 6,2850 14,423 3,2 2 ( R km h1 )
c1 arc tg
48 arc tg arc tg 0,21605 12o11'30' '. 6,28 35,377
- 245 -
archimédesi
spirálhoz
tartozó
hátszög
az
(c1)
szöget
lehet
kiszámítani.
4. Az (2) hátszög kiszámítása. Az (2) szög a késnek a tengelysíkja fölé való emelése miatt szükséges
15 0,13917 kn sin k o arc sin arc sin 0,05915 3 23'30' '. 50 (14,423 3,2) R (km h1 )
2 arc sin
5. A kés (1) szükséges legkisebb hátszöge: 1=c1+2+r=12o11’30’’+3o23’30’’+4o=19o35’.
14.16. ábra
- 246 -
15. ÜREGELÉS A gépgyártásban igen gyakran felmerül különböző nagypontosságú, kör keresztmetszettől eltérő furatok előállításának szükségessége. Ezekre példa a 1. ábrán látható.
15.1. ábra Ilyen típusú furatok kimunkálását egyedi gyártásban vésőgépen végzik el. A vésés azonban nem olyan megmunkálási mód, amely lehetővé teszi a szűk
tűrések
betartását.
Ezért
a
véséssel
előállított
munkadarabot
méretpontossága és felületi érdességének javítása érdekében sok esetben kézzel kell utánmunkálni. Ilyen megmunkálás sem költség sem pontosság szempontjából nem felelhet meg. Nagy darabszámú munkadarab legyártása vésőgépen nem képzelhető el. Tömeggyártásnál követelmény a cserélhetőség, a pontos méret és a jó felület. Ez alakos furatok esetén el lehet érni üregeléssel. Az üregelés olyan forgácsolási eljárás, melynél a forgácsoló főmozgás egyenesvonalú, és végzi a szerszám, míg az előtolást a szerszámkiképzés biztosítja. Az üregelést gyakran húzómarásnak is nevezik. A szerszám szabályosan többélű és tipikusan a tömeggyártás szerszáma. Használata nagy darabszám esetén indokolt, mivel előállítása költséges. A 2. ábrán hengeres furat megmunkálására alkalmas szerszám általános felépítése látható: 1 a befogórész, 2 a vezetőrész, 3 a forgácsolórész, 4 a simítórész és 5 a támasztórész. A forgácsleválasztás úgy jön létre, hogy a fogakat lépcsősen képezik ki. Így minden egyes fog a munkadarab teljes hosszában dolgozik, és a fogak magasságkülönbségének megfelelő vastagságú forgácsot választanak le ábra).
(3.
- 247 -
15.2.ábra
15.3. ábra A
foganként
leválasztott
forgácsvastagságot
e1-gyel
jelöljük
és
fogankénti előtolásnak nevezzük. A forgácsolóerő meghatározását az egyszerűség kedvérért ékhorony üregelésnél végezzük el, olyan szerszámmal, ahol forgácsosztó-hornyok nincsenek. A forgácsolóerőt az ismert összefüggésből határozzuk meg. Ff1=ke1xlc,
1.
ahol q1=e1l. A képletben szereplő (c) konstanst azért vesszük figyelembe, mert a szerszám hátszöge kicsi, és ennek következtében a súrlódás nagy. A (c) értéke az
Ff-nek
20-30%-ára
tehető.
A
forgácsolóerő
a
kapcsolási
szám
figyelembevételével: Ff=Ff1,
2.
- 248 -
L . t
3.
(L) az üregelendő hossz és (t) a szerszám fogosztása. Üregelésnél rendkívül fontos, hogy a kapcsolási szám mindig nagyobb legyen egynél. (Lehetőleg 3-4.) A meghatározott kapcsolási számot mindig egész számra kell felkerekíteni, mert a szerszám méretezése szempontjából a maximális forgácsolóerővel kell számolni. A forgácsolás teljesítménye Pf
F v Ft v LE f kW 4500 4500 1,36
1.táblázat A forgácsolás sebessége kicsiny v=1-20 m/min. (A gyakorlatban általában 3-7 m/min forgácsolási sebességgel dolgoznak.) A 1. képletben szereplő (k) értékére és a hatványkitevőre tájékoztató adatok az 1. táblázatban találhatók. 15.1. A SZERSZÁM MÉRETEZÉSE A szerszám tervezésének alapjait a forgácsolási viszonyok adják. A szerszám szerkesztése mindig a kimunkált végleges adatokból történik. A
- 249 -
kiindulási alaknak mindig olyannak kell lennie, hogy fúrással, esetleg marással elkészíthető legyen. A kiindulási és végleges alak ismeretében meghatározzuk a megmunkálás lépéseit. A szerszámot úgy kell kiképezni, hogy alakos furatban
a
méretnövekedés
sugárirányban
történjék.
