KÜLSŐ HENGERES FELÜLET ÉLETTARTAM-NÖVELŐ MEGMUNKÁLÁSA A FELÜLETI RÉTEG TÖMÖRÍTÉSÉVEL

KÜLSŐ HENGERES FELÜLET ÉLETTARTAM-NÖVELŐ MEGMUNKÁLÁSA A FELÜLETI RÉTEG TÖMÖRÍTÉSÉVEL 7.1. Tartósságnövelő megmunkálások Gépek működésekor a legtöbb igénybevétel elsősorban a gépelemek felületét vagy bizonyos vastagságú felületi rétegét érinti. [77] [114] A megmunkált felület mikrogeometriája hat: • a gépelem kopásállóságára, • fárasztáskor a feszültséggyűjtő hatáson keresztül a kifáradásra. Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

A felületi réteget elsősorban fárasztáskor éri károsodás. Tartósságnövelő mechanikai megmunkálásokkal: • az érdesség esetenként hatékonyabban csökkenthető mint forgácsolással, • a felületi réteg tulajdonságai hőkezelés nélkül is nagymértékben javíthatóak. Élettartam és üzembiztonság (megbízhatóság) növelése elérhető: • a konstrukció tökéletesítésével, • megfelelő anyagválasztással, • felületi minőség javítással. Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

1. Kérgesítő eljárások hőkezeléssel. Kérgesítő eljárások hőkezeléssel (felületi edzéssel) és termokémiai kezeléssel (kéregötvözéssel) Ezek az eljárások a felületi réteg tulajdonságait: • hőhatással (felületi edzés), • szénnel, nitrogénnel, krómmal, stb. elemmel való dúsítással, (cementálás, nitridálás, nitrocementálás, diffúziós krómozások) és a dúsított réteg edzésével változtatják meg. 2. Feltöltő hegesztés, fémszórás: Célja: Az alkatrészek élettartamának és üzembiztonságának növelése, a hasznos felületre felvitt jó üzemeltetési tulajdonságokat biztosító anyaggal. Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

Alkatrészek működő felületeinek bevonása: • fémes, krómos és kemény nikkelezés, • nemfémes bevonatok, műanyag bevonat. A tartósságnövelés céljából alkalmazott mechanikai megmunkálásokat felületszilárdító megmunkálásoknak nevezzük. A megmunkálandó felületet érő hatások jellege szerint a felületszilárdító megmunkálás lehet: • felületvasalás, • felülethengerlés • ütőtestes felületszilárdítás Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

Számos elméleti és kísérleti eredménnyel bizonyítható, hogy ha az elemek működő felületét (felületi rétegét) hideg-képlékeny alakítással (keményítjük) szilárdítjuk, élettartamuk megnő, azaz a koptató és korróziós hatásnak jobban ellenállnak. A felületszilárdítás eredményeként a élettartam az alábbi okokra vezethető vissza: • nő a felület keménysége, • csökken a felület érdessége, • nő a hordfelület-hányad.

Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

nagyobb

7.2. Külső hengeres felület vasalása 7.2.1. A vasalás elmélete Felületvasaláskor a munkadarab felületi érdességét csökkentjük, felületi szilárdságát növeljük. A felületi réteg szilárdítását a megmunkálandó anyagnál jóval keményebb anyagú szférikus felületű (pl.: gömb alakú) szerszám és a szilárdítandó felület csúszási súrlódáskor végbemenő kölcsönhatása eredményezi. A KHF-ek gyémántszerszámmal történő vasalását képlékenyen alakítható anyagoknál alkalmazzák. KHF-ek vasalását esztergán vagy egyszerű célgépen is végezhetik (7.1. ábra). Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

3 4

7.1. ábra A gyémántvasalás vázlata 1. feszítőcsavar a vasalóerő beállításra, 2. mérőóra, 3. gyémánt végű vasaló szerszám, 4. munkadarab [77]

2


1

A felület érdességét és a felületi réteg szilárdítását a megmunkálandó anyagnál jóval keményebb anyagú szerszám és a szilárdítandó felület csúszási súrlódáskor végbemenő kölcsönhatás eredményezi. Szerszámanyag: gyémánt (Rs = 0,6 – 4 mm). Lényeg: a vasalószerszám alakító eleme gyémántgömbszelet, mely méretezett rugó segítségével, megfelelő nyomóerővel alakítja a vasalandó felületet. .


