CBN forgácsoló lapkák kopásának vizsgálata keményesztergáláskor

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

CBN forgácsoló lapkák kopásának vizsgálata keményesztergáláskor

Földi Ákos II. éves MSc gépészmérnök hallgató

Konzulens: Prof. Dr. Kundrák János egyetemi tanár Gépgyártástechnológiai Tanszék

Miskolc, 2012

TDK 2012

Földi Ákos

TARTALOMJEGYZÉK BEVEZETÉS ......................................................................................................................... 3 1.

SZERSZÁMKOPÁSOK BEMUTATÁSA .................................................................... 4 1.1. Kopási mechanizmusok ........................................................................................... 4 1.2. Szerszámkopás típusai............................................................................................. 7 1.3. Kopási folyamat ...................................................................................................... 9 1.4. Kopási ráta ............................................................................................................. 10

2.

KEMÉNYESZTERGÁLÁS BEMUTATÁSA ............................................................. 12

3.

SZERSZÁMANYAGOK BEMUTATÁSA................................................................. 13 3.1. Polikristályos köbös bórnitrid (CBN).................................................................... 13

4.

VIZSGÁLATI FELTÉTELEK ..................................................................................... 15 4.1. Szerszámgép .......................................................................................................... 15 4.2. Munkadarabok anyagminősége és geometriája ..................................................... 16 4.3. Munkadarabok befogása........................................................................................ 18 4.4. A megmunkálás szerszámai .................................................................................. 18 4.5. Szerszámbefogás ................................................................................................... 20 4.6. Mérőeszköz ........................................................................................................... 21

5.

KÍSÉRLETI EREDMÉNYEK ÉS KIÉRTÉKELÉSÜK .............................................. 22 5.1. A lapkákon mért értékek, technológiai adatok ...................................................... 22 5.2. Kopásgörbék illesztése a mérési eredményekre .................................................... 25 5.2.1. A hátkopás a forgácsolási idő függvényében ................................................. 25 5.2.2. A hátkopás a forgácsolt úthossz függvényében ............................................. 27 5.2.3. A hátkopás a megmunkált darabszám függvényében .................................... 29 5.3. Kopási ráták meghatározása .................................................................................. 31 5.4. Értékelés ................................................................................................................ 34

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS ............................................................................................. 35 IRODALOMJEGYZÉK ...................................................................................................... 36

-2-

TDK 2012

Földi Ákos

BEVEZETÉS Ma már a gépipari alkatrészgyártásban a forgácsoló megmunkálások során is egyre fontosabb tényező az egészség- és a környezetvédelem. Ennek eredményeként a keményesztergálás (edzett anyagok forgácsolása határozott élű szerszámokkal), amely nem igényel hűtő-kenő folyadékot, egyre inkább felváltja a köszörülési folyamatokat, melynek során a környezetre és egészségre ártalmas köszörülési iszap keletkezik. Az új típusú megmunkáló eljáráshoz természetesen újfajta szerszámanyagok kifejlesztésére volt szükség, melyek közül a gépiparban a polikristályos köbös bórnitrid (CBN) terjedt el a legjobban. A keményesztergáláskor alkalmazott CBN szerszámok a természetes kopási folyamat következtében elveszítik a forgácsoló képességüket, azaz elhasználódnak, melynek következtében élváltásra, később lapka cserére van szükség. Ezért a vizsgálatom célja a ZF Hungária Kft-ben gyártott fogaskerekek furatmegmunkálásánál a szerszámkopás, illetve a kopási ráták meghatározása, melyek alapján megállapítható, hogy a különböző váltólapkák közül melyek használata célszerű a nagyoló és a simító keményesztergáláshoz, a költségek csökkentése érdekében. A kísérletek során a fogaskerék furatok megmunkálásához alkalmazott forgácsolási paraméterek a ZF Hungária Kft-nél alkalmazott értékek voltak, így a kiértékelés során kapott eredmények a gyakorlatban, valós üzemi feltételek mellett is alkalmazhatók. Dolgozatom első részében a szerszámkopások típusait, a kopási mechanizmusokat, és a kopási rátát mutatom be, melyek ismerete elengedhetetlen feltétele a vizsgálatoknak. A második és a harmadik fejezetben rövid irodalmi áttekintésben bemutatom a keményesztergálást és az alkalmazott CBN lapkák tulajdonságait. A negyedik részben a vizsgálati feltételeket ismertetem. A vizsgálatok elvégzéséhez szükséges az edzett fogaskerekek, és az alkalmazott szerszámok anyagminőségének és geometriai jellemzőinek, a munkadarab és a szerszám szerszámgépre történő befogásának, valamint a lapkák elemzéséhez szükséges mérőeszközök ismerete. A dolgozatom utolsó fejezetében a lapkákon mért hátkopási értékek alapján, elkészítem a kopásgörbéket, meghatározom a kopási rátákat a forgácsolási idő, a forgácsolt úthossz és a megmunkált darabszám függvényében, melyek alapján megállapítható az optimális szerszám kiválasztása. Tudományos Diákköri Dolgozatomat a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt ”Befejező precíziós megmunkálások kutatása” elnevezésű részprojekt támogatta. -3-

TDK 2012

Földi Ákos

1. SZERSZÁMKOPÁSOK BEMUTATÁSA A szerszámkopás a nagy felületi nyomás, a magas hőmérséklet valamint az elmozdulásra jellemző nagy sebesség hatására következik be a szerszám és a munkadarab kontaktfelületein. A szerszámok elhasználódása lehet folyamatos kopás eredménye, de a munkaképességét elveszítheti csorbulás, törés vagy morzsolódás következtében is. Azonban a szerszámok 75%-a a normál kopási folyamat következtében veszíti el a forgácsoló képességét [1]. Megmunkálás során a szerszámok különböző igénybevételnek vannak kitéve. A mechanikai igénybevétel a súrlódás eredményeként következik be a szerszám homlok és hátfelületén. A termikus igénybevétel pedig a nagy sebességgel történő forgácsolás esetén játszik fontos szerepet, melynek következtében adhéziós, diffúziós és oxidációs folyamatok indulhatnak el a homlok és hátfelületen. Ezen igénybevételek csökkentésére hűtést alkalmaznak, amely a CBN szerszámok hősokk-érzékenysége miatt csak levegővel végezhető el [1].

1.1. Kopási mechanizmusok A forgácsolás során lejátszódó jelenségek rendkívül bonyolultak, így a szerszámkopás mechanizmusa ez ideig még nem teljesen tisztázódott, csak néhány elmélet fogalmazódott meg, amelyekkel magyarázatot lehet adni a kopás fizikai természetére vonatkozólag. Igénybevételként és annak időbeli befolyásaként a kopás különféle mechanizmusokkal jöhet létre. Így megkülönböztethető abrazív, adhéziós, diffúziós és oxidációs kopás [1]. • Abrazív kopás (karcolás vagy mechanikai kopás): Az abrazív kopást egyrészt okozhatják a szerszám és a munkadarab súrlódó felületei közé került kemény részecskék és zárványok (lásd. 1. ábra), illetve a munkadarab kemény érdesség csúcsai is. A munkadarabban lévő kemény részecskék arányának növekedésével fokozódik az abrazív kopás intenzitása. Ilyen részecskék lehetnek az acélban a cementit és egyéb karbidok, az öntöttvasban a cementit és a foszfidok, az alumíniumban pedig a szilíciumkarbid. Az abrazív kopás hatása annál erősebben érvényesül minél kisebb a szerszámanyagnak a munkadarab anyagához viszonyított keménysége. Ezért ez a kopás jelentősebb a szerszámacél és -4-

TDK 2012

Földi Ákos

gyorsacél szerszámoknál, mivel a CBN keménysége jóval nagyobb az előbbieknél. Az abrazív kopás a szerszám homlok- és hátfelületén is jelentkezik, de döntően a hátkopást befolyásolja [1] [2] [3].

