4. Élettartam növelő megmunkálások (tartósság növelő)
Tartósságnövelő megmunkálások célja:
A felületi réteg tulajdonságainak megváltoztatása
Gépek működésekor igénybevétel • • •
felületi felületi réteg belső keresztmetszet
elsősorban képlékeny alakítással Eredményeként megváltoznak a felületi réteg tulajdonságai:
Felületi mikrogeometria (érdesség) hatással van a: • •
Felületminőség
kopásállóságra fáradási tulajdonságokra feszültséggyűjtés kifáradás működési tulajdonságokra
•
A megmunkált felületet érő hatás szerint a tartósságnövelő megmunkálások lehetnek:
• • •
• • • •
érdesség (felületi mikrogeometria) keménység maradó feszültségek szövetszerkezet
4.1 Külső hengeres felület felületvasalása Csúszási súrlódás közbeni jelenségek játszódnak le a vasaláskor, melynek eredményeként:
felületvasalás felülethengerlés ütőtestes szilárdítás
• • •
a felületi érdesség csökken (Ra) keménység nő felületi szilárdság nő
• • •
nő a keménység csökken az érdesség nő a hordfelület
A forgácsoló technológiák: pl.• • • • •
köszörülés szuperfiniselés, hónolás tükrösítés
a felületi érdességet javítják a felületi réteg szilárdságtani tulajdonságait rontják
• •
4
egyetemes eszterga célgép 1: feszítő csavar 2: mérőóra (erő) 3: szerszám 4: munkadarab
3 2 1
3
2
R1,2
;3,4
R3,35
a)
Lehet • rugalmas szerszámkonstrukció • merev szerszámkonstrukció
2
1
b)
• 1: vasaló gyémánt • 2: foglaló fém • 3: foglalat
Felületi érdesség
Keménység
v: 25-200 m/min f: 0,02-0,2 mm/min F: 100-600 N
0.6
5200 HVM ,MN/m 2
R a m
Technológiai adatok
0.5 0.4
Felületi érdesség
0.3
4600
4000
0.2
• •
elméleti maximális érdesség: f2/8r tényleges elérhető érdesség: 0,04-0,16 m Kemény anyagokhoz is alkalmazható: pl. edzett acélok (golyóscsapágy acél, 63-65 HRc)
3400 0.1
0
0
200
400
0.12 0.08 f, mm/ford
0.04
0.08 0.12 f, mm/ford
300 v, m/min
100
200 300 v, m/min
200
400 F, N
0.04 100
200
120°
1 150°
3
Gyémánt • kemény • μ kicsi • jó hővezető • kicsi a hőtágulása • nagyon kis érdességűre munkálható
gömbalakú
120°
Szerszám: mesterséges vagy természetes gyémánt Gép:
hengeres
Vasalószerszám
150°
Felületvasalás
600
600 F, N
4.2 Külső hengeres felület felülethengerlése
m ,MN/m 2
Maradó feszültségek
• • •
300
vc= 93 m/min f = 0,08mm/min F= 196 N
köszörülés 0
-300
szerszám: kemény (acél), szférikus vagy gyűrű alakú gördülő súrlódás történik kopásállóság és kifáradási határ javul
Jellegzetes gőrgő alakok:
esztergálás
Dg= 20-200 mm R = 0,5-200 mm
-600 esztergálás+vasalás -900 köszörülés+vasalás 100
200
300
400 l, m
Jellegzetes eljárások
Technológiai adatok 1: egygörgős 2: egygolyós 3: kétgolyós 4: kétgörgős 5: kétgörgős ferde 6: kétgörgős simító 7: kétgörgős kúpos 8: golyós + eszt. 9: görgős + eszt.
vc: 30-90 m/min F: 200-200000 N
f
r
• • •
f e
0
e
-1200
pneumatikus hidraulikus rugós
Felületi érdesség: Ra= 0,01-1 m kb. tizedére csökken
r
Megelőző érdesség
Görgő sugara
Erő, előtolás
Fogások száma 12 Rz, µm
R z , m
1.2 1.0
10 8
0.8
6
2
0.6
4 2
0.4
z 1: eredeti érdesség: Rz= 80 m 2: eredeti érdesség: Rz= 40 m .