7.1. táblázat A munkadarab Anyagminősége

Geometriai adatok

Technológiai adatok

Keménysége

Rs (szerszám sugár, mm)

Vasalási sebesség v (m/min)

Előtolás f (mm/ford)

Vasalóerő (F/N)

Átvasalási szám

HB 300

2-3

40-120

0,02-0,1

60-150

1-3

HRC 35-20

2-3

30-150

0,02-0,1

0-120

1-2

Edzett cementált acélok

HRC 50-65

0,6-1,2

20-100

0,01-0,06

30-80

1

Alumínium ötvözetek

HB 140-180

3-4

70-150

0,04-0,1

60-100

1-2

Bronz és réz ötvözetek

HB 100-180

4

70-120

0,04-0,08

60-80

1

Szerkezeti acélok Közepes keménységű hőkezelt acélok

Külső hengeres felületek vasalásának technológiai adatai


Pontosság IT: 6-10 függ az előgyártmány pontosságától. Termelékenység tg – (gépi főidő) esztergáláskor.

hasonlóan

számítható,

mint

Felületminőségre hatással vannak a következők: • A technológiai adatok hatása a felület érdességére, KHF esetén Ra=0,04-0,16 µm, • A technológiai adatok hatása a felület mikrokeménységére: felkeménye-dés jön létre, • A megmunkálás eredményeként nyomó maradó feszültség keletkezik a felületi rétegben. Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

Jellemzői: • Az alakító elem (szerszám) és az alakított felület között csúszó súrlódás van. • Az alakítási zónában rendszerint azonos szerszámfelület deformálja az anyagot. • Kemény(63-65 HRC) és lágy anyagok megmunkálására alkalmazható. A szerszámok különböző lehetnek: • esztergakés-szerű, • üregelő tüske alakú, • golyó, • tárcsa alakú, stb.

konstrukciós


kialakításúak

A megmunkálás történhet: • merev szerszámkonstrukcióval, • rugalmas szerszámkonstrukcióval. Az 1÷2 karát nagyságú gyémántot alacsony olvadáspontú

fémmel

rögzítik

a

tartóba,

szférikusra vagy hengeresre munkálnak.


amelyet

3 2 1

3

2

a)

R3,35

120°

,4

150°

;3 R1,2

120°

150°

1

b)

7.2. ábra Vasalógyémánt befogása a) hengeres, b) szférikus, 1. vasalógyémánt, 2. foglalófém, 3. foglalat


A vasalt felület átlagos érdességét a vizsgált értékhatárok között a vasalási előtolás, illetve a sebesség növelése növeli, a vasalóerő növekedése pedig egy darabig csökkenti, majd növeli (7.3. ábra) [77].


5200 HVM ,MN/m 2

R a µm

0.6 0.5 0.4 0.3

4600

4000

0.2

3400 0.1

0

0

200

400

600 F, N

200

400 F, N

0.04

0.12 0.08 f, mm/ford

0.04

0.08 0.12 f, mm/ford

100

200

300 v, m/min

100

200 300 v, m/min

600

7.3. ábra A technológiai adatok hatása a felület érdességére gyémántvasaláskor

7.4. ábra A technológiai adatok hatása a felület mikrokeménységére gyémántvasaláskor


A vasalt felület mikrokeménysége a vasalási előtolás növelésével csökken, a vasalóerő és a vasalási sebesség növelésével nő (7.4. ábra) [77]. Az esztergálás illetve köszörülés után F = 196 N vasalóerő, v = 93 m/min vasalási sebesség, f = 0,08 mm/ford. előtolás alkalmazásakor, esztergálással kialakított maradófeszültségek nagysága

és

eloszlásának

számottevően megváltozik (7.5. ábra) [77].


jellege

σ m ,MN/m 2

300 köszörülés 0

-300 esztergálás -600 esztergálás+vasalás -900 köszörülés+vasalás -1200

0

100

200

300

400 l, m

7.5. ábra A felületi rétegben maradó feszültségek különféle megmunkálások esetén Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

7.2.2. Gyémántvasalás technológia kísérletei A dugattyúcsapok (∅15 x 100 mm) karbantartásánál, külső hengeres felületeinek megmunkálásánál a kedvező szilárdsági

tulajdonságok

eléréséhez

gyémántvasalást

alkalmaztunk. Így a megmunkálási mikrogeometriai egyenetlenségek csökkenthetők

voltak

és

kedvező

nyomó

feszültség alakult ki a felületközeli rétegben


maradó

7.2.2.1. Kísérleti paraméterek

körülmények

és

a

technológiai

A megköszörült dugattyúcsapokat E400/1000 típusú csúcseszterga gépen vasaltuk. A munkadarab befogását a 7.1. ábra szemlélteti.