1. ábra Az abrazív kopás modellje [1] • Adhéziós kopás (tapadásos kopás): A szerszám és a munkadarab közötti forgácsolt kontaktfelületen a magas hőmérséklet és nagy nyomás hatására a munkadarab anyaga a forgácstőben képlékenyen deformálódik, megfolyik, ennek következtében a munkadarab anyaga feltapad a szerszám homlok és hátfelületére, így a szerszám és a munkadarab között ún. mikrohegedés alakul ki. Az így kialakuló pillanatnyi kapcsolatot nevezik adhéziónak. A relatív elmozdulás következtében ezek a mikrohegedések szétszakadnak, és a forgács, illetve a munkadarab felületén távozva anyagrészecskéket visznek magukkal a szerszám és a munkadarab kontaktfelületéről. Ennek a jelenségnek a következtében kialakuló szerszámkárosodás az adhéziós kopás (lásd. 2. ábra).

2. ábra Az adhéziós kopás modellje [1] -5-

TDK 2012

Földi Ákos

A roncsolódás általában a munkadarabban megy végbe, mert annak a szilárdsága kisebb, azonban az ismétlődő hegedések és bomlások a szerszám felületét is fárasztják, és a ciklikus terhelés hatására abban helyi károsodás megy végbe. Az adhéziós kopás csökkenthető a Hs/Hw viszonyszám növelésével, ahol a Hs a szerszám- a Hw pedig a munkadarab keménységét jelenti. A szerszámanyagok adhéziós kopással szembeni ellenállása függ a hőmérséklettől és a forgácsoló sebességtől. Így például a nagy keménységű CBN szerszám alacsony sebesség mellett nehezebben áll ellen az adhéziós kopásnak szemben a gyorsacéllal, azonban a sebesség (hőmérséklet) növelésével javul a CBN szívóssága, tehát jobban ellenáll az adhéziós kopásnak [1] [2] [3]. • Diffúziós kopás: A Tf ≥ 800°C forgácsolási hőmérsékleten a szerszámkopás intenzitása rohamosan megnő, melynek oka, hogy a szerszámanyag diffúziós oldódáson megy keresztül. A forgácsolás során lejátszódó diffúzió sajátossága, hogy a kölcsönös mozgás következtében a szerszám felülete mindig új fémtiszta forgács- és munkadarab felülettel érintkezik, amely a diffúzió sebességét növeli. Ennek következtében a szerszámanyag egyes összetevői a munkadarabba, a munkadarab anyagának összetevői pedig a szerszámba diffundálnak. A CBN szerszámok esetén a kötőanyag (Co, TiC, TiN) diffundál a munkadarabba, míg a munkadarabból vas diffundál a szerszám felületére. Így a szerszám felületén egy összetételét tekintve jelentősen eltérő réteg alakul ki, amely nem rendelkezik a kívánt mechanikai tulajdonságokkal, és a mechanikai hatás következtében leválik a szerszám felületéről. Ez a diffúziós kopás [1] [2] [3]. • Oxidációs kopás: Ez a kopási mechanizmus általában a keményfém szerszámok esetében fordul elő, mert a magas forgácsolási hőmérsékleten (Tf ≥ 800°C) a szerszámanyag a levegő oxigénjének hatására erősen oxidálódik. Pl. könnyen oxidálódik a kobalt, a wolfram és a titán. Ezeknek az oxidoknak (CoO, WO3, TiO3) a keménysége nagyjából 50-szer alacsonyabb a keményfémnél, így a kopás jelentős mértékben felgyorsul. Az oxidációs kopást a szerszámanyag vegyi összetétele erőteljesen befolyásolja. Célszerű tehát olyan szerszámanyagot választani, melyben az összetevők oxidációs hajlama kicsi [1] [2].

-6-

TDK 2012

Földi Ákos

A 3. ábrán összefoglalásként látható a különböző kopásmechanizmusok aránya a forgácsolási hőmérséklet függvényében. Az ábrán azonos t forgácsolási időpontban regisztrált kopásértékek szerepelnek a függőleges tengelyen.

3. ábra Szerszámkopás mértékének változása a forgácsolási hőmérséklet függvényében [1]

A 3. ábrán látható, hogy a kopásgörbe maximuma ott található, ahol az adhéziós kopás dominál. Ebben a hőmérséklettartományban jelentkezhet a munkadarab anyagának elridegedése és az intenzív élrátétképződés. Azonban ha a kialakult élrátét nem stabil, akkor az erősen igénybe veszi a szerszámot. Egy magasabb hőmérséklettartományban - ott, ahol a diffúziós és oxidációs kopások még csak gyenge hatást fejtenek ki - azonban az adhéziós kopás gyengül így az összkopás is, amely azzal magyarázható, hogy a szerszám felületén egy védőréteg alakul ki, amely a kopással szemben jobban ellenáll [1].

1.2. Szerszámkopás típusai A CBN szerszámokon megfigyelhető legfontosabb kopás típusok a hátkopás, kráterkopás, szélkopás és csúcskopás (lásd. 4. és 5. ábra), de ritkább esetekben előfordulhat még az él bemetsződése, élkitöredezedés vagy hősokk okozta repedés [4] [5]. Az 5. ábrán látható geometriai jellemzők mérésével lehet a szerszám elhasználódását nyomon követni, és az élváltás szükségességét meghatározni. -7-

TDK 2012

Földi Ákos

4. ábra CBN szerszámok tipikus kopásnyomai [5]

5. ábra Jellegzetes kopásnyomok geometriai méretei [6] • Hátkopás (VBB): A fő- és mellékhátfelületeken alakul ki, mert a munkadarab forgácsolt felülete a szerszám hátfelületén csúszik a megmunkálás során. A főél mentén a kopás közel egyenletes, ezért az itt mért átlagot szokás megadni. A hátkopás kezdetben gyorsan (alig meghatározható módon) megy végbe, majd ezt követően lelassul a folyamat és egy egyenletes szakasz következik, amikor is az élváltásra kerül sor. Amennyiben az élváltás elmarad, a kopás ismét felgyorsul, és a szerszám leég. Ez az a kopás típus, amely a legtöbb szerszám elhasználódását jellemzi [2]. -8-

TDK 2012

Földi Ákos

• Kráterkopás: Ez a homloklap kopásának leggyakoribb típusa, amit a lefutó forgács alakít ki. A kopásnyom jellegzetes méretei: a (KT) krátermélység, a (KB) kráter szélének az éltől való távolsága, és (KM) a kráter legmélyebb pontjának az éltől való távolsága. A kráter általában közel párhuzamosan helyezkedik el a főforgácsolóéllel és a hossza megegyezik a fogásban lévő élhosszal. A kráter helyzete nagyban befolyásolja a kopás veszélyességét, mert egy keskeny élhez közeli kráter esetén a szerszám éle könnyen kicsorbulhat, amely a szerszám gyorsabb elhasználódásához vezethet [1] [2]. • Szélkopás (VBN): A szerszámél a munkadarab felülettel érintkező részének kopási típusa. Általában azért alakul ki, mert a munkadarab felületi rétege keményebb (oxidált, rozsdás, revés, felületkezelt stb.), mint a magrész, ezért a szerszámél érintkező felülete az átlagosnál gyorsabban kopik. A kopás alakja attól is függ, hogy mennyire egyenletes a fogásmélység megmunkálás közben [2]. • Csúcskopás (VBC): A szerszámcsúcsának jellemző kopási típusa. Forgácsoláskor a hőelvezetési adottságok kedvezőtlenek, ezért a csúcs gyakran az él leginkább igénybe vett része, amely miatt a kopás gyorsabban játszódik le. Mivel a csúcs a megmunkált felület minőségének egyik fontos tényezője, ezért a kopás növekedésével a felületi minőség romlani fog [2].