• • •
l l 21 arctg 1 2 a a l 1 a 3
l: a képlékenyen alakított réteg vastagsága F: görgőerő a: az érintkezési ellipszist helyettesítő kör sugara : poisson szám ReH: folyáshatár
1000
2
4
6
2000 F ,N
8 10 12 14 16 fogások száma
a
Ha =0,3 és
geometriai viszonyoktól technológiai adatoktól anyagminőségtől
F 4 2 a ReH 3
0
1
Ábrázolva az összefüggést
A keményedett réteg vastagsága: 0,2-20 mm Függ:
0.2
akkor
a3
1
ahol
3 1 F R E
1 2 2 1 R d w Dg r
„a” ismeretében F/a2ReH leolvasható Pontszerű érintkezést feltételezve: l
f e
F 2 ReH
4.3 Külső hengeres felületek ütőtestes szilárdítása • •
szabad vagy korlátozott mozgású testek ütődnek a felülethez a réteg tulajdonságai dinamikus kölcsönhatás miatt változnak meg
Elterjedt eljárások:
Sörétezés • • •
Sűrített levegő nyomása Forgó lapátkerék röptető ereje Gravitáció (saját tömeg)
Ezek eredménye: mozgási energiával szilárdítanak Sörét: legtöbbször öntöttvas 0,5-5 mm
• •
szabad ütőtestes: sörétezés Kötött elhelyezésű: - szilárdítás forgó ütőtestekkel - szilárdítás vibrációs ütőtestekkel
Technológiai adatok:
v: 70-150 m/s Ra: 6,3-25 m l: 0,2-0,5 mm
Forgó ütőtestes felületszilárdítás
Gravitációs sörétezés
• •
Pneumatikus sörétező
munkadarab alaptárcsa
alakos gyűrű ütőtest
felfogócsap
Szerszám: tárcsa szerű, a kerületén elhelyezett gyűrű vagy golyó alakú ütőtestekkel Gép: pl. eszterga, az ütőtestes berendezés a késtartó helyére fogható
1: alaptárcsa 2: oldaltárcsa 3: golyókosár 4: acélgolyó 5: szorítócsavar 6: munkadarab
Az eljárást befolyásoló tényezők: • • • • • • • •
Az alakváltozás mértékére hat még:
ütőtestek alakja és mérete az átfedés nagysága „h” v: kerületi sebesség ütőtestek száma anyaga (acélgolyó) f, vw Fogásszám munkadarab anyaga
• •
A mikrogeometriát a fajlagos ütésszám határozza meg:
Nü
k ns i d w f nw
k: a golyók száma Elérhető érdesség, Ra= 0,02-0,05 m
az ütőerő nagysága az ütési impulzus
A felületi réteg tulajdonságait befolyásolja: • a munkadarab anyaga • ütések száma • ütési impulzus • szilárdítási technológia Technológiai adatok:
h
Nü: 30-70 ütés/mm2 h: 0,05-0,8 mm F: 5-120 N
4.4 Belső hengeres felületek hideg képlékeny megmunkálása A keménység nagymértékben növekszik
Cél: • • •
1: vsz: 41 m/s; h=0,15 mm 2: vsz: 41 m/s; h=0,05 mm 3: vsz: 15 m/s; h=0,15 mm 4: vsz: 15 m/s; h=0,05 mm
mikrogeometria pontosság felületi réteg tulajdonságai (keménység, hordozó felület, maradó feszültségek) Vasalás
• •
Golyóval vagy kúpos alakító elemmel
Kettős kúpos alakító elem:
Golyós:
F
Hengerlés D
F
hátsó kúp
3 kosár
kalibráló kúp d
alakító kúp
1 alakító elem (görgő)
alakító elem (golyó)
f 0
2 támasztó kúp merev (tömör)
merev (szerelt)
Vasalás történhet rugalmas elemmel is (ld. Külső felület vasalása)
• •
F F
F
f
fv
f
Furathengerlő szerszám konstrukciója 7