A
szerszám
szerkesztésénél szem előtt kell tartani a termelékenységet, amely nagy fogankénti előtolást (e1) kíván meg, valamint a felületi simaságot, amelynél a kis fogankénti előtolás kívánatos. A szerszám helyes felépítése esetén a nagy mennyiségű forgács eltávolítása nagy fogankénti előtolással, míg a végső alak kimunkálása kis forgácsvastagsággal történik. Az üregelő szerszám tervezésének alapja a helyes forgácstér kialakítása. A forgácstérnek akkorának kell lennie, hogy a leforgácsolt anyag benne kényelmesen elférjen, de ne legyen nagyobb sem a szükségesnél, mert ez indokolatlanul megnöveli a szerszám hosszát. A foghézag kialakításánál lényeges a forgácsképződés folyamatát ismerni. Szívós anyagoknál töredezett forgácsot kapunk. Ha egy fog nagyobb mennyiségű forgácsot választ le, mint amennyi a foghézagban kényelmesen elfér, az esetben kénytelen a leválasztott forgácsot tömöríteni. Ez feleslegesen nagy erőt igényel, vagy a szerszám törését eredményezi. Szűk forgácstér esetén a felület sem kielégítő. Ahhoz, hogy a forgácsteret méretezzük, szükséges megvizsgálni az egy fog által leválasztandó forgács anyagtérfogatát. Az anyag térfogat a
3. ábra
alapján:
Va L e1 l mm3. A leválasztott forgács nagyobb helyet igényel, mint az anyagtérfogat. Ennek figyelembevételével a leválasztott forgács helyszükséglete nagyobb. Vt=Vak1. k1 szorzótényező, amely kifejezi, hogy a leválasztott forgácsnak hányszor nagyobb a térfogatszükséglete az anyagállapothoz képest. Értéke függ a megmunkálandó anyag fajtájától, minőségétől és a fogankénti előtolástól. Természetesen rideg anyagok megmunkálásánál kis értékű, mivel ezeknél töredezett forgácsot kapunk, mely a foghézagot jobban kitölti. A (k 1) értéke 2-5 között változik, az előbb felsorolt tényezőktől függően.
- 250 -
15.4. ábra A rendelkezésünkre álló forgácstér közelítőleg egy hengernek vehető, az esetben, ha a szerszám sík felületet munkál meg (ékhorony, 4. ábra).
V
h2 l. 4
A szerszámot úgy kell kialakítani, hogy az így meghatározható forgácstér egyenlő legyen a forgács helyszükségletével. Vf=V.
L e1 l k1
h2 l, 4
ebből a
h 1,13 L e1 k1 , A szerszám többi méretét a fogmagasság figyelembevételével empirikus összefüggéssel határozhatjuk meg.
t 2,75 h 3,1 L e1 k1 . c 1,5 h. Előbb említettük, hogy a foghézagba csak közelítőleg rajzolható be a kör. A valóságban azonban nagy lekerekítéssel köti össze a homlok- és a hátlap közötti szakaszt (5. ábra).
- 251 -
R=0,75h;
R1=0,5h.
15.5. ábra Üregelő szerszámmal, mint a 1. ábrán is látható, nem csak síkfelületeket munkálnak meg, hanem alakos felületeket is. Ha például hengeres furatot kell elkészíteni üregeléssel, és a fogak teljes hosszukban forgácsolnának, nagyon gazdaságtalan megmunkálás lenne. Ez esetben a kerületen lévő fogak által leválasztott forgácsot igen nagy erővel lehetne csak a foghézagba begyűrni. Ilyen forgács ugyanis nem venné fel a szokásos spirális alakot. Ennek kiküszöbölése érdekében forgácsosztó hornyokat munkálnak a szerszámra (6. ábra). Így a forgácsot (l1) hosszúságú darabokban választják le. Apróbb darabokban leválasztott forgács deformálása lényegesen könnyebb és nem igényel többszörös erőt, azonkívül a foghézagot jól kitölti.
15.6. ábra A 6. ábrán feltüntetett forgácsosztó hornyokkal ellátott szerszámnál a forgács rendelkezésére álló hosszát a magméret (d) határozza meg. Olyan hosszú forgácsot kell tehát a fognak leválasztaniuk, mint a magméret kerülete. A magméret (d) és a külső átmérő kerülete közötti különbség képezi a forgácsosztóhornyok összméretét. Természetesen csak egészszámú hornyot lehet a szerszámon kiképezni. A forgácsolófog szélességét (l1) nem szabad nagyra választani, mert a forgács deformációja sok munkát igényelne. Forgácsosztóhornyokat nem csupán hengeres furat megmunkálására alkalmas szerszámoknál szokás kiképezni, hanem mindenütt, ahol hosszú élvonal van fogásban. A forgácsosztóhornyokat mindig változtatva kell a
- 252 -
szerszámba bemunkálni, hogy a horony helyén maradt anyagot a következő fog lemunkálja. A forgács alakja forgácsosztóhornyok nélkül, sík és íves felület megmunkálásánál a 7. ábrán látható.