1.3. Kopási folyamat A kopás időbeni változását, és annak törvényszerűségeit ábrázoló diagramot kopásgörbének nevezik (lásd. 6. ábra).

6. ábra A kopás időbeli változása [1] -9-

TDK 2012

Földi Ákos

Általában a görbén három különböző szakaszt lehet megfigyelni [1]: • kezdeti kopás szakasza: Itt a kopási sebesség viszonylag nagy, de a szakasz rövid. • egyenletes kopás szakasza: Ezen a szakaszon a kopási sebesség közel állandónak tekinthető. • túlkopás szakasza: Ezen a szakaszon a kopás sebessége erőteljesen megnövekszik a normál kopáshoz viszonyítva.

1.4. Kopási ráta A szerszámkopás mértékének számszerű jellemzésére különféle kopási rátákat lehet meghatározni. Ezek a szerszám anyagtérfogati veszteségének, vagy valamely kopási forma jellemző geometriai méretének időbeni-, vagy éltartam útra illetve megmunkált darabszámra vonatkoztatott változását adják meg. A CBN szerszámok esetében a kopási rátákat a hát- és a kráterkopásra (a szerszám éltartamát leginkább befolyásoló kopási formák) szokták megadni. Hátkopás esetén a kopás nagyságát jellemző VB méret, míg kráterkopás esetén a kráter mélységét jelentő KT méretváltozását határozzák meg. Ezek a méretek optikai mikroszkóppal illetve profilométerrel mérhetőek. A gyakorlat számára a legkönnyebben alkalmazható ráta az átlagos kopási ráta, amely mind a hátkopás mind a kráterkopás esetén meghatározható, a kopási görbék kísérleti felvétele után. A kísérleteket adott munkadarab és szerszámanyag párosítás és konkrét technológiai paraméterek (fogásmélység, előtolás, forgácsoló sebesség) mellett kell elvégezni. A 7. ábra szemlélteti ezeket a kopás görbéket a forgácsolt úthossz függvényében [7].

7. ábra A kopási paraméter értelmezése a hát- és kráterkopási görbéken [7] - 10 -

TDK 2012

Földi Ákos

Az átlagos kopási rátákat a kopási görbék lineáris szakaszán értelmezzük, amelyek a 7. ábra alapján a következőképpen számíthatók ki [7]: • hátkopás esetén: RVB =

Rα =

∆VB ∆lc ∆Vα ∆lc

• kráterkopás esetén: RKT =

∆KT ∆lc

Ahol: - RVB – átlagos hátkopási ráta m ; µm

- Rα – átlagos térfogat kopási ráta a hátfelületen

µm2 m

;

- RKT – átlagos kráterkopási ráta m ; µm

- ∆VB – a hátkopás változása a B zónában mérve (lásd. 5. ábra) [µm]; - ∆Vα – a szerszámanyag térfogati vesztesége a hátfelületen egységnyi érintkezési hosszra vonatkoztatva [µm2]; - ∆KT – a krátermélység változása [µm]; - ∆lc – a forgácsolt úthossz [m]. Hasonló összefüggések írhatók fel a forgácsolási idő, illetve a megmunkált darabszám esetén is, melyek a következők: RVB =

∆VB ∆t

RVB =

∆VB ∆N

Ahol: - ∆t – a forgácsolási idő [min]; - ∆N – a megmunkált darabszám [db].

- 11 -

TDK 2012

Földi Ákos

2. KEMÉNYESZTERGÁLÁS BEMUTATÁSA A nagy keménységű (> 55HRC), edzett alkatrészek megmunkálása az új szerszámélanyagok

(CBN-nek,

kerámiák,

finomszemcsés

keményfémek)

fejlesztéseinek

köszönhetően, már nem csak köszörüléssel végezhető el, hanem geometriailag határozott élű szerszámokkal is. Ezt az eljárást keményesztergálásnak nevezzük, amely lényegében száraz forgácsolás és leggyakrabban CBN szerszám használatát igényli A nagypontosságú keményesztergáláshoz, azonban nem csak a szerszámoknak, hanem a szerszámgépeknek is fejlődnie kellett. Ennek eredményeként az esztergák konstrukciói biztosítják a kellő merevséget és stabilitást, amely elengedhetetlen feltétele a szigorú minőségi előírások betartásának. Így ezekkel a gépekkel az elérhető felületi érdesség az Rz=2-6 µm tartományba esik, amely megfelel a köszörüléssel elérhető érdességi tartománynak. Felvetődik tehát az a kérdés, hogy a két eljárás közül melyiket alkalmazzuk. Az eddigi kutatások és ipari tapasztalatok számos előnyt írnak a keményesztergálás javára. Ugyan a mai modern köszörülő eljárások nagyon hatékonyak, a határozott éllel történő forgácsolás még mindig háromszor termelékenyebb. Továbbá a keményesztergálásnál elmarad a hűtőkenő folyadék felhasználás, amely mind gazdaságilag mind környezetvédelmi szempontból előnyős, mert a száraz forgácsolás következtében nem keletkezik a környezetre ártalmas veszélyes hulladék, mint. pl. a köszörű iszap. További előnyei még a keményesztergálásnak, hogy a mai modern CNC-esztergák már alkalmasak keményesztergálásra, melynek a beszerzési költsége háromszor kevesebb, mint egy köszörűgépé. A közel azonos méretpontosság

elérése

keményesztergálásnál

kevesebb

fogást

igényel,

mint

a

köszörülésnél, így a termelékenység növekszik, amely olcsóbbá teszi az edzett acélok megmunkálását. Végül megemlíthető még, hogy köszörülésnél a korongszabályozásból adódó mellékidő is elmarad a keményesztergáláskor, tovább növelve ezzel a termelékenységet. Azonban nem szabad elfeledkeznünk a keményesztergálás egyik legnagyobb hátrányáról sem, hogy a megmunkálás során keletkező felület szabályos ún. „mikro-menetként” viselkedhet, így az érintkező felületek működés során berágódhatnak. Tehát a keményesztergálást csak szigorú megfontolások alapján szabad alkalmazni a köszörülési művelet kiváltása céljából [8] [9].

