Keményfémek alkalmazása a BHG szerszámgyártásában DEÁK ERNŐ BHG
ÖSSZEFOGLALÁS' A B H G Híradástechnikai Vállalat 1982-től íoglalko4k keményfém szerszámok fejlesztésével. A cikk a keményfém megmunkálásán és alkalmazásán kívül foglalkozik a keményfém tulajdonságaival és alkalmazásának gazdasági kihatásaival. ( # )
DEAK
ERNŐ
1982-ben szerezte diplo máját a Bánki Donát Gépipari Műszaki Fő iskola gépgyártástechno
lógia szakán. Jelenleg a BHG Híradástechnikai Vállalat Szerszámfej lesztő Laboratóriumában dolgozik, mint üzemmér nök.
1. Bevezető Napjaink nagy t ö m e g b e n t ö r t é n ő alkatrészgyár t á s á n a k egy igen elterjedt és korszerű technológiája a keményfémbetétes szerszámok alkalmazása. Az elektronikai berendezésekhez és készülékekhez szük séges milliós nagyságrendű alkatrészek előállítása nagy teljesítményű szerszámokat igényel, melyet ke ményfém betétes szerszámmal lehet elérni. A keményfém napjainkban m á r nem t e k i n t h e t ő újdonságnak, dé ennek ellenére elterjedése nem elég séges. A hidegalakító szerszámok keményfémbetétjei vel jelentős eredmények érhetők el. A keményfém alkalmazása során figyelembe kell venni a m ű s z a k i gazdasági lehetőségeket. A hazai és külföldi példák azt m u t a t j á k , hogy a szerszám éltartósága, szerszámköltségek növekedése mellett, a g y á r t o t t alkatrészek minőségi javulását is eredményezi. A B H G 1980-ban i n d í t o t t a be a keményfém szerszám fejlesztési programját. A t ö b b milliós darab számú „ S " típusú jelfogó rugó szétcsípő szerszámát készítette el keményfémbetétekkel. Ezenkívül k ü lönböző automata gépek vezető hüvelyeinél, üregelő szerszámbetéteknél, csavarzömítő m a t r i c á k n á l és fe jezőknél alkalmaz keményfémet. A B H G a k e m é n y f é m p r o g r a m k e r e t é n belül a 20 pólusú anyadugaszhoz keményfém szerszámot vásá rolt az NSZK-beli Geissler cégtől. Egyidejűleg keményfémgyártási technológia megvásárlására k ö t ö t t ü n k 4 vállalattal szerződést a Danuvia gesztor sága mellett. •
sonlítva, a d a r a b s z á m függvényében a szerszám igény tizedére csökkenthető, — a munkadarab minőségi j a v u l á s t mutat, — egy élezéssel a l e g y á r t h a t ó d a r a b s z á m 10 — 15szöröse érhető el a h a g y o m á n y o s szerszámokkal szemben. Ez maga u t á n vonja a gépkihasz nálás növekedését, mivel r i t k á b b a n kell szer számcserét alkalmazni. Az élezésre fordított idők összességében csökkennek. A B H G tapasztalati adatai szerint keményfém kivágó szerszámmal 3 — 3,2 millió gépi l ö k e t s z á m o t lehet elérni egy élezéssel. Ez kétbélyeges (20 pólusú dugasz) szerszám esetében 6—6,4 millió a l k a t r é s z t jelent, ahol a munkadarab anyaga K R K alpakka. Az e m l í t e t t példa alapján és a keményfém élezésének ismeretében k ö n n y e n m e g h a t á r o z h a t ó a szerszám é l e t t a r t a m a . Célszerű a szerszámot m á r akkor élezni mielőtt a vágóéleken a legkisebb lekerekedések m u t a t k o z n á n a k , mivel ez a szerszám é l e t t a r t a m á t rendkívül megnöveli, és ilyen feltételek mellett maxi málisan 0,05 mm-t forgácsolunk. Figyelembe véve a szerszámélek k b . 6 m m felhasználhatóságát ez 120 élezést jelent, a szerszámmal l e g y á r t h a t ó darab s z á m ekkor k b . 3 , 6 X l O . Ezek az adatok természe tesen akkor helytállóak ha a szerszám kezelése és k a r b a n t a r t á s a szakszerűen t ö r t é n i k , és megfelelő merevségű, pontos vezetésű, gyors préseken üze meltetjük. 8
3. A keményíém tulajdonságai 2. A keményfémszerszámok létjogosultsága és gazdasági kihatása
3.1.
A h í r a d á s t e c h n i k á b a n az alkatrészek nagy sorozat ban való g y á r t á s a esetén a keményfémszerszámok gazdasági előnyei á k ö v e t k e z ő k : — rendkívül hosszú é l e t t a r t a m , — a h a g y o m á n y o s acélszerszámokkal
összeha-
XXXV.