15.7. ábra Mivel a forgácsosztóhornyok helyén a fog nem választja le teljes mértékben a forgácsot, hanem egy bordát hagy a felületen, melyet a következő fognak le kell munkálnia. A következő fog tehát nem e 1, hanem 2e1, vastagságú forgácsot választ le (7. ábra). A
forgács
méretének
változását
számításaink
során
feltétlenül
figyelembe kell venni, mert ez nagyobb helyet igényel. Az esetben tehát, ha forgácsosztó
horonnyal
készült
a
szerszám,
az
előbbi
számításokat
módosítani kell h 1,13 L 2 e1 k1 1,6 L e1 k1 , t 4,4 L e1 k1
5.
Ezek az értékek szívós anyagokra vonatkoznak, ahol a forgács spirál alakú. Rideg anyagoknál, mint tudjuk, töredezett forgácsot kapunk, amely jobban kitölti a forgácsteret, és nagyobb, mint a számításainknál figyelembe vett elméleti henger. Ezért rideg anyagoknál kisebb forgácsteret képeznek ki a szerszámon. Értékei:
- 253 -
h 1,4 L e1 k1 ,
6.
t 4 L e1 k1.
7.
15.2. A SZERSZÁM RÉSZEI 1. Befogórész. A befogórész alakját, méretét mindig a szerszámgép szabja meg. Szabványosított befogórész nincs. Cél az, hogy könnyen és gyorsan lehessen a húzófej és a szerszám között biztos megfogást létesíteni. 2. Vezetőrész. A vezetőrész mérete mindig az előmunkált furattól függ. Hosszát az üregelendő munkadarab hossza szabja meg. Követelmény, hogy legalább olyan hosszúnak kell lennie, mind a munkadarab (L). Ebben a hosszban értendő még egy-két fog, amely a vezetőrésszel azonos méretre készül. A vezetőrész célja, hogy a szerszámot pontosan a furatba vezesse. Ennek érdekében futó (f 7-es) illesztéssel készül. 3. Forgácsolórész. Ezen a részen a fogak lépcsőzetesen emelkednek. Két egymás után következő fog magasságkülönbsége megfelel a fogankénti előtolásnak (e1). A termelékenység szempontjából kívánatos a fogankénti előtolást minél nagyobbra választani. A nagy fogankénti előtolás nagy forgácsolóerőt és rossz felületet eredményez. Túl kis mértékű előtolást nem érdemes választani, mert a fog az esetben bizonytalanul forgácsol. Kis fogankénti előtolás esetén az anyag rugalmassága nagyobb lehet, mint az (e1), és a fog elcsúszik a felületen anélkül, hogy forgácsot választana le. Ilyen esetben a következő fog munkálja le a forgácsot (2e1)-gyel, amely túlterhelést jelent. Különösen vékonyfalú munkadarabok megmunkálásánál fordul elő, ha kicsi az előtolás, vagy életlen a szerszám. A fentiek figyelembevételével az előtolás értékét bizonyos határok között választják meg. e1min=0,02 mm,
- 254 -
e1max=0,1 mm, A szerszámot úgy kell kialakítani, hogy a terhelés lehetőleg egyenletes legyen a szerszám hossza mentén. A leválasztandó rétegvastagság és a fogankénti előtolás ismeretében meg lehet határozni a dolgozó fogak számát. A fogszám és a fogosztás meghatározza a forgácsolórész hosszát. A forgácsosztóhornyokat mindig ezen a részen helyezik el. 4. Simítórész. A kúpos kiképzésű rész után hengeres rész következik, melyet simítórésznek nevezünk. Ezen a részen elhelyezett fogak végleges méret megadására vannak hivatva, és elvileg forgácsolást nem végeznek. Tartalékfogként szerepelnek, mivel utánélezés következtében a szerszám mérete, kismértékben ugyan, de megváltozik, amelynek következtében a simítófogak száma csökken. A simítófogak száma általában 3-8. A simítófogakon forgácsosztóhornyot képezni nem szabad. A simítórész után rövid sima részt találunk, mely a megmunkálás kezdetén a támasztórész szerepét tölti be. Egyes
esetben
a
felületi
érdesség
csökkentésére
vasalófogakat
is
készítenek. A vasalófogak tulajdonképpen gondosan lekerekített fogak, melyek forgácsolást nem végeznek, csak deformálják a munkadarab felületét. A vasalófogak fogankénti előtolása e1=3-8. Ezzel elérhető tűrés IT6.