- 12 -

TDK 2012

Földi Ákos

3. SZERSZÁMANYAGOK BEMUTATÁSA A keményesztergálás során nagy keménységű edzett alkatrészeket munkálnak meg, melyekhez különleges szerszámanyagokra van szükség, hogy a szerszám keménysége legalább háromszorosa legyen a munkadarab keménységének a forgácsolás hőmérsékletén. Ezen feltétel kielégítéséhez a lehetséges szóba jöhető szerszámanyagok a vegyes kerámiák, a polikristályos köbös bórnitrid (CBN) valamint a gyémánt lehetnek. Azonban a vas alapú anyagok (acél) forgácsolásához a gyémántot nem célszerű alkalmazni, mert 700-800 °C-os forgácsolási hőmérsékleten megindul a gyémánt grafittá történő átalakulása és egyben oldódása a vasban. A vegyes kerámiákat nagyobb részben a szürkeöntvények, öntöttvasak és

nikkelbázisú

ötvözetek

megmunkálására

használják.

Így

az

edzett

acélok

keményesztergálásához a legjobb szerszámanyag választás a CBN, amelyet a ZF Hungária Kft.-nél is alkalmaznak [1].

3.1. Polikristályos köbös bórnitrid (CBN) A köbös bórnitridet 1957-ben elsőként R. H. Wentorf szintetizálta, azonban ipari méretekben csak 1968-ban állították elő. A határázott élgeometriával rendelkező CBN szerszámokat pedig 1970-től kezdték el gyártani. A bevonatoló eljárásoknak (PVD, CVD) köszönhetően később már megjelentek a különféle bevonattal (TiN, TiAlN, TiCN) ellátott CBN szerszámok is [9]. A köbös bórnitrid kristályrácsa nagyon hasonló a gyémántéhoz, csak az a különbség, hogy míg a gyémántrács egyetlen elem a szén atomjaiból épül fel, addig a köbös bórnitridrács a bór- és a nitrogénatomokból áll. Egy bóratom négy nitrogénatomhoz kapcsolódik, amely a 8. ábrán is látható [4].

8. ábra A köbös bórnitrid kristályrácsa [4] - 13 -

TDK 2012

Földi Ákos

A CBN a gyémánt után a második legkeményebb és a koptató igénybevételnek leginkább ellenálló mesterséges szerszámanyag. Nagy előnye a gyémánthoz képest, hogy kémiailag inert az acélokkal szemben. További jellemzője még, hogy igen nagy a melegkeménysége (2000°C-ig). A kerámiákkal összehasonlítva szívósabb, de a hő- és kémiai ellenállása alacsonyabb. Az ára magas, azonban a kedvező tulajdonságai miatt széles körűen alkalmazzák kemény felületek befejező megmunkálásához [4] [10]. Az alkalmazási terület továbbá a kopási ráta meghatározásához különbséget kell tenni az alacsony (CBN-L) és a magas (CBN-H) CBN tartalmú szerszámanyagok között. Az alacsony CBN tartalmú (50-75%) szerszámanyag általában kerámia kötőanyagú (TiC, TiN), melyre jellemző, hogy alacsony a hővezető képessége és nagy a nyomásállósága, így elsősorban a kemény finomesztergáláshoz alkalmazható. A magas CBN tartalmú (75-95%) szerszámanyag általában fémes kötőanyagú (Co), melyre a nagy szívósság és hővezető képesség a jellemző, így leginkább az edzett acélok és keményöntvények nagyolásához és simításához használják [11]. Az 1. táblázatban összefoglaltam a kéttípusú szerszámanyag jellegzetes tulajdonságait.

1. táblázat A CBN-H és a CBN-L jellegzetes tulajdonságai [12] 3

Sűrűség [kg/m ] Nyomószilárdság [GPa] Knoop keménység [GPa] Törési szívósság [Mpam0,5] Young modulus [GPa] Csúszató rugalmassági modulus [GPa] Poisson tényező Hővezető képesség [W/mK]

CBN-H

CBN-L

3,12 3,8 31,6 6,3 680 279 0,22 100

4,28 3,55 27,5 3,7 587 284 0,15 44

A CBN szerszámok a keményfém szerszámokhoz hasonlóan váltólapkák formájában kerülnek forgalomba. A lapka készülhet teljes egészében CBN anyagból, de leggyakrabban a keményfém alapanyagra szinterelt 0,5-1,5 mm vastagságú réteg alkotja a szerszám anyagát [10].

- 14 -

TDK 2012

Földi Ákos

4. VIZSGÁLATI FELTÉTELEK 4.1. Szerszámgép A fogaskerekek furatának megmunkálását egy PCC Pittler PVSL 2R/1-1 típusú keményesztergán végeztük a ZF Hungária Kft-nél. A szerszámgép legfontosabb műszaki paramétereit a 2. táblázat tartalmazza.

2. táblázat A PCC Pittler PVSL 2R/1-1 keményeszterga paraméterei Műszaki adatok 380 7000 8 SINUMERIK 840 C 75 5741x3330x3090 9500

Max. munkadarab átmérő [mm] Max. orsó fordulatszám [1/min] Szerszámhelyek száma Vezérlés típusa Összteljesítmény [kW] Befoglaló méretek [mm] Össztömeg [kg]

A PCC Pittler CNC keményeszterga (lásd. 9. ábra) egy vertikális szerszámgép, amely egy motoros orsóval, egy keresztszánnal, és automatikus munkadarab ellátó rendszerrel rendelkezik. A szerszámgép gépállványát a nagy pontossággal elkészített, különösen stabil blokk állvány alkotja, amely nagy statikus és dinamikus merevséggel, optimális rezgéscsillapítási

tulajdonságokkal,

valamint

termikus

stabilitással

rendelkezik.

A szánhajtások a munkatér tetején vannak elhelyezve. A keresztszán megvezetése görgős csapágyazású és játékmentes, amely a megfelelő lineáris mozgást eredményezi. Közvetlenül a gépállványra van felszerelve az X- tengely irányú mozgás megvezetése, amely a megfelelő esztergálási pontosságot biztosítja. A szánok olajkenését egy központi automatikus

berendezés

látja el.

A munkatér

gondos

méretezése a kedvező

forgácskihordást, valamint a munkadarab befogó elemekhez és a szerszámokhoz a könnyű hozzáférhetőséget biztosítja. A gép védve van a munkatér burkolása révén, a tolóajtó pedig biztonsági ablakkal és elektro- mechanikus biztonsági zárral van ellátva. A munkateret egy fénycső világítja meg. A szerszámgép zajszintje a megmunkálás során is a 75 dB alatt marad. - 15 -

TDK 2012

Földi Ákos

9. ábra A PCC Pittler PVSL 2R/1-1 2R/1 típusú keményeszterga

4.2. Munkadarabok anyagminősége anyagmin és geometriája A fogaskerekek anyagminőségét anyagmin ségét az alkatrész funkciója és a ráható mechanikai igénybevételek határozzák meg. meg A fogazatnak nagy szilárdságúnak kell lennie, mert ezen a felületen ébred a terhelés, azonban a magrésznek szívósnak kell maradnia, hogy ellenálljon a kifáradásnak és a lökésszerű igénybevételeknek. Ezeket a követelményeket legjobban a betétben edzhető acélok teljesítik. A fogaskerekek anyaga ZFN417-C ZFN417 jelű betétben edzhető acél, amely a ZF Hungária Kft. egyedi jelölése. Ez az anyagminőség anyagmin ség az MSZ 31 szabványban megtalálható 20MnCr520MnCr5 höz hasonló, amely csak az ötvözők ötvöz k mennyiségének pontosabb behatárolásában tér el. Az anyag százalékos zalékos vegyi összetételét és legfontosabb mechanikai tulajdonságait a 3. táblázat tartalmazza.