8 l
5
6
4
3
2
Golyóval vagy kúpos alakító elemmel
Ütőtestes 1 szerszám befogó fúrórúd
Ritkán, inkább csak nagy átmérők esetén
/2
Morse olaj kenés
n f
f n
f n
n
5. Fogazatok megmunkálása határozott élgeometriájú szerszámokkal
A fogazatok kapcsolódása
5.1 Alapfogalmak Fogárok
Fejszalag Fogfelület Fejkör Gördülõkör Osztókör Fog
Fogtõfelület
Fenékszalag
Határkör Lábkör Alapkör Fogprofil
Határpont
Fogaskerék hajtások csoportosítása
Egyenes külső
Egyenes belső
Külső kúpfogazat
Fogasív
Tányérkerék, síkkerék
Metsződő tengely, kúpkerékpár
w
w
Fogasléc
Metsződő tengely, csavarkerékpár
aw
Metsződő tengely, csavarkerékpár
Hipoid kerékpár
Hengeres csigahajtópár
Toroid hajtópár
5.2 Fogazatmegmunkáló eljárások felosztása
5.3 Profilozó eljárások
a) Profilozó eljárások • marás • Vésés • üregelés
a) Marás tárcsamaróval v. ujjmaróval (modulmaróval)
Megmunkálás „alakátvitellel” Fogprofil = Fogárok normálmetszeti profilja egy szerszámmal egy modul és fogszám gyártható
b) Lefejtő eljárások • a fogprofil burkolóvágások révén jön létre • főmozgás, előtoló mozgás, lefejtő mozgás (gördülés) • egy szerszámmal többféle fogszám gyártható • A lefejtés lehet: • folyamatos • szakaszos
Jellegzetességek:
n forg.
H
h
h
V
• Mindig osztással megy végbe • Szerszám homlokszöge = 0 • Egyetemes gépek és készülékek • Nagy átmérőjű munkadarabok • A marókat készletekben gyártják
r0
n osztó
r
0
h
h
h
. v előtoló
r0
n forg.
Fogprofil tárcsamaró geometriája H N N
Jellegzetes változatok (tárcsamarásra):
h H
Zárt nyílfogazat készítése ujjmaróval
• Oldalmegosztás • Fogásmegosztás
V
N-N
d0
df
tgB
tg h
5.4 Lefejtő eljárások (1890-1910)
b) Vésés, üregelés Profilozó eljárás
üregelés
Osztó-profilozó (1,2) komplett profilozó (3,4)
2
1
z1
• Komplett profilozás is lehetséges (egyetlen húzással) • Többnyire kisméretű darabok • Nagysorozat v. tömeggyártás vésés
4
1) Tárcsával-marás -köszörülés 2) Újjmaróval marás 3,4) Üregelés, kivágás, hideghúzás
3
• Egyedi gyártás • Szakaszos előtolás • Osztómozgás
„Valódi” fogaskerék megmunkálás: • A mdb és a szerszám egymáson gördül • A profil ún. burkolóvágások révén jön létre (lefejtés) • A szerszám terhelése egyenlőtlen
Rm
Hengeres fogazatokhoz: ax
8-15 vágás
• gyalulás • vésés • marás
Ismételten a fogazatok kapcsolódásáról
Maag
Pfauter
Fellows
vc ft fa
vc vc fw
fw
f
fw
f
fw
Fogaskerék megmunkálás lefejtéssel
v forg.
5.4.1 Lefejtő fogvésés (Fellows eljárás)
munkadarab
löketvégi asztalmozgás a szerszám kiemelése miatt
mdb. nosztó
Lefejtő fogvésés
szerszám gyors előtolás fogásv. mozg. löket
sz. nelőtolás i=zs/zw=nw/ns
z i= z v
Lefejtő fogvésés
Fogásmélység beállítása: begördüléssel, a mdb. 1-1/4 fordulat alatt készül el
.1
Vezérlőtárcsával valósítják meg
szerszám
mdb. 2
teljes fogásmélység
.
