Optimális köszörülési paraméterek meghatározása kivágószerszámok élezésénél A híradástechnikai alkatrészek g y á r t á s á n á l — ahol a nagy sorozatok, esetenként a t ö b b milliós darabszá mok a jellemzőek — lényeges gazdasági kérdés a g y á r tóeszközök minősége és é l e t t a r t a m a . Egy kivágó szerszámelem j ó s á g á n a k ( é l t a r t a m á n a k ) t á g a n értelmezhető feltételei vannak. Általában előírt m ű s z a k i követelmény az adott a n y a g ú kivágó szer szám a k t í v elemeire v o n a t k o z ó a n a: — felületi érdesség (Ra), és a — keménység (HRC). Ezen felül jellemzik még a felületet, és így a szerszáméltartamot: — a köszörülés során újraedződő és kilágyult réteg tulajdonságai ( 1 . á b r a ) : — a m a r a d ó feszültségek m é r t é k e és eloszlása, főleg a vágóéi környezetében. Ezeket a rajzon á l t a l á b a n nem írják elő. A m a r a d ó feszültség, amely a szerszámmal végzett munka során az üzemi feszültségek h a t á s á t t o v á b b fokozza, vagy gyengíti, alapvető hatással van a szeri
i
HVM
TÉGLÁS ANDRÁS
szám é l t a r t a m á r a . A köszörülés okozta felületi el változások eredménye gyakorlatilag maradó feszült ségben összegeződik. A m a r a d ó feszültség az igénybevételtől függően lehet káros, vagy hasznos a szerszáméitartam szem pontjából. A technológiai kísérletek célja, hogy a különböző korongokkal és technológiai paraméterekkel végre hajtott k e m é n y állapotban t ö r t é n ő megmunkálás so rán a kialakuló m a r a d ó feszültség h a t á s á t megvizs gáljuk a vágóéi (vágócsúcs) környezetében. A kapott eredményekből következtetéseket von hatunk le a kivágószerszám maximális é l t a r t a m á t eredményező köszörülési paraméterekre vonatkozóan. A maradó feszültség mérésének elve H a a köszörülés okozta m a r a d ó feszültséggel ter helt réteget eltávolítjuk — úgy, hogy közben új ma r a d ó feszültség ne, vagy csak elhagyagolható m é r t é k ben keletkezzen — a p r ó b a t e s t belső egyensúlyi álla pota megbomlik. Ennek h a t á s á r a a darab alakja megváltozik. Az alakváltozás mértékéből lehet — az eltávolított réteg vastagságának ismeretében — meghatározni a mara dó feszültség nagyságát. A m a r a d ó feszültségek meghatározásakor feltéte lezzük, hogy: — a köszörülés előtt a darabot nem terhelte a hő kezelésből származó — minimális — feszültsé gen kívül m á s m a r a d ó feszültség, — az elektrokémiai m a r a t á s során az eltávolított réteg feszültsége nem' változik, ezért átlagfe szültséggel lehet számolni, — a rugalmassági modulus (2?) állandó, — a p r ó b a t e s t viselkedés a Hooke-törvénnyel leírható,*
(_ 0
+ 100
|_ 200 '
300
3
^ Ayt^um)
1
~ ©
Újra
edződött r é t e g
(2)
Megeresztett / k i l á g y u l t / r é t e g
®
Alapszövet
>
a
-o't
yL
eL.
' L [B102-11
1. ábra. A felületi réteg keménységeloszlása acél köszörülésénél
226
— - - - - » >
edzett
(6102-2
2. ábra. Vázlat a maradó feszültség Híradástechnika
XXXI.
számításához
évfolyam 1980. 6. szám
— az alakváltozás felfogható ú g y , mintha M j n y o m a t é k terhelné a darabot és ennek h a t á s á r a deformálódna (2. á b r a ) . a Ad! y Ac L a 1
x
= = = = = =
A számításokat előre m e g h a t á r o z o t t r é t e g e n k é n t a AC automatikus mérésével számítógép végezte el az , N M E Gépgyártástechnológiai Tanszéken.
lemezvastagság, eltávolított réteg vastagsága, görbületi sugár, körszelet (gömbszelet) magassága, a lemez hossza, a megmardt lemez vastagsága.