3. táblázat 20MnCr5 vegyi összetétele és mechanikai tulajdonságai [13] C [%]

Cr [%]

Mn [%]

Si [%]

Rm [MPa]

ReH [MPa]

A [%]

0,2

1,25

1,2

0,3

980-1270

685

8

- 16 -

TDK 2012

Földi Ákos

A kísérlet pontos elvégzéséhez nem csak az anyagminőséget kell ismernünk, hanem a munkadarabok keményesztergálási művelet előtti és utáni méreteit és tűréseit, az előírt felületi érdességet és a keménységet. Ezen adatokat a 4.-6. táblázatok tartalmazzák.

4. táblázat A munkadarabok geometriai méretei és keménységei F1 jelű fogaskerék Kész furat mérete és tűrése [mm]

Ø73+0,015 0

Nyers furat mérete és tűrése [mm]

Ø72,75+0,03 0

Furat hossza és tűrése [mm]

0 56-0,1

Előírt felületi érdesség [µm] Hőkezeltségi állapot Felületi keménység [HRC]

Rz = 6 betétedzett 59-63

5. táblázat F2 jelű fogaskerék Kész furat mérete és tűrése [mm]

Ø35+0,034 +0,009


Ø34,65+0,06 +0,01


0 36,4-0,1



6. táblázat F3 jelű fogaskerék Kész furat mérete és tűrése [mm]

Ø52+0,015 0


Ø51,75+0,03 0


0 52,5-0,1



- 17 -

TDK 2012

Földi Ákos

4.3. Munkadarabok befogása A munkadarabokat egy hárompofás pneumatikus működésű gyorstokmányba fogják fel, amely a megfelelő szorítást biztosítja a szerszámgépen (lásd. 10. ábra). A fogaskerekeket jelen esetben a fejkörön fogják be kemény pofák segítségével, annak ellenére, hogy a fejkörön való befogási mód pontatlanabb, mint az osztókörön történő a befogás, mégis ezt a megoldást alkalmazzák, mert befogási idő jóval rövidebb és a készülékigénye is kisebb. Ezen felül a megmunkálás pontossága így is kielégíti ez előírt követelményeket. A fogaskerekek befogása előtt a tokmányra egy ütközőcsillagot szerelnek fel, amelyhez a munkadarab homlokfelületét lehet ütköztetni. A helyes felfekvést a csillagban található furaton keresztül sűrített levegővel ellenőrzik le. Amennyiben a felfekvés megfelelő, akkor a levegőfuratok zártak, ellenkező esetben a levegő kiáramlik, és nyomásesés következik be, melynek eredményeként a gép leállítja a megmunkálás elkezdését.

10. ábra Az F1 jelű fogaskerék befogása

4.4. A megmunkálás szerszámai A keményesztergálás során a nagyoló és a simító művelet is esztergálás, amelyhez váltólapkás szerszámokat használnak. Az F1 jelű fogaskerék nagyolásához egy Sumitomo gyártmányú 4 élű váltólapkát, az F2 jelű fogaskerék nagyolásához egy Sumitomo gyártmányú 2 élű váltólapkát, az F1 és F3 fogaskerekek simításához pedig egy Mitsubishi gyártmányú 4 élű váltólapkát használnak, melynek jellemzőit a 7.-9. táblázatokban foglaltam össze. Így a kísérleteket mi is ezekkel a szerszámokkal végeztük el, alkalmazkodva az üzemi feltételekhez. - 18 -

TDK 2012

Földi Ákos 7. táblázat F1 fogaskeréknél alkalmazott nagyoló lapka [14] SZ1 jelű szerszám

Gyártó Lapka típusa Hátszög Forgácstörő s [mm] r [mm] d1 [mm] I.C. [mm]

Sumitomo 4NC-CNGA120408-BNC 200 0° nincs 4,76 0,8 5,16 12,7 8. táblázat F2 fogaskeréknél alkalmazott nagyoló lapka [14] SZ2 jelű szerszám

Gyártó Lapka típusa Hátszög Forgácstörő s [mm] r [mm] d1 [mm] I.C. [mm]

Sumitomo 2NC-CCGW09T308-BNC 200 7° nincs 3,97 0,8 4,4 9,525 9. táblázat F1és F3 fogaskerekeknél alkalmazott simító lapka [15] SZ3 jelű szerszám

Gyártó Lapka típusa Hátszög Forgácstörő S1 [mm] Re [mm] D1 [mm] D2 [mm]

Mitsubishi NP-CNGA120408GSW4-MBC010 0° nincs 4,76 0,8 12,7 5,16

- 19 -

TDK 2012

Földi Ákos

4.5. Szerszámbefogás A PCC Pittler PVSL 2R/1-1 2R/1 1 típusú keményeszterga revolverfeje a gépállványra van felszerelve, amely 8 db egyenként 50 mm átmérőjű átmér hengeres szárú késtartó befogadására alkalmas (lásd. 11. ábra). A szerszámtartókhoz központi hűtőközeg hű őközeg hozzávezetés van kialakítva. A revolverfej elfordítása néhány tized másodperc alatt megtörténik, amely az iránylogikának és a háromfázisú szervomotornak köszönhető. köszönhet Az elfordulást követően követ a revolverfejet a gép hidraulikus reteszeléssel rögzíti.

11. ábra A PCC Pittler keményeszterga revolverfeje

A szerszámtartók a Coromant Capto rendszerűek, ek, melyek gyorsan cserélhetőek cserélhet a moduláris rendszernek köszönhetően. köszönhet A szerszámbetétek külsőő kúpos poligon felületen vannak tájolva, homlok felületen ütköztetve és belső bels kúpos felület párokkal rögzítve, ezáltal elviselve a nagymértékű nagymérték terheléseket. Az SZ1 és az SZ3 jelűű váltólapkák egy Sandvik Coromant gyártmányú szerszámtartóba szerszámtart voltak befogva, melynek jellemzőit jellemz it a 10. táblázat tartalmazza. Az SZ2 jelű jel szerszám szintén egy Sandvik Coromant gyártmányú, de egy C5-SCLCL SCLCL-17090-09 típusú szerszámtartóba volt befogva, amely annyiban tér el az előzőtől, el ől, hogy a homlokszög értéke γ=0°, a terelőszög szög értéke pedig λs=-6°.

- 20 -

TDK 2012

Földi Ákos 10. táblázat Az SZ1 és az SZ3 jelű váltólapkákhoz alkalmazott szerszámtartó [16] Műszaki adatok

Gyártó Szerszámtartó típusa κr Dm [mm] D1 [mm] D5m [mm] f1 [mm] l1 [mm] l3 [mm] γ λs

Sandvik Coromant C5-PCLNL-17090-12 95° 32 25 50 17 90 67 -6° -11°

4.6. Mérőeszköz A fogaskerekek keményesztergálása során használt váltólapkák hátkopásainak mérését a Miskolci Egyetem Gépgyártástechnológiai Tanszék mérőszobájában végeztem el a ZEISS gyártmányú mikroszkóppal. A mérőeszköz legfontosabb műszaki paramétereit a 11. táblázat tartalmazza.