Fogalak Kétféle fogalakot különböztetünk meg: A 8. ábrán bemutatott fogalaknak egy hátlapja van, míg a 9. ábrán feltüntetett fognak kettős a hátlapja. A 8. ábra szerinti fogkiképzésnél a szerszám hátszöge állandó. A 9. ábra szerinti fognál az elsődleges hátszög a (f) szélességű szalagon van kiképezve. Ehhez csatlakozik a nagyobb hátszöggel rendelkező második hátlap.
- 255 -
15.8. ábra
15.9. ábra
A szerszám élszögei A homlokszög megválasztását mindig a megmunkálandó anyagtól tesszük függővé. A forgácsolóerő szempontjából a nagy homlokszög kedvező, de ez kis éltartamot eredményez. E két fontos tényező figyelembevételével a homlokszög értékét =0-15o közötti értékűre választják, az anyagtól függően. A szerszám homlokszöge minden fognál állandó. A szerszám hátszöge. Hátszög vizsgálatánál külön kell választani a hegyesfogú (8. ábra) és a kettős hátlapú (9. ábra) kiképzését. A kettőshátlapú szerszámnál élszalag van. A szalag szélessége (f) függ a szerszám méretétől. f=0,2-1 mm. Ezen a részen a hátszög nulla. A másodlagos hátszög elég nagy értékű 2=3-40. Hegyesfogú kiképzésnél a hátszög kisebb értékű, mint a simítórészen =0,5-1o értékű.
Forgácsosztóhornyok Forgácsosztóhornyokat csak a forgácsolórészen képeznek ki. Méretének (a) és számának (z) meghatározásáról már volt szó. A
forgácsosztóhornyok
mélysége
általában
a
szélesség
fele.
Leghelyesebb, ha a forgácsosztóhornyok alakját a 10. ábrán feltüntetett módon munkáljuk meg. Így elkerülhető, hogy a hornyok sarkai idő előtt elkopjanak. Forgácsosztóhornyokat általában íves felületen képeznek ki. Síkfelületek (hornyok) megmunkálásánál főként az esetben, ha a kimunkálandó horony széles, valamint akkor, ha az oldalfelületek felületi simaságát növelni akarják.
- 256 -
Ilyen esetben ugyanis a leválasztott forgács rövidebb, mint a horony szélessége, és ezáltal a forgács az oldalfelületeket kevésbé rongálja.
15.10.ábra Mély hornyok kimunkálása esetén igen sok fogat kell a szerszámra kiképezni. Ez esetben a szerszám igen hosszúra adódik. A használható szerszám hosszát részben megszabja az üregelőgép lökethossza és a szerszám gyárthatósága. Hosszú méretű szerszám gyártása nehéz feladat, ezért ettől óvakodjunk. Ilyen esetben a leválasztandó forgácsot több tűvel (szerszámok) választjuk le. A következő tű vezetőrésze az előzőz tű befejező fogainak megfelelően van kiképezve. Így a hosszúra kiadódott forgácsoló részt kettő vagy esetleg több szerszámra elosztva képezzük ki. Simítófogakat természetesen csak az utolsó szerszámra (végleges méretre) alakítanak ki.
A szerszám élezése Üregelőtüskék élezése a homloklapon történik, mert így a szerszám legkevésbé
változtatja
méretét
(kicsi
az
()
szög).
A
köszörülés
gazdaságossága érdekében ügyelnünk kell arra, hogy a szerszám hátkopása minél kisebb legyen. Semmi esetre sem szabad a szerszámot a túlkopás szakaszában élezni, mert ez gazdaságtalan. Általában a megengedett kopás =0,2-0,3 mm. Köszörülésnél ügyelni kell arra, hogy ne csak a homloklapot, hanem a fogtő lekerekítését is megköszörüljük, nehogy lépcső keletkezzék, amely a forgácsvezetést megnehezíti. Az élezés speciális élezőgépen történik.
Az üregelőszerszám anyaga Az üregelőszerszám anyagával forgácsolás szempontjából nincsenek különleges
követelmények,
mert
a
forgácsolási
sebesség
kicsi.