Bemenő adatok: • vasaló erő: Fv min=125N; Fv max=150N, • vasalási előtolás: f v min=0,0203 mm/ford; fv max=0,05 mm/ford, • vasalási sebesség: vv min=60 m/min; vv max=83 m/min. Állandó jellemzők: • a dugattyúcsap keménysége: HRC∼55 • a köszörült csap geometriai méretei: φ24,9 x 100 mm, • a köszörült felület átlagos érdessége (Ra) • és maximális érdessége: R a k = 0,36 µm 1

R max 1 k = 3,27 µm

• szerszámelfordítási szög: α = 0°


Vasaláskor a szerszám csak egyszer alakította a felületet, miközben bő mennyiségű olajkenést alkalmaztunk. A vasalás utáni vizsgált paraméterek voltak: a köszörült felület átlagos érdessége Ra1v és a köszörült felület maximális érdessége Rmax1v.(7.2. táblázat)


7.2. táblázat Köszörülés utáni felületi érdességek Ra , g Rmax, g

µm

Beállított paraméterek fv vv mm/ford m/min

2,66

0,33

0,0203

3,32 3,39

0,33 0,37

0,0500 0,0203

3,32 2,79

0,37 0,37

0,0500 0,0203

3,89

0,42

0,0500

3,53

0,43

0,0203

2,95

0,34

0,0500

Fv N

60

125

83

125

60

150

83

150

Vasalás utáni mért felületi érdességek Rmax,v Ra , v

µm 1,03

0,112

1,92 0,70

0,260 0,096

1,40 0,75

0,180 0,100

1,18

0,160

0,97

0,130

1,20

0,150

Köszörülés és vasalás utáni felületi érdességek


. 7.2.2.2. Mikrogeometriai jellemzők vizsgálata A Faktoriális Kísérlettervezési módszert alkalmaztuk a kísérleti paraméterek időrendi sorrendjének kialakítására. A vasalás utáni felületérdességek számítására szolgáló képleteket az alakhibák szerint írtuk fel:

Rmax1 v = Cvm ⋅ f vαm ⋅ vvγm ⋅ Fvδm Ra1v = Cva ⋅ f vαa ⋅ vvγa ⋅ Fvδa Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

(7.1) (7.2)

A konkrét kísérletek után a Faktoriális Kísérlettervezési módszer lépéseit alkalmazva, a cvm, cva, αm, αa, γm, γa, δm és δa értékei meghatározhatók voltak. Ezen konstansokat és kitevők értékeit az (7.1) képletre vonatkozóan a 7.3. táblázat tartalmazza. 7.3. táblázat Cvm=e218,152

γm = -(41,9107-8,2493 ln Fv)

αm =(11,5073-0,2899 ln vv1,9766 ln Fv)

δm = -42,7924

(7.1) képlet konstansainak és kitevőinek értékei Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

. Megjegyzendő, hogy a (7.2) képlethez tartozó konstans és kitevő értékek is meghatározásra kerültek, azonban itt nem kerülnek közlésre. A felületi érdesség változásáról jobb képet kapunk, ha csak a javulást, a vasalt és a köszörült felület közötti különbséget vizsgáljuk. Így új paraméterek bevezetése válik szükségessé:


ρ R max =

ρR = a

Rmax 1 k Rmax 1 v

Ra1k Ra1v


(7.3)

(7.4)

A vasalás hatása akkor a legjobb, amikor az

Ra1∆

Rmax 1 ∆ értékei maximálisak. A felületi érdesség és mérésére bevezetett új képletek a következők: αρm

ρ R max = C ρm ⋅ f v

α ρa

ρ Ra = C ρ ⋅ f v a

γρm

δ ρm

γ ρa

δ ρa

.vv ⋅ Fv

⋅ vv ⋅ Fv


(7.5)

(7.6)

A Faktoriális Kísérlettervezés kiértékeléséhez az adatokat továbbra is a 7.2. táblázatból véve az (7.5)-ös képlet konstansára és kitevőire a következő képlet adódik. 7.4. táblázat

C ρm = e −230 , 5053 α ρm = 0,4515

γ ρm = (52,8366 − 10,6419 ln Fv )

δ ρm = 46,34

(7.5) képlet konstansainak és kitevőinek értékei


Megjegyezzük, hogy az (7.1), (7.2), (7.5) és (7.6) képletek csak az 7.2. táblázatban található (fv, vv és Fv) értéktartományokban érvényesek. A vasalt felület Rmax maximális érdességre vonatkozó relatív felületi érdességi paraméter javulását az 7.6. ábra mutatja.