11. táblázat A hátkopások méréséhez alkalmazott mikroszkóp [17] Műszaki adatok Gyártó Mérőeszköz típusa Objektív típusa Nagyítás mértéke Zoom működtetése Egyéb tartozék Befoglaló méretek [mm] Össztömeg [kg]

Zeiss SteREO Discovery V8 Achromat S 1,0x 10x – 80x kézi Multi Controller MC 1500 450x386x520 23,2

- 21 -

TDK 2012

Földi Ákos

5. KÍSÉRLETI EREDMÉNYEK ÉS KIÉRTÉKELÉSÜK A kísérlet során az F1-F3 fogaskerekek furatain nagyoló és simító keményesztergálást végeztünk el. Az alkalmazott technológiai paraméterek a PCC Pittler gépen beállított adatok voltak, amelyek az 5.1. fejezetben megtalálhatóak. A nagyoló és simító megmunkálásoknál alkalmazott technológiai adatok a CBN szerszámokra edzett acélok megmunkálásához az ajánlott technológiai paraméterek tartományában helyezkednek el. A nagyolásnál és a simításnál alkalmazott forgácsolási paraméterek kismértékű eltérései miatt egységesen vizsgálom a nagyoló és a simító szerszámok kopását. A kísérlet célja a szerszámok kopásának vizsgálata volt az idő függvényében a darabszámokat figyelembe véve. A mért eredményeket hatványfüggvények illesztésével értékeltem ki. A szerszámok kopását három szempont szerint vizsgáltam melyek a következők voltak: • hátkopás a forgácsolási idő függvényében; • hátkopás a forgácsolt úthossz függvényében; • hátkopás a megmunkált darabszám függvényében.

5.1. A lapkákon mért értékek, technológiai adatok Az F1 jelű fogaskerék nagyoló keményesztergálása során beállított technológiai paraméterek a következők voltak: • fogásmélység: ap = 0,16 mm; • előtolás: f = 0,24 mm/ford; • fordulatszám: n = 740 1/min; • forgácsoló sebesség: vc = 170 m/min; Az F1 jelű fogaskerék nagyolásához használt SZ1 jelű szerszámon mért hátkopás értékeket a munkadarabszám, a forgácsolási idő és a forgácsolt úthossz függvényében a 12. táblázatban foglaltam össze. A táblázatban alkalmazott jelölések értelmezése: - VB – a hátkopás mértéke [µm]; - N – a megmunkált darabszám [db]; - t – forgácsolási idő [min]; - L – forgácsolt úthossz [m].

- 22 -

TDK 2012

Földi Ákos 12. táblázat F1 jelű fogaskerék nagyolása során mért hátkopás értékek

SZ1 lapka él

VB [µm]

N [db]

t [min]

L [m]

N1 N2 N3 N4 darabonként

35,19 46,93 46,4 66,13 -

15 30 45 60 -

4,73 9,46 14,19 18,92 0,32

802,68 1605,35 2408,03 3210,71 53,51

Az F2 jelű fogaskerék nagyoló keményesztergálása során beállított technológiai paraméterek a következők voltak: • fogásmélység: ap = 0,25 mm; • előtolás: f = 0,24 mm/ford; • fordulatszám: n = 1274 1/min; • forgácsoló sebesség: vc = 140 m/min; Az SZ2 jelű szerszámon mért hátkopás értékeket hasonlóan az előbbihez a 13. táblázatban foglaltam össze. 13. táblázat F2 jelű fogaskerék nagyolása során mért hátkopás értékek SZ2 lapka él

VB [µm]

N [db]

t [min]

L [m]

N1 N2 N3 N4 darabonként

42 44 56 58 -

20 40 60 80 -

2,38 4,76 7,14 9,52 0,12

333,53 667,06 1000,60 1334,13 16,68

Az F1 jelű fogaskerék simító keményesztergálása során beállított technológiai paraméterek a következők voltak: • fogásmélység: ap = 0,03 mm; • előtolás: f = 0,14 mm/ford; • fordulatszám: n = 690 1/min; • forgácsoló sebesség: vc = 158 m/min; - 23 -

TDK 2012

Földi Ákos

Az SZ3 jelű szerszámon mért hátkopás értékeket hasonlóan az előbbiekhez a 14. táblázatban foglaltam össze. 14. táblázat F1 jelű fogaskerék simítása során mért hátkopás értékek SZ3 lapka él

VB [µm]

N [db]

t [min]

L [m]

S1 S2 S3 S4 darabonként

26,67 31,46 38,4 51,73 -

15 30 45 60 -

8,7 17,39 26,09 34,78 0,58

1376,02 2752,04 4128,05 5504,07 91,73

Az F3 jelű fogaskerék simító keményesztergálása során beállított technológiai paraméterek a következők voltak: • fogásmélység: ap = 0,05 mm; • előtolás: f = 0,16 mm/ford; • fordulatszám: n = 918 1/min; • forgácsoló sebesség: vc = 150 m/min; Az SZ3 jelű szerszámon mért hátkopás értékeket hasonlóan az előbbiekhez a 15. táblázatban foglaltam össze. 15. táblázat F3 jelű fogaskerék simítása során mért hátkopás értékek SZ3 lapka él

VB [µm]

N [db]

t [min]

L [m]

S1 S2 S3 S4 darabonként

34 48 56 80 -

20 40 60 80 -

7,15 14,3 21,45 28,59 0,36

1072,07 2144,14 3216,21 4288,27 53,6

- 24 -

TDK 2012

Földi Ákos

5.2. Kopásgörbék illesztése a mérési eredményekre A szerszámokon mért hátkopás értékekre hatványfüggvényeket illesztettem a Microsoft Excel program segítségével. A kopás értékeket mind a nagyoló, mind a simító szerszámok esetében a forgácsolási idő, a forgácsolt úthossz és a megmunkált darabszám függvényében ábrázoltam.

5.2.1. A hátkopás a forgácsolási idő függvényében

A kiértékelés során a mért hátkopás értékekre az alábbi hatványkitevős összefüggést illesztettem: VB = CT ·ta Ahol: - CT – a forgácsolási időhöz tartozó konstans; - a – a forgácsolási időhöz tartozó hatványkitevő.

A nagyoló és a simító megmunkálás során használt szerszámok hátkopás értékei a forgácsolási idő függvényében a 12.-13. ábrákon láthatók. NAGYOLÓ KEMÉNYESZTERGÁLÁS F1 esetén: ap = 0,16 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 170 m/min F2 esetén: ap = 0,25 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 140 m/min 90

VB [µm]

75 60 45

SZ1; F1 30

SZ2; F2

15 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

t [min] 12. ábra Az SZ1 és SZ2 jelű szerszámok hátkopása a forgácsolási idő függvényében

- 25 -

TDK 2012

Földi Ákos

SIMÍTÓ KEMÉNYESZTERGÁLÁS F1 esetén: ap = 0,03 mm; f = 0,14 mm/ford; vc = 158 m/min F3 esetén: ap = 0,05 mm; f = 0,16 mm/ford; vc = 150 m/min 90

VB [µm]

75 60 45

SZ3; F1 30

SZ3; F3

15 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

t [min] 13. ábra Az SZ3 jelű szerszám hátkopása a forgácsolási idő függvényében

A forgácsolási időhöz tartozó konstansok és a hatványkitevők értékeit az egyes fogaskerekekre illetve a szerszámokra vonatkozóan a 16. táblázatban foglaltam össze.