Az
üregelőszerszám mindig jó hűtés mellett dolgozik (olaj vagy petróleum), és
- 257 -
így élei nem melegszenek fel. Anyag megválasztásánál elsősorban a gyárthatóság feltételeit, valamint a kopásállóságot kell figyelembe venni. Az anyag megválasztásánál lényeges követelmény, hogy hőkezelésnél az elhúzódás lehetőleg kicsi legyen. Szükséges, hogy edzés után szívós maradjon,
mert
az
esetleges
elhúzódásokat
egyengetéssel
szokták
csökkenteni. Lágy anyagok kissorozatban való megmunkálásánál az ötvözetlen szerszámacél is jó eredménnyel használható. Használnak továbbá ötvözött acélokat. (Pl. gyorsacél.) Kopás szempontjából igen jól használható a keményfémlapkás szerszám. A keményfémlapkás üregelőszerszám csak bizonyos mérethatáron túl készíthető. Ugyanis kisméretű szerszámokra a lapka felfogása nehézségekbe ütközik. Az üregelőtüskék általában húzásra vannak igénybe véve. Úgy kell tehát a szerszám méretét megválasztani, hogy a maximális forgácsolóerő hatására ne szakadjon el. A legkisebb keresztmetszet általában a befogórésznél vagy az első fognál van. A megengedhető húzófeszültség =35-40 kp/mm2. Nem csak húzásra, hanem nyomásra is készítünk
üregelőtüskéket. A
nyomótüskék megegyeznek a húzótüskével, csupán a hosszuk változik. A nyomótüskék általában rövidek és nagyobb keresztmetszetűek. Szilárdsági méretezésnél a kihajlást kell figyelembe venni.
Példa Meghatározandó
hornyos
hüvely
üregelésekor
a
forgácsoláshoz
szükséges teljesítmény és a szerszám fő méretei. A munkadarab hossza L=50 mm. Anyag A70. Fogmagasság
h 1,6 L e1 k1 . A fogankénti előtolást felvéve e1=0,4 mm. A forgácstérfogati tényező táblázatból k1=3,8.
h 1,6 50 0,04 3,8 4,3 mm. A fogosztás
- 258 -
t 4,4 50 0,4 3,8 11,7 mm. c 1,5h 6,5 mm, R 0,75h
h 3,3 mm h 2,2 mm.
A forgácsolófogak száma z;
z
t D d 56 50 75 e1 2e1 2 0,04
a simítófogak száma zs=6, a kezdő részen egy fog 50-re készül. A szükséges fogak száma tehát: zö=82. A szerszám dolgozó hossza: l2=zö t=82 11,7=960 mm. A szerszám teljes hossza: L1=l2+befogórész+vezetőrész+támasz, A kapcsolási szám
L 50 4,28. t 11,7
A főforgácsolóerő Ft=Ff1=ke1xl. A fajlagos forgácsolóerő a 1. táblázatból k=250 kp/mm2. A fogásban lévő élhossz 6 horony esetén 61. Pt=2500,040,85664,28=2560 kp. A kiszámított forgácsolóerő teljesen éles szerszámra vonatkozik. A gyakorlatban
a
módosítótényezőkkel
nem
számolnak,
hanem
meghatározott forgácsolóerőt (20-30%-kal) megnövelik (1. képlet). Ffö=Ffc=25601,23100 kp. A leggyengébb keresztmetszetet szilárdságilag ellenőrizni kell.
F ; A
ahol
35 40 kp/mm2 .
az
így
- 259 -
A
forgácsolási
sebességet
5
m/min-re
felvéve
a
teljesítményszükséglete: Pt
Ffö v 4500
3100 5 3,44 3,44 LE 2,529 kW 4500 1,36
forgácsolás
- 260 -
16. KÖSZÖRÜLÉS Köszörüléssel vékonyabb forgácsot választunk le a munkadarabról, mint az eddig tárgyalt megmunkálási eljárásokkal. Ezért köszörüléssel nagyobb pontosságú munkadarabokat tudunk előállítani, mint az előbbiekkel. A köszörülés olyan forgácsolási mód, melynél a főmozgás forgómozgás, végzi a szerszám: a mellékmozgás forgó- vagy egyenesvonalú, általában a tárgy végzi. A szerszám szabálytalanul sokélű. Kezdetben a köszörülést edzett anyagok megmunkálására használták. Ma a köszörülést mint forgácsoló megmunkálást használják: edzett anyagok megmunkálására, felületi érdesség csökkentésére és méretpontosság fokozására. A köszörülést alkalmazzuk mind simító, mind nagyoló megmunkálásoknál. A köszörülés fő fajtái: 1. palástköszörülés, 2. síkköszörülés, 3. furatköszörülés.
16.1. A FORGÁCSLEVÁLASZTÁS A forgácsleválasztás folyamata legjobban a palástmaráshoz hasonlít (1. ábra).
A
szemcse
beszélhetünk.
A
szabálytalan homlokszög
alakú, általában
így
kialakult
negatív
élszögekről
értékű.
nem
Jellemző
a
köszörülésre, hogy a fogásmélység kicsi és a fogankénti előtolás is kisértékű. A szerszám sebessége nagy, a homlokszög is negatív értékű, amelynek következtében nagy a forgácsolási hő. A leváló forgács szikra alakjában hagyja el a munkadarabot. A szerszám önélező. Az eléletlenebb szemcsék a kötőanyagból vagy kifordulnak, és új szemcsék veszik át a forgácsolást, vagy pedig a nagy erő következtében elrepednek, és ezáltal ismét éles sarkokat kapunk.