1.pont: h=0 2.pont: h=hmax
h 1 2
Szerszáma: a metszőkerék (változó profileltolású éllel rendelkező „fogaskerék”)
kos szekrény
állvány v Fogmetsző gép kinematikai elrendezése
munkadarab
• Egyszerű mozgásviszonyok • Bonyolult szerszám
Elemi fogazat: x=0
szerszám forgó tárgyasztal
Ferde fogazatok is megmunkálhatók: +mozgás a szerszámnak (spirál) sz-mdb ellentétes emelkedésűek 2
3
1
Ferde fogazat előállítása metszőkerékkel, Cserélhető csavarvezeték segítségével 1. csavarvezeték, 2. vezetőhüvelyt forgató kerék, 3. vezetőcsap
Belső fogazatok is megmunkálhatók.
Lefejtő fogvésés, belső fogazat
5.4.2 Lefejtő foggyalulás (Maag eljárás)
• Nagyobb pontosság • Kisebb termelékenység • Nagyon bonyolult mozgások (mechanika) • Legegyszerűbb szerszám
A megmunkálás kinematikája:
Lefejtő foggyalulás
Visszalöketnél a kés kiemel (billen) . + vforg.
a
mdb
n velőt.
fogásvételi mozgás
02
03
01 05
04
i (kin. kapcs.)
III.
I.
II.
III.
II.
3
Maageljárás mozgásciklusa
4
2
1 5
Ferde fogazat gyalulása: egyenesfogú v. ferdefogú fésűskéssel H
vsz
H
r2 ráfutás
ráfutás rövid lökethossz
vésés mdb. kifutás
mdb. kifutás
A
r1 ha
a)
b)
hf
ismétlés
Maag fésűskés geometriai kialakítása:
p m t S0 0 2 ha h f 1,25 m
0 20
2 0
p
vésés
A
s0
hosszú lökethossz
szerszám vforg.
I.
1-2: begördítés (1. fog kialakul) 3: további fogak megmunkálása 4: gyors visszagördülés 5: gyors kigördülés + osztás a megfelelő fogszámmal
• Sík felületek határolják • Mindenütt névleges profillal bír • Sokszor és könnyen újraélezhető (csak szilárdsági limitje van)
5.4.3 Lefejtő fogmarás (Pfauter eljárás)
Egyszerű élezhetőség hát- és homlokfelületen
12°
• Nagyobb termelékenység • Kisebb pontosság • Egyszerű mozgások • Bonyolult szerszám • A főmozgás forgó, ez nagy előny • Szinte minden mozgás folyamatos
Maag eljárás belső fogazatokhoz nem használható
< 0
Szerszám: Csavarfelületre vitt lécprofil
s lőtolá
diff.
v tang.e
v ax. előtolás
vt is lehet (szakaszos, v, folyamatos) a maró egyenletes terhelése érdekében)
= 90°+ s
forgó
osztó
Lefejtő fogmarás, Pfauter
Pl. diagonál marás
a
d=+/- a+b v rad. fogásvétel v. előtolás
v tang. előtolás
A lefejtő fogmarás kinematikai lánca
Diagonális marás
vf
lefejtőmaró
sz
mdb
mdb. ft f er
, zö i = z
mdb
Zö: maró bekezdések száma Z: mdb fogszáma
f ax
lefejtőmaró
Kivitelezési módszerek:
Az előtolás és az érdesség kapcsolata
• Alulról felfelé (egyenirányú marás) termelékenyebb • Csak axiális előtolással • Axiális és radiális előtolással (l út csökkentése)
v
h
f 2 mf X R SZ R SZ 2
fmf
n
Rsz
2
X' X sinα 0 X'
v x
f mf
R sz -x
l
vrad vax vax
2
o
x,
f mf sinα 0 8 R SZ
X'8 R SZ [mm/mdb ford.] sinα 0
Lefejtő fogmaró gép felépítése
A szerszám újraélezése
Marófej lefejtõmozgása
Dönthetõ marószán
Ellentámasz
A hátfelület „hátraesztergált” A homlokszög g=0o
n sz Lefejtõ elõtolás
sík Állvány
Elõtolás
Fogásvétel Radiális elõtolás
kúpos oldalfelület
Munkadarabszán
szabályozás gyémánttal
Lefejtő eljárások összehasonlítása
Jellemző
Fellows
Maag
Pfauter
Termelékenység
++
+
+++
Pontosság
++
+++
+
Mozgásviszonyog ++ bonyolultsága Szerszám bonyolultsága +++
+++