.220V
A Aa réteg egységnyi hosszát terhelő e r ő : x
F =a .Aa -l 1
a
lm
1
= Aa réteget terhelő feszültség átlaga. A lemezt hajlító F érő karja a lemez vastagságá nak felével egyenlő. lm
1
1
a — Aa
Aa
1
a ~2
x
[B1Ö2-3
Ezzel a n y o m a t é k :
3. ábra. A mérőberendezés vázlata
AM^
a
y
n
-Aa \-. r
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tiszta hajlításkor a n y o m a t é k : M--
E-I
É?(W) '
ahol 1 =
12 ' p = Poisson szám, E = rugalmassági modulus,
Ezekkel felírható: M
1
=
E-af-l 12(1 - n
.
)
8-C L ' 2
í g y a m a r a d ó feszültségre érvényes összefüggés:
2-E-4-8-AC Sin
2"
— Próbatest; — Réz t a r t ó ; — Próbadarab tartó; — Üvegedény; — Katód; — Acélgolyó; — Mérő tajpintó; — Induktív jeladó; — Erősítő; — Regisztráló m ű s z e r ; — Speciális maratószer,
A méréseket Ferro-Titanit-C-Special ányagból k é szített próbatesteken v é g e z t ü k el, mert az ebből k é szült szerszámelemek köszörülése okozta a legtöbb gondot (3. á b r a ) . A kísérletet ötféle korongminőséggel, korongminő ségenként változó p a r a m é t e r e k k e l hajtottuk végre. A különböző minőségű korongokkal, illetve különKorong: Dorfner DGS 5A 100 k10/korund/
6
m m
2]_
200
V ~10 m/min m
f =0.01 mm' 2 mm Hűtés:Cáriról Sihtilo
3
Megmunkált anyag:Ferro-Títonit-C Special 170 HRc/ a[/um]
-200 B102-4
4. ábra. Maradó feszültségeloszlás korund köszörűkorong alkalmazása esetén Híradástechnika
XXXI.
évfolyam 1980. 6. szám
227
K o r o n g : ASZÓ 125/100 müanyagkötésű
100% B 8 /Fémbevonatos,
gyémánt
korong/
V|< = 23,5 m / s e c jdaN/mm^}
V -
1 m/perc
f .=
0,01 m m
m
200'
Megmunkált anyag- F e r r o - T í t a n i t - C Spéciül / 7 0 H R c /
200
-200[BTÖF _5] :
5. ábra. Maradó feszültségeloszlás bevonatos gyémántkorong alkalmazása esetén böző technológiai paraméterekkel végrehajtott köszö rülés u t á n i m a r a d ó feszültségi állapotot így egzakt méréssel meg lehetett h a t á r o z n i . Ez egyértelmű tájé k o z t a t á s t adott az alkalmazandó optimális minőséget ( é l t a r t a m o t ) a d ó köszörűkorong fajtára és a beállí t a n d ó technológiai értékekre, és egyértelműen bizo n y í t o t t a be, hogy a jól m e g h a t á r o z o t t köszörülési technológia nagyban elősegíti — az egyébként rend kívül nehezen köszörülhető, edzhető — k e m é n y a n y a gok szakszerű, maximális e r e d m é n y t adó finom meg m u n k á l á s á t (4., 5. ábra).