- 261 -
A szerszámon számos szabálytalan alakú és méretű szemcse dolgozik. A forgácsolási adatokat meghatározni a maráshoz hasonlóan csak közelítőleg tudjuk. A forgácsolási erő meghatározásánál tehát a marásnál lefektetett adatokból indulunk ki. Köszörülésnél az előtolás értékét mindig a kő szélessége szerint szokták megadni, a tárgy fordulatra vagy kettős löketére. Az előtolás elég nagy értékű (e2/3 B); (2. ábra). Palástmarásnál a forgácsolóerő Ff1=kekb. Köszörülésnél ugyanígy felírható: Ff1=keke. Mint
már
említettük,
köszörülésnél
1. a
forgácsközépvastagság
meghatározása bonyolult feladat, ezért a teljesítményből határozzuk meg. A forgácsolás teljesítménye könnyen mérhető a meghajtómotornál, amelynek ismeretéből a forgácsolóerő meghatározható.
16.1. ábra
16.2. ábra
A marás teljesítményéhez hasonlóan, köszörülésnél is felírható a teljesítmény képlete a következő módon:
P
A
marás
képletében
a
k f e vtárgy
tárgy
60 75
.
előtolásának
2.
sebességét
S-sel
jelöltük.
Köszörülésnél a tárgy előtolásirányú mellékmozgásának sebességét vt-vel
- 262 -
jelöljük, és m/min-ben mérjük. A köszörűkorong sebességét vsz-szel jelöljük és m/sec-ben mérjük. A köszörűkorongnál mért teljesítmény:
P
Ff vSZ 75
.
3.
A tárgynál mért teljesítmény ugyanakkora, mint a korongnál mért. A két képletből a forgácsolóerő meghatározható.
P
F f v sz 75
Ff k e f
k e f vt , 60 75
vt kp. vsz 60
4.
A mellékerők közül a fogásvételirányú erőre van szükségünk. A fogásvételirányú erő igen nagy értékű, mert a szerszámnak megfelelő élszögei nincsenek. Fm=(1,5-3)Ff. A
korongok
jellemző
adatai
5.
meghatározzák
annak
felhasználási
területét. Ezek a jellemzők a következőképpen foglalhatók össze: 1. a szemcse anyaga, 2. a szemcse finomsága, 3. a kötés keménysége, 4. szemcseeloszlás, szemcsesűrűség, 5. a kötőanyag fajtái.
1. A szemcse anyagán azt értjük, hogy maguk a szemcsék milyen anyagból készülnek. Régebben köszörülési célokra természetes köszörűszemcséket, korundot
használnak
(alumíniumoxid).
A
természetes
előforduló
alumíniumoxid tisztasági foka nem kielégítő, és ezért sem a kívánt keménységet, sem pedig a szilárdságot elérni nem tudjuk. Ezért ma már csaknem kizárólag mesterségesen előállított alumíniumoxid-szemcsékből
- 263 -
készítik a köszörűkorongokat. Az alumíniumoxid-szemcsék kemények, elég szívósak, így szívós anyagok megmunkálására alkalmasak. Rideg anyagok megmunkálására az ugyancsak mesterségesen előállított szilíciumkarbidot használjuk. A szilíciumkarbid keményebb, mint az alumínium-oxid szemcse, de ridegebb is. Mint már említettük, a szerszám önélező. Alumíniumoxid szemcséknél az önélezés úgy történik, hogy a kopott szemcsén nagyobb lesz a forgácsolóerő, melynek hatására a szemcse kifordul a kötésből. Így újabb szemcsék kerülnek előtérbe, amelyeknek éles sarkaik vannak. Az önélezés szilíciumkarbid kőnél azáltal jön létre, hogy a növekvő forgácsolóerő hatására a szemcse eltörik, mivel rideg, és így a szemcsének ismét éles sarkai vannak, melyek forgácsolásra képesek. Újabban előállítanak köszörűkorongokat borkarbid szemcsékkel is.
2. Szemcsefinomság, vagyis a szemcse nagyságára jellemző szám az egy angol collra eső szitalyukak számát jelenti. A szemcsefinomságot tehát a szitalyukak számával jelöljük, ezért a nagyobb számok a finomabb szemcsét, míg a kisebbek a durvább szemcséket jelentik. A
gyakorlatban
általában
az
alábbi
szemcsejelölésű
korongokat
használjuk: 8-24 durva szemcséjű, 30-60 közepes szemcséjű, 60-120 finom szemcséjű, 120-240 igen finom szemcséjű. A szemcsefinomságnál figyelembe kell venni a szita vastagságát is. Gyakorlatilag tehát nem készíthetünk tetszés szerinti szitát. Maximálisan kb. 320-as szitákat még fel lehet használni szemcse osztályozására. Az ennél finomabb szemcséket ülepítéssel állítják elő. A finom szemcsék osztályozásánál a szemcsék maximális méretét adják meg mikronokban. Pl. M20 azt jelenti, hogy a szemcse mérete 20-14 közé esik.