16. táblázat A forgácsolási időhöz tartozó együtthatók és hatványkitevők értékei Fogaskerék jele F2

F1

F3

Együtthatók és hatványkitevők nagyoló megmunkáláskor Szerszám jele

CT

a

CT

a

CT

a

SZ1 SZ2

18,76 -

0,395 -

32,53

0,252

-

-

SZ3

Együtthatók és hatványkitevők simító megmunkáláskor CT a CT a CT a 9,54

0,448

-

- 26 -

-

10,63

0,574

TDK 2012

Földi Ákos

5.2.2. A hátkopás a forgácsolt úthossz függvényében

A forgácsolt út azt a hosszt jelenti, amelyen a szerszám érintkezik a forgácsolt felülettel. A forgácsolt úthossz a forgácsolási idő függvényében az alábbi összefüggéssel fejezhető ki: L = vc ·t A forgácsolt úthossz ismeretében a hátkopás mértéke az alábbi képlettel határozható meg, figyelembe véve az 5.2.1. fejezetben található hatványkitevős összefüggést: VB = CL ·La A CL számítása: CL =

CT vc a

Ahol: - CL – a forgácsolt úthosszhoz tartozó konstans; - a – a forgácsolt úthosszhoz tartozó hatványkitevő.

A nagyoló és a simító megmunkálás során használt szerszámok hátkopás értékei a forgácsolt úthossz függvényében a 14.-15. ábrákon láthatók. NAGYOLÓ KEMÉNYESZTERGÁLÁS F1 esetén: ap = 0,16 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 170 m/min F2 esetén: ap = 0,25 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 140 m/min 90

VB [µm]

75 60 45

SZ1; F1 30

SZ2; F2

15 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

L [m] 14. ábra Az SZ1 és SZ2 jelű szerszámok hátkopása a forgácsolt úthossz függvényében

- 27 -

TDK 2012

Földi Ákos


VB [µm]

75 60 45

SZ3; F1 30

SZ3; F3

15 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

L [m] 15. ábra Az SZ3 jelű szerszám hátkopása a forgácsolt úthossz függvényében

A forgácsolt úthosszhoz tartozó konstansok és a hatványkitevők értékeit az egyes fogaskerekekre illetve a szerszámokra vonatkozóan a 17. táblázatban foglaltam össze.

17. táblázat A forgácsolt úthosszhoz tartozó együtthatók és hatványkitevők értékei Fogaskerék jele F2

F1

F3


CL

a

CL

a

CL

a

SZ1 SZ2

2,469 -

0,395 -

9,339

0,252

-

-

SZ3

Együtthatók és hatványkitevők simító megmunkáláskor CL a CL a CL a 0,984

0,448

-

- 28 -

-

0,597

0,574

TDK 2012

Földi Ákos

5.2.3. A hátkopás a megmunkált darabszám függvényében

A hátkopás mértéke a megmunkált darabszám függvényében is kifejezhető, amely a termelési munka szervezése szempontjából indokolt. A hátkopás nagysága a darabszám függvényében az alábbi összefüggéssel határozható meg: VB = CN ·Na A CN számítása: d·π·l a CN = CL · f Ahol: - d – a munkadarab furatának átmérője [mm]; - l – a munkadarab furatának hossza [mm]; - f – előtolás [mm/ford]; - CN – a forgácsolt darabszámhoz tartozó konstans; - a – a forgácsolt darabszámhoz tartozó hatványkitevő.

A nagyoló és a simító megmunkálás során használt szerszámok hátkopás értékei a forgácsolt munkadarabszám függvényében a 16.-17. ábrákon láthatók. NAGYOLÓ KEMÉNYESZTERGÁLÁS F1 esetén: ap = 0,16 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 170 m/min F2 esetén: ap = 0,25 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 140 m/min 90

VB [µm]

75 60 45

SZ1; F1 30

SZ2; F2

15 0 0

15

30

45

60

75

90

N [db] 16. ábra Az SZ1 és SZ2 jelű szerszámok hátkopása a darabszám függvényében

- 29 -

TDK 2012

Földi Ákos


VB [µm]

75 60 45

SZ3; F1 30

SZ3; F3

15 0 0

15

30

45

60

75

90

N [db] 17. ábra Az SZ3 jelű szerszám hátkopása a darabszám függvényében

A megmunkált darabszámhoz tartozó konstansok és a hatványkitevők értékeit az egyes fogaskerekekre illetve a szerszámokra vonatkozóan a 18. táblázatban foglaltam össze.

18. táblázat A megmunkált darabszámhoz tartozó együtthatók és hatványkitevők értékei Fogaskerék jele F2

F1

F3


CN

a

CN

a

CN

a

SZ1 SZ2

11,89 -

0,395 -

19,00

0,252

-

-

SZ3

Együtthatók és hatványkitevők simító megmunkáláskor CN a CN a CN a 7,471

0,448

-

- 30 -

-

5,887

0,574

TDK 2012

Földi Ákos

5.3. Kopási ráták meghatározása A kopási ráták a kopásgörbék lineáris szakaszán értelmezhetők, melynek a meredekségét jelentik, illetve a kopás sebességét a vizsgált technológiai paraméterre (forgácsolási idő, forgácsolt úthossz, megmunkált darabszám) vonatkoztatva. Az egyszerű kopási rátát általában a forgácsolt úthosszra vonatkoztatva szokták meghatározni (lásd. 1.4. fejezet). Azonban az általam vizsgált szerszámok esetén ismert függvénykapcsolat van a hátkopás mértéke és a vizsgált technológiai paraméterek között (lásd. 5.2.1.-5.2.3. fejezetek). Mivel a hatványgörbe mentén a kopási ráta pontról pontra változik, így a függvény differenciálásával határoztam meg az egyes szerszámok kopási rátáját, melyekhez az alábbi összefüggéseket alkalmaztam: RVB(t) =

dVB(t) = CT ·a·ta-1 dt

RVB(L) =

dVB(L) = CL ·a·La-1 dL

RVB(N) =

dVB(N) = CN ·a·Na-1 dN

A kopási ráták változásai a vizsgált technológiai paraméterek függvényében a 18.-23. ábrákon láthatóak. NAGYOLÓ KEMÉNYESZTERGÁLÁS F1 esetén: ap = 0,16 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 170 m/min F2 esetén: ap = 0,25 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 140 m/min

RVB(t) [µm/min]

4,50 3,75 3,00 2,25

SZ1; F1

1,50

SZ2; F2

0,75 0,00 0

5

10

15

20

25

30

35

40

t [min] 18. ábra SZ1 és SZ2 jelű szerszámok kopási rátájának változása a forgácsolási idő függvényében - 31 -

TDK 2012

Földi Ákos

NAGYOLÓ KEMÉNYESZTERGÁLÁS F1 esetén: ap = 0,16 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 170 m/min F2 esetén: ap = 0,25 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 140 m/min 0,035

RVB(L) [µm/m]

0,030 0,025 0,020 0,015

SZ1; F1

0,010

SZ2; F2

0,005 0,000 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

L [m] 19. ábra SZ1 és SZ2 jelű szerszámok kopási rátájának változása a forgácsolt úthossz függvényében

NAGYOLÓ KEMÉNYESZTERGÁLÁS F1 esetén: ap = 0,16 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 170 m/min F2 esetén: ap = 0,25 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 140 m/min 1,05