+
+
+++
Belső fogazat
+
-
-
Ferde fogazat
+
+
+
6. Fogazatok befejező megmunkálása határozott élgeometriájú szerszámokkal 6.1 Hámozó lefejtő marás (pontossági fogmarás) • Mindig simító megmunkálást jelent • Kéregkeményített vagy edzett fogazatok is megmunkálhatók • Kinematikailag azonos a hagyományos lefejtőmarással • Jó termelékenység, jóval nagyobb, mint köszörülésnél • Pontosság jó: IT 6-8 • Ráhagyás 0,1-0,3 mm
Műszaki előfeltételek:
30 °
A negatív 30o biztosítja • Kis forgácsvastagság • Kis deformáció • Kis hőképződés • Jó Ra (0,8-6,3 m)
Gondos előmunkálás !! forrasztott v. betétes kivitel
Az előfogazáshoz speciális marót használnak (Protuberanz maró)
• Munkadarabok gondos előmunkálása • Megfelelő gépválasztás • Pontos készülékezés
ráha
0.1m
1.4m
s gyá
előfogazás végállapot
pr
Gép:
Előmunkálás: Csak a fogoldalon legyen forgácsolás
Szerszám: keményfém lapkás, lefejtő fogmaró nagy negatív homlokszöggel !!
se
• kellően merev. • maró léptetésre legyen lehetőség • diagonális marást kell alkalmazni (kopás)
hántolandó kerék
• 10-12o-os kitérő tengelyek • Összegördülés + tengely irányú mozgás • Homlokszög=0o fogirányra merőleges fogak esetén • Homlokoldallal párhuzamos fogaknál a homlokszög nem 0 • hátszög=0o !!!!
A A nézet
hántoló kerék 0.75-0.1mm
• Nemesített kerekekhez • Csoportkerekek kisebbik kerekéhez • Szokás még: Cementálás – hántolás – nagyfrekvenciás edzés • Éles szélű barázdákkal ellátott felületű fogaskerékkel (szerszámmal) történő összejáratás • Szerszám: hántolóléc vagy hántolókerék (egyenes vagy ferdefogú)
0.75-0.1mm
6.2 Foghántolás
legördülőmozgás
+
.
tengelyirányú mozgás
Forgácsolás a csúszási viszonyok következtében
• Nagyon kis ráhagyás 0,025-0,05 mm • Csökkenti a profilhibát és az alaposztás hibát • Összegzett osztáshiba és az ütés nem javul • Nagyon termelékeny néhány sec. • Van kiegészítő mozgás is • A munkadarab csúcsok között • A szerszámot nekinyomjuk • A szerszám forgatja a munkadarabot
• párhuzamos • diagonál
A hántoló eljárás módjai
a
b
c
c
a
c
b
a: mdb kezdeti pozíciója b: hántolókerék c: mdb végpozíciója Gép: foghántoló gép
• merőleges • haránt
b
b
a
a
: tengelykeresztezõdési szög : diagonális szög • Pontosság IT 5-7 • Ra 0,8-0,02 um
6.3 Fogazatok jellegzetes hőkezelései • A furat és a fogazat deformációt szenved Cementálás (+edzés = betétedzés) • C = max. 0,2 % ezt visszük fel kb 0,8%-ra • Rétegvastagság. 0,5-1,5 mm Nitridálás • Gázban vagy sófürdőben Indukciós edzés • Csak a fogfelületet
6.4 Kiegészítő fogazatmegmunkálások
• Foggömbölyítés (célgépek) • fogsarkítás • Homlokél letörés • Sorjázás • foglekerekítés
7. Fogazatok megmunkálása határozatlan élgeometriájú szerszámokkal 7.1 Fogköszörülés profilos tárcsakoronggal Köszörülés egy koronggal
Problémák: • A korong kopásával a fog vastagodik • Korongszabályozás nehézkes • Pontatlan
Köszörülés két koronggal
köszörűkorong
Kedvezőbb, mert a korong a palásttal forgácsol · ·
ri rb
Fogásvétel iránya A0
Köszörűkorong érintkezése a munkadarabbal A szakaszon kedvezőtlen a szögtartományban kedvezőbb köszörülési feltételek vannak.