A vizsgálat m e n e t é esetenként a k ö v e t k e z ő : Meghatározzuk az N és F erő eredőjét (7. á b r a ) , valamint az eredő erő vetületét az s szögfelezőre (8. ábra), és erre merőleges komponensét. Egységnyi terhelő erő l m m vágásakor egy vizsgált kivágószerszám esetén: 25 daN 2
t
A mérések
/j<x=14,04°
kiértékelése
—
A vágólap (bélyeg) élét kivágáskor kétféle erő terheli. F az egségnyi hosszt terhelő kivágóerő, N a vágólapba bekényszerített anyag szétfeszítő ereje (AT=0,25 F ) (6. á b r a ) , A tárgyalásnál a súrlódóerőt nem v e t t ü k figyelem be, annak ellenére, hogy h a t á s a lényeges. Egyszerűsí t ő feltételként v e t t ü k , hogy F - t és N-t k o n c e n t r á l t erőként kezeljük, holott ezek közel parabolikusán megoszló terhelések. Nem v e t t ü k figyelembe azt sem, hogy a kivágáskor a sarok fokozatosan leomlik és így a peremfeltételek Változnak, az erő nem a csúcson hat. Elhanyagoltuk a vágórés és a rugalmassági modulus szerepét a fe szültségek kialakulásánál. Ezek szigorító feltételek, növelik a s z á m í t o t t feszültséget. '
—* (
[B1Q2-7Í
1
7. ábra. Számítási vázlat
F = 25 daN Az eredő erő
és
N = 6,25 daN R = 25,77 daN a = 14,04°
és
fi=45° - 1 4 , 0 4 ° = 30,96° F = cos/S-R = 22,l daN F = s i n ^ . f í = 1 3 , 2 6 daN. 1
2
Az F és F erők okozta feszültségeket külön szá molva a szuperpozíció elvén határozzuk meg a H fe lületen ébredő feszültségekét. H felületen a vágólap síkját értjük. x
2
F I N = 0,25F
8102-8.
6. ábra. Számítási vázlat
228
8. ábra. Számítási vázlat Híradástechnika
XXXI.
évfolyam 1980. 6. szám
F-l okozta feszültség (9. á b r a ) :
w = 45°
— (Fj^-cos v)
2a = 9.0°
r- \ a. + —sin 2a
\«- 45° r
a
a = 45° =
71
Az r v á l t o z h a t 0-tól 0,5-ig (becsléssel) kivágás esetén. Az r minimális méretét célszerűen az anyag szemcsemérete szabja meg, mert a szemcsehatáron törik, omlik le a vágóéi.
v)
F
2
okozta húzó feszültség (10. á b r a ) :
[B102-9J
9. óöra. Számítási vázlat
1. táblázat. A vágólap (bélyeg) sarkán ébredő üzemi feszültség számításának programja. 10 12 17 18 19 20 30 40 50
P R I N T " F E S Z Ü L T S É G A VÁGÓLAP S A R K Á N " PRINT P R I N T T A B 6 0 "SZIGMA E " PRINT . PRINT F I = 22.1 F2 = 13.26 Ml=PI/4 A Pl/l
60 70 80 90 100 110 120 130 140 150
M2 = 3 * P I / 4 FOR R = 0.05 TO 0.5 STEP 0.05 X = Y = R/(2t0.5) S l = -1*(F1*COSM1)/(R*(A + 0.5*(SIN(2*A)))) • " S2 = ( F 2 * Y # X * ( S I N M 2 ) t 4 ) / ( ( X f 3 ) * ( ( P I / 4 ) - 0 . 5 * S I N ( 2 * A ) ) ) T2 = (F2 * Y t 2 * (SINM2)t4)/(Xt3 * (PI/4 - 0.5 * SIN(2 * A))) E = ((Sl + S2)t2 + 3*(T2t2))t0.5 PRINT T A B 8 " * " S 1 " * " S 2 " * " T 2 " * " E " * " NEXT R END
F E S Z Ü L T S É G A VÁGÓLAP S A R K Á N SZIGMA E
9
* * * '
*
* -243.1473812 * -121.5736906 * -81.04912708 * -60.78684531 * -48.62947625 * -40.52456354 * -34.73534018 * -30.39342266 -27.01637569
* -24.31473812 Híradástechnika
XXXI.