3. A kötés keménysége. A szemcsékből felépített köszörűkorongot a kötés tartja össze, hogy forgás közben szét ne repüljön. A kötőanyag
- 264 -
keménysége befolyásolja a korong újraéleződését. A keménykötésű korong a szemcséket erősen fogva tartja, és eléletlenedésnél nem tud kiválni. Az ilyen korong nehezen választ le forgácsot, és a tárgy erősen melegszik. Azt mondják, hogy a kő éget. A lágy kötőanyag a szemcséket kitompulás előtt elengedi, és nagymérvű korongelhasználódást eredményez. A korong kötésének keménységét Norton-skála szerint jelölik. Jelölésre az ABC betűit használják. Lágy kötésű korongot az ABC kezdőbetűivel, a kemény kötésűeket az utolsó betűkkel jelöljük. lágy kötésűek: E, F, G, H, J, K közepes keménységűek: L, M, N, O kemény kötésűek: P, Q, R, S, T, U, W, Z jelölésű köszörűkorongok. A
korongok
keménységjelölései
meglehetősen
pontatlanok,
mivel
mérésük nehéz. Előfordul, hogy ugyanolyan jelzésű, de más gyár által gyártott korong megmunkálás közben egészen más jelleget mutat. A betűjelölés csak relatív jelölés, amely egy gyártmánynál összehasonlításra szolgál.
4. Szemcseeloszlás,
szemcsesűrűség.
A
korong
tömörségére,
illetve
lyukacsosságra jellemző. A szemcsesűrűséget egy bizonyos térfogatban található szemcsék számával jellemezhetjük. A szemcsesűrűségnek nagy szerepe van a forgácsleválasztásnál. A sűrű szemcsézetű korongnál ugyanazt a forgácsmennyiséget több szemcse választja le, mint a ritkaszemcséjűnél. Mivel ritkaszemcséjű korongnál a forgácsot jobban eldaraboljuk, így nagyobb a fajlagos forgácsolási erő értéke, és ezáltal a teljesítményfelvétel is. A sűrű szemcséjű korong keményebbnek hat, mivel a szemcsék ritkábban tompulnak el.
5. Kötőanyag fajtái. A szemcséket különböző anyaggal kötik össze, hogy ezáltal forgácsolásra alkalmas korongot kapjanak. Így megkülönböztetünk: a., keramikus kötőanyagot,
- 265 -
b., szilikát kötőanyagot, c., rugalmas kötőanyagot. a., A keramikus kötőanyagú kövek a legelterjedtebbek. A kötőanyag magas hőfokon megolvasztott kaolin. A keramikus kötésű köveknek számos jó tulajdonságuk van. A hűtőfolyadék minőségére érzéketlen. Nem befolyásolja forgácsolási tulajdonságait a hőmérséklet sem. Hátránya a keramikus kötésű köveknek, hogy merevek, törékenyek és emiatt vékony korongokat előállítani nem lehet. b., Szilikátkötés. Ennél kötőanyagnak kaolin és szódaszilikát-oldatot használunk. A korongokat döngöléssel állítják elő, izzítás nélkül. Ennek következtében olcsóbbak, és nem olyan tartósak. A szilikátkötésű kövek is érzéketlenek a hűtőközegre, valamint a hőmérsékletre. Döngölés következtében a szemcsék közötti hézag kisebb, és így a hűtőközeg nem jut a korong belsejébe. Emiatt rosszabbul hűthető. Megengedhető forgácsolási sebessége is kisebb. A szilikátkötésű korong, ridegebb, mint a kerámia kötésű, és még kevésbé alkalmas vékony korongok előállítására.
c., Rugalmas kötés. Ez a kötési mód lehetővé teszi vékony korongok előállítását, mivel szívós kötőanyagú. Rugalmas kötésű korongokhoz kötőanyagként használunk: sellakot, gumit, bakelitot és különböző műanyagokat. Ezek a kötőanyagok a szemcsék közötti hézagot teljesen kitöltik, így hűtésük nehezebb. Hűtőanyagként petróleumot használjunk. Olajat nem használhatunk,
mert
megtámadják
a
kötőanyagot.