A0
A0
A
A F0
Axiális: egyenletes kopás, nagy hő Radiális: egyenletlen kopás, kisebb hőfejlődés
F0
F
F
axiális
radiális
F0
F
legördülés
7.2 Lefejtő fogköszörülés
Profilozó korongog szabályozása
7.2.1 Lefejtő fogköszörülés egy koronggal (Niles) lehúzó szerszám gyémánt bevonatolt fogoldal felület köszörûkorong profilja profilozó köszörûkorong a fog jobb oldalán
profilozó köszörûkorong a fog bal oldalán
.
vk
köszörûkorong fog homlokfogaskerék
1
osztókör
2 3
A
Lefejtő fogköszörülés egy koronggal (Niles) Mozgásciklus B1
.
vk 1
osztókör
2
• Korong: egyenes profilú, kettős kúpos • Korongszabályozás könnyű • Közepes pontosság • Közepes termelékenység • Ferde fogazathoz is alkalmas
A2
1
. BAL PROFIL
1
Túl- és ráfutás Holt út
.7 mm
.
A1 B2
1
1
JOBB PROFIL
3
.Túlfutás
5mm Kigördülés
• Bal profil köszörülése B1-A2 • Túlfutás és visszaút (kb 5 löket) • Jobb profil köszörülése B2-A1 • Kigördülés + osztás • Begördülés + ráfutás • Bal profil köszörülése
.
osztás
Begördülés Ráfutás
2
B1
5mm
1
A BEÁLLÍTANDÓ ÁGYSZÁN ELMOZDULÁS
7.2.2 Lefejtő fogköszörülés , Maag eljárás
g
b
k
gy
gy
d
c b
gy
• A korong független a modultól • Kis érintkezési hossz (pontszerű) • Korongszabályozás minden 2 sec-ban • Alacsony hőmérséklet • Kis termelékenység • Nagy pontosság • Bonyolult gép • Ra =0,8-0,01 m • IT 3-6
Maag fogköszörülés mozgásviszonyai
köszörűkorongok acélszalag (gördítőszalag) munkadarab
gördítőszán
gördítő bak
előtolószán
7.2.3 Lefejtő fogköszörülés csigakoronggal, Reishauer
0o-os Maag fogköszörülés mozgásviszonyai • termelékenyebb lk lo 2
2 gördülő szalag 1 ra
1
alapkör b
• A korongok nincsenek bedöntve • Nem azonos fogárokban dolgoznak • Az alsó pontok összekötője érinti az alapkört
• Szerszám: trapézprofilú csigakorong • A szabályozás ideje eléri a főidőt • Szerszám és mdb között kötött kinematikai kapcsolat van • Nagyon termelékeny • Legkevésbé pontos
8. Menetek megmunkálása
ISO Metrikus menet
Alapfogalmak External thread Internal thread
Internal thread
P/8 60o
P/4
External thread
Thread angle
Osztás, P
Crest
Root
Root
Center of thread assembly
Crest
Menetmegmunkálási módok
Különféle menetprofilok
Example : “knuckle thread form”
8.1 Menetesztergálás
Körkések
Menetesztergálás
Működő szögek menetesztergáláskor
Menetesztergálás egyidejűleg több fogárok megmunkálásával
A szerszám profil a menet tengely- vagy normálmetszeti Profiljával egyezik meg
Belső hengeres felületek menetesztergálása