7.6. ábra A ρ R max (relatív felületi egyenetlenségi paraméter) változása a vasalóerő Fv és a technológiai paraméterek függvényében [174]


Néhány megjegyzés a 7.6. ábrához: • A vasalási sebesség hatása függ a vasalásnál alkalmazott erőtől. Kis vasalóerő esetén (pl.: Fv=125N) a sebesség növelése javítja az Rmax maximális felületi érdesség értékét. Növelve a vasalóerőt egy nagyobb értékre (pl.:Fv=150N) a

ρ R max viszony csökkenő hatású.

• Az előtolás csökkentésével a ρ R max arány növekszik, tehát az Rmax értéke javul.


7.3. Külső hengeres felületek hengerlése A külső hengeres felületek hengerlésével növelhető: • a működő felületek kopásállósága, • gépelem kifáradási szilárdsága, míg a felületi érdesség nagymértékben csökken. Esztergán vagy célgépen acélgörgőkkel vagy acélgolyókkal végzik. Az alkalmazott görgők átmérője Dg = 20 ÷ 200 mm, a leggyakrabban előforduló alakjait a 7.7. ábra szemlélteti.


7.7. ábra Görgők jellegzetes alakjai Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

A görgők: • lekerekítésének sugara: r = 0,5 ÷ 200 mm, • anyaga: szerszám vagy golyóscsapágyacél. Kisméretű munkadarabok hengerlésekor: Dg = 15 ÷ 20 golyóscsapágy golyókat alkalmaznak.

felületének mm átmérőjű

A görgőket: • hidraulikus, • pneumatikus úton vagy, • rugókkal kifejtett F = 200-200.000 N erővel nyomják a megmunkálandó felületre a munkadarab forgása és megfelelő előtolás mellett. Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

Jellegzetes felülethengerlési megoldásokat mutat a 7.8. ábra.


Jellegzetes felülethengerlési megoldások: 1. Egygörgős,

4., 5. Kétgörgős,

8. Esztergálás és egygolyós szerszámmal való hengerlés,

2. Egygolyós,

6. Kétgörgős simító,

9. Esztergálás és simító felülethengerlés.

3. Kétgolyós,

7. Kétgörgős kúpos simító hengerlőszerszám,


A munkadarab kerületi sebességének nincs lényeges hatása a felületminőség alakulására. A munkadarab sebességének irányértéke hengerléskor: vmdb = 30 ÷ 90 m/min Hengerléskor az Ra lényegesen csökken.Ra = 0,01 ÷ 1 µm. Az Ra kialakulása hasonlóan megy végbe mint egyélű határozott élű szerszámmal végzett forgácsoláskor (7.9.ábra).


f e

e

f

r

r

7.9. ábra A mikro-egyenetlenség alakulásának vázlata a) görgőzéskor, b) acélgolyóval történő hengerléskor Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

7.10. ábra A görgőzés előtti és utáni érdesség kapcsolata

7.11. ábra A görgő lekerekítési sugarának hatása a görgőzött felület érdességére


A technológiai adatok közül az érdességet a görgőző erő, az előtolás (7.12. ábra) és a fogások száma (7.13. ábra) befolyásolja.


12 Rz, µ m

R z , µm

1.2 1.0

10 8

0.8

6

2 0.6

4

0.4 0.2

2

1 1000

0

2000 F ,N

2

4

6

8 10 12 14 16 fogások száma

7.12. ábra 7.13. ábra A görgőzőerő hatása a felület A fogások számának hatása a érdességére görgőzött felület érdességére Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

KÜLSŐ HENGERES FELÜLET ÉLETTARTAM-NÖVELŐ MEGMUNKÁLÁSA A FELÜLETI RÉTEG TÖMÖRÍTÉSÉVEL

Recommend Documents