*
328.5317539
*
109.5105846
* 164.2658770
* 82.13293848
* 65.70635078 * 54.75529232 * 46.9331077 * 41.06646924 * 36.50352821 * 32.85317539
évfolyam 1980. 6. szám
* 328.5317539 * 164.2658770 * 109.5105846 * 82.13293848 * 65.70635078 * 54.75529232 * 46.9331077 41,06646924
* 36.50352821 * 32.85317539
* 575.4040589 * 287.7020295 * 191.8013530 * 143.8510147 * 115.0808118 * 95.90067649 * 82.20057985 * 71.92550737 * 63.93378433 * 57.54040590 229
húzófeszültségre szuperporálódik, akkor a szerszáméi t á r t a m jelentősen csökken. H a a m a r a d ó feszültség negatív ( n y o m ó ) , akkor ez az üzemi húzó feszültséget csökkenti és így a szerszáméitartamot növeli. A t ú l terhelt AR' sáv Zlfí-nél lényegesen kisebb. A m a r a d ó feszültségeloszlások jellegéből ú g y tűnik, hogy a m ű anyagba ágyazott bevonatos, g y é m á n t korongokkal t ö r t é n ő megmunkálás adja a legkedvezőbb m a r a d ó feszültségeloszlást. A k e m é n y megmunkáláskor arra kell törekedni, hogy olyan korongtípust használjunk kivágó szerszámok a k t í v elemeinek gyártásakor, amelyek m a r a d ó nyomó feszültséget eredményeznek a felületi rétegben. B102-10I 10. ábra. Számítási vázlat
6
(T) Üzemi feszülség a ,.H"sikban.
jdaN/mm^J
(2) Maradó és áz üzemi feszültség összege akkor ha a maradó feszültség negatív. ( | ) A maradó feszültség é s az üzemi feszültség összege akkor ha a maradó feszültség pozitiv.
h ú z á s (+ 6)
B 102-11 i
11. ábra. Üzemi feszültségeloszlás a vágóéi környezeté ben ! 0,1 mm
A csúcsban ébredő csúsztató feszültség:
v
F .y .sin u 2
4
2
zH--
(— " — 1— sin- «2 «V
l
4
2
)
oH=H +H 1
aE=]/a%
2
+ 3-t%.
A számításokat célszerűen a B H G — M H E Szer szám Fejlesztési L a b o r a t ó r i u m H P 9830 A típusú számítógépén végeztük el a fenti program szerint (1. t á b l á z a t ) . H a <xE > t r , akkor a szerszám éle kivágáskor leomlik, mert a sarkot a megengedettnél nagyobb hú zófeszültség terheli. Az, hogy a AR mekkora — a vágólap sarkának letöredezése milyen széles — a szerszám felületének fe szültségi állapotától, így a m a r a d ó feszültségtói is függ. Vizsgálatainkkal bebizonyítottuk, hogy a kivágó szerszámok H síkjában húzófeszültség ébred üzemi kö r ü l m é n y e k között (11. á b r a ) . Ha ez jelentős m a r a d ó m e g
230
IB102-121
12. ábra. A maradó feszültség hatása Az elemzések során csak a mechanikai modellen kialakuló feszültségeket v e t t ü k figyelembe, a kifá radási jelenségek és kopási tulajdonságok részletes elemzése nélkül. A vágólap élén kialakuló üzemi fe szültségek vizsgálata — feltételezésünk szerint — jobban elvégezhető lenne optikai feszültségvizsgá lattal, vagy a véges elemek módszerével. Ez t o v á b b i elmélyült m u n k á t igényel, ami jelenleg meghaladja műszaki lehetőségeinket, de véleményünk szerint egy munkahelyi vizsgálat terjedelmét is.
Híradástechnika
XXXI.
évfolyam 1980, 6. szám