RVB(N) [µm/db]

0,90 0,75 0,60 0,45

SZ1; F1

0,30

SZ2; F2

0,15 0,00 0

15

30

45

60

75

90

N [db] 20. ábra SZ1 és SZ2 jelű szerszámok kopási rátájának változása a megmunkált darabszám függvényében

- 32 -

TDK 2012

Földi Ákos

SIMÍTÓ KEMÉNYESZTERGÁLÁS F1 esetén: ap = 0,03 mm; f = 0,14 mm/ford; vc = 158 m/min F3 esetén: ap = 0,05 mm; f = 0,16 mm/ford; vc = 150 m/min 4,50

RVB(t) [µm/min]

3,75 3,00 2,25

SZ3; F1 1,50

SZ3; F3

0,75 0,00 0

5

10

15

20

25

30

35

40

t [min] 21. ábra SZ3 jelű szerszám kopási rátájának változása a forgácsolási idő függvényében


RVB(L) [µm/m]

0,030 0,025 0,020 0,015

SZ3; F1

0,010

SZ3; F3

0,005 0,000 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

L [m] 22. ábra SZ3 jelű szerszám kopási rátájának változása a forgácsolt úthossz függvényében

- 33 -

TDK 2012

Földi Ákos


RVB(N) [µm/db]

0,90 0,75 0,60 0,45

SZ3; F1

0,30

SZ3; F3

0,15 0,00 0

15

30

45

60

75

90

N [db] 23. ábra SZ3 jelű szerszám kopási rátájának változása a megmunkált darabszám függvényében

5.4. Értékelés A szerszámok kopási rátáinak diagramjait megvizsgálva látható, hogy a nagyoló megmunkálás esetén az SZ2 jelű szerszámnak kedvezőbb a kopási rátája, mert pl. azonos forgácsolt úthossz esetén a két szerszám közül ennek a kopása a kisebb mértékű. Továbbá az is megfigyelhető, hogy azonos előtolás és közel azonos forgácsoló sebesség mellett az SZ2 jelű szerszám esetén a fordulatszám értéke majdnem kétszerese az SZ1 szerszámnál beállított értéknél (a munkadarab átmérőket figyelembe véve), és még így is kedvezőbb a kopás mértéke. Azonban nem szabad elfeledkeznünk a munkadarabok keménységéről sem, mert a rajzon előírt értékek ugyan azonosak mindhárom fogaskerék esetén, így az 59 és a 63 HRC is megengedhető, de a kopás mértéke nem egyenes arányban növekszik a keménységgel. Megfontolásokkal ugyan, de a mérési adatok alapján a nagyoló megmunkáláshoz az SZ2 jelű szerszám a célszerűbb választás. Simító megmunkálás esetén ugyanazzal a szerszámmal munkálták meg a két fogaskereket, azonban az F3 jelű fogaskerék megmunkálása során a technológiai paraméterek kismértékben növekedtek a forgácsoló sebességet kivéve, így a kopás sebessége is felgyorsult, amely azt jelenti, hogy - 34 -

TDK 2012

Földi Ákos

azonos mértékű kopás esetén a forgácsolt úthossz kevesebb lesz, mint az F1 jelű fogaskerék megmunkálása során beállított technológiai paraméterek során. Így az F1 jelű kerék simítása során beállított technológiai paraméterekkel célszerűbb az SZ3 jelű szerszámot alkalmazni. Összességében megállapítható tehát, hogy a különböző fogaskerekek furatainak nagyoló keményesztergálásaihoz az SZ2 jelű (2NC-CCGW09T308-BNC 200), a simító keményesztergálásokhoz pedig az SZ3 jelű (NP-CNGA120408GSW4-MBC010) szerszám – az F1 fogaskerék simítása során beállított technológiai paraméterekkel – választása az optimális, a költségek csökkentése érdekében. A bemutatott módszerrel más forgácsolási művelet szerszám optimalizálása is végrehajtható.

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Ezúton szeretném megköszönni mindazoknak, akik segítettek a TDK dolgozatom elkészítésében. Konzulenseimnek Prof. Dr. Kundrák János egyetemi tanárnak, Ráczkövi László tanársegédnek, valamint a Gépgyártástechnológiai Tanszék és a ZF Hungária Kft. valamennyi dolgozójának, hogy hasznos tanácsokkal láttak el a kísérlettervezés elméletében és gyakorlatában.

- 35 -

TDK 2012

Földi Ákos

IRODALOMJEGYZÉK [1] [2] [3]

[4]

[5] [6] [7] [8] [9]

[10] [11]

Dr. Bali János: Forgácsolás, Tankönyvkiadó, Budapest, 1988 Prof. Dr. Kundrák János – Dr. Deszpoth István: Forgácsoláselmélet: Szerszámkopás és szerszáméltartam számítása, Oktatási segédlet, Miskolc, 2007 Yong Huang – Steven Y. Liang: Modeling of CBN Tool Flank Wear Progression in Finish Hard Turning, Transactions of the ASME Vol. 126, February 2004, pp. 98-106 Yong Huan – Y. Kevin Chou – Steven Y. Liang: CBN tool wear in hard turning: a survey on research progress, Int J Adv Manuf Technol (2007) 35:443-453 DOI 10.1007/s00170-006-0737-6. Y. Kevin Chou – Chris J. Evans: Tool wear mechanism in continuous cutting of hardened tool steels, Wear 212 (1997) pp. 59-65 Viktor P. Astakhov: The assessment of cutting tool wear, International Journal of Machine Tools & Manufacture 44 (2004) pp. 637-647 J. Barry – G. Byrne: Cutting tool wear in the machining of hardened steels Part II: cubic boron nitride cutting tool wear, Wear 247 (2001) pp. 152-160 Klocke F. – Brinksmeier E. – Weinert K.: Capability Profile of Hard Cutting and Grinding Processes, Annals of the CIRP Vol. 54/2 (2005) pp. 274-283 H. K. Tonshoff – C. Arendt – R. Ben Amor: Cutting of Hardened Steel. CIRP Annals Manufacturing Technology (2000) Volume: 49, Issue: 2, Publisher: Elsevier, pp. 547-566 Dr. Csizmadia Ferencné: Szerszámanyagok és kezelésük (Kézirat), Győr, 2004 Y. Kevin Chou – Chris J. Evans – Moshe M. Barash: Experimental investigation on CBN turning of hardened AISI 52100 steel, Journal of Materials Processing Technology 124 (2002) pp. 274-283

[12]

P. J. Heath: Properties and uses of AMBORITE, Industrial Diamond Review, March 1986, pp. 120-127

[13]

Adolf Frischherz – Wilhelm Dax – Klaus Gundelfinger – Werner Häffner – Helmut Itschner – GüntnerKotsch – Martin Staniczek: Fémtechnológiai

[14]

táblázatok, B+V Lap és Könyvkiadó Kft., Budapest, 1997 http://www.sumicarbide.com/pdf/2013-2014-General-Cat-sm.pdf

[15]

http://www.mitsubishicarbide.com/EU/West/product/pdf/c_n_other/c004eb_cbn_pcd_turning_inserts.pdf

[16] [17]

Sandvik - Coromant cég Főkatalógusa, 2008 http://microscopy.zeiss.com/microscopy/en_de/home.html

- 36 -

CBN forgácsoló lapkák kopásának vizsgálata keményesztergáláskor

Recommend Documents