Víz-szódásoldat
hűtőanyagként használható. A rugalmas kötésű kövek nagysebességű forgácsolást engednek meg. Hátrányuk azonban, hogy különböző keménységű korongok gyártása nem valósítható meg. A köszörűkorongok nagysebességgel dolgozó szerszámok és ezért gondos kezelést igényelnek. Gondatlan kezelés vagy repedt korong a centrifugális erő következtében szétrepül, és súlyos balesetet és károkat okozhat. Minden korongon feltüntetik az üzemi fordulatszámot, amelyet túllépni nem szabad.
- 266 -
Példa Mekkora
főforgácsolóerő
ébred
A45
anyagból
készült
tengely
köszörülésekor, ha a tengely átmérője D=60 mm, fordulatszáma n1=80 f/min, tengelyirányú előtolása e=15 mm/f, fogásmélység f=0,025. A köszörűkorong sebessége vsz=30 m/sec. A 4. képlet szerint
Ff k e f
vt . vsz 60
A fajlagos forgácsolóerő k=3000 kp/mm2 (nomogramból). A tárgy sebessége: vt
D n 60 80 15,1 m / min, 1000 1000
Ft 3000 15 0,025
15,1 9,45 kp. 30 60
A forgácsolási teljesítmény:
P
Ff vsz 75
9,45 30 3,78 LE 2,78kW . 75
FELHASZNÁLT IRODALOM 1.
Alexejev, G. a.- Arsinov, v. A.- Szmolnyikov, E. A.: Forgácsoló szerszámok
szerkesztése
és
számítása.
Nehézipari
Könyvkiadó,
Budapest, 1952 2.
Bálint L.: A forgácsoló megmunkálás tervezése. Műszaki Könyvkiadó, Budapest 1958.
- 267 -
3.
Bakondi
K.-
Kardos
Á.;
Gépgyártástechnológia
I.
Felsőoktatási
Jegyzetellátó Vállalat, 1960. 4.
Bakondi K.- Kardos Á.: A gépgyártás technológiája I. Forgácsolás. Tankönyvkiadó. 1963.
5.
Forgácsolási
Országos
Normaalapok.
Nehézipari
Könyv-
és
Folyóiratkiadó Vállalat, Budapest, 1952. 6.
Gépipari Enciklopédia. 3-5-7-9 kötet. Nehézipari Könyvkiadó, Budapest, 1953.
7.
Heinz. A.: Gewindewalzen. Carl hanser Verlag, München, 1952.
8.
Horrung A.: Forgácselmélet és forgácsoló szerszámok. Tankönyvkiadó, Budapest, 1953.
9.
Iszajev, A. I.: A felületi rétegképződés folyamata a fémek forgácsolása során. Akadémiai kiadó, Budapest, 1953.
10.
Kazinczy L.: Az acél forgácsolása közben a forgácstőben létesülő alakváltozások vizsgálata. Műszaki doktori értekezés. Budapest, 1959.
11.
Makádi A.: Marás. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1955.
12.
Mattyasovszky-Zsolnay:
A
csiszolókorong.
Műszaki
Könyvkiadó,
Budapestű, 1955. 13.
Pogány T.: Forgácsolás kerámikus lapkákkal. Műszaki Kiadó, Budapest, 1957.
14.
Magyar Szabványok (MSZ)
15.
Dr. Artinger I. – Dr. Kator L. – Dr. Romvári P.: Fémek technológiája
16.
Csizmadia Ferencné: Anyag és technológia II.
17.
Eördögh L. – Papp T.: Anyag és gyártásismeret
18.
Fiedler Gy.: Fegyverzeti eszközök anyag- és gyártástechnológiája
19.
Fodor L.-Enyingi K.: Anyagismeret-technológia i.
20.
Dr. Gilernot László: Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat
21.
Dr. Konkoly Tibor: Hőkezelés
22.
Pordán Mihály: Anyagismeret és technológia VII/2.
23.
Dr. Prohászka János: Anyagtechnológia (BME jegyzet)
24.
Szabados Mátyás: Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat
25.
Szabó Ferencné: Képlékeny alakítás és hőkezelés
26.
Szombatfalvy Árpád: Hőkezelés
27.
Dr. Verő J.-Dr. Káldor M.: Fémtan
28.
Dr. Zorkóczy Béla: Metallográfia és anyagvizsgálat
- 268 -
KIADJA : a ZRÍNYI MIKLÓS NEMZETVÉDELMI EGYETEM BOLYAI JÁNOS KATONAI MŰSZAKI FŐISKOLAI KAR FELELŐS KIADÓ: Dr. Farkas Tivadar nyá. mk. vörgy. főiskolai tanár kari főigazgató KÉSZÜLT: A BJKMF. nyomdájában NYOMDAVEZETŐ: Veverka László ny. alez. KÉSZÜLT:……….példányban EGY PÉLDÁNY: 135 lap