A keményfém egyik legjellemzőbb tulajdonsága a k o pásállóság. Ez a tulajdonság olyan jelenséghez k ö t ö t t , amely a fém felületén játszódik le. Ha k é t fémfelület egymáson elmozog, úgy m i n d k é t fémfelületről anyag részek v á l n a k le. A fémeknek az anyag lehordásával szembeni ellenállóképességét kopásállóságnak nevez zük. A keményfém kopásállósága növekszik, ha a kobalt-
Beérkezett: 1984. I . 16. H íradástechnika
Kopásállóság
évfolyam 1984. 4. szám
185
tartalom és a WC szemcsenagyság csökken. Az 1. á b r a a száraz és nedves kopásállóságot mutatja. A kopásállóság a keménységgel szoros összefüggés ben van. A 2. á b r a száraz kopásállóságot a keménység függvényében ábrázolja. 3.2.
—
Száraz kopásállóság Nedves kopásállóság
Keménység
A keményfémeknél a keménységet 30 N terhelés mel lett Vickers-módszer szerint h a t á r o z z á k meg. Ennél az alacsony terhelés mellett az anyagban nem képződ nek z a v a r ó repedések. A keménység a kötőfém tarta lom csökkenésével nő, valamint a WC—Co k e m é n y fém csökkenő szemcsenagyságával ugyancsak nő (1. 3. á b r a ) . 3.3. Egyéb
jellemzők
A legjellemzőbb tulajdonságok mellett a mechanikai, a termikus és a villamos tulajdonságokat is vizsgál j á k . A porozitás és a korrózióval szembeni ellenállás is jellemzi a keményfémeket. A mechanikai tulajdonságokat húzó-, n y o m ó - és hajlítóvizsgálatokkal h a t á r o z z á k meg. A k e m é n y fémet a g y á r t á s k o r leginkább nyomó igénybevételnek teszik k i , mivel ezt az igénybevételt t ű r i el a legjob ban (4. á b r a ) .
Térfogat - V . Kobalt
1. ábra. Száraz i 1000-1 500
100' 50-
A keményfémek m e g m u n k á l á s a két á l l a p o t b a n vé gezhető el. Az egyik állapot amikor a keményfém csak előzsugorított, ilyenkor az anyag úgynevezett k r é t a á l l a p o t b a n van, a másik állapot az amikor az anyag készrezsugorítása is m e g t ö r t é n t , és elérte végleges keménységét. Mindkét esetben nagy techno lógiai fegyelemmel kell m e g m u n k á l n i . A keményfém m e g m u n k á l á s a során mindig nagy merevségű és pon tosság m e g m u n k á l ó g é p e t kell alkalmazni. keményfém
10 ' 5
—V 500
—I— 1500
—I
1000
2000 HV3
Keménység
megmunkálása
A k r é t a állapotú keményfém szakítószilárdsága igen kicsi, ezért k ö n n y e n törik és épp ezért a m e g m u n k á l á s során a sarkok hamar kipattannak. Az 5. á b r a a ke ményfém szilárdságát szemlélteti k r é t a á l l a p o t b a n . Az előzsugorított állapotú keményfém fúrása és k ö szörülése minden nehézség nélkül elvégezhető. A ma rás, fűrészelés esetében m á r nehézségek keletkeznek, mivel a sarkok kitöredeznek, a forgácsoló erő h a t á sára k ö n n y e n eltörnek, ezért csak a köszörülést lehet számításba venni. A .köszörülés g y é m á n t tárcsával oldható meg a legbiztosabban. A fúrás á l t a l á b a n kis fordulatszámon, a fúró gya k o r i kiemelésével és a forgács állandó eltávolításával m e g b í z h a t ó a n elvégezhető. A k r é t a állapotú k e m é ^ r f é m m e g m u n k á l á s a során h ű t é s nem a l k a l m a z h a t ó , mivel nagyon porózus anyag s a nedvesség h a t á s á r a szétmállik. A levegő páratar t a l m á t is k ö n n y e n felveszi, ezért a tárolása gondot okoz. Az előzsugorított keményfém m e g m u n k á l á s a során a méreteknél figyelembe kell venni a zsugorodási rá h a g y á s t , amely egy szorzószámmal jellemezhető. Ter-
186
H924-1
kopásállóság
m 10,1 mm
4. Keményfémek megmunkálása
4.1. Előzsugorüott
és nedves
3
H924-21 2. ábra. Száraz kopásállóság a keménység
függvényében
2000 •
1500-
•s
1000 -
soo-
~r10
T" 20
T
30
"T"
•40 Tcftogal '/.kobalt
~I
sov.
H924-3 3. ábra. A keménységváltozás Híradástechnika
XXXV.
az összetétel
függvényében
évfolyam 1984. 4. szám
kp / mm
N /mm
-I
!
0
j—.
10
,
20
,
30
Térfogat
,
40
50 ' / •
•/. kobalt
H924-4 4. ábra.
A
mjomószilárdság változása függvényeién
"i
nsszetéM
•••HHNi 6. ábra. 5. ábra.
A keményfém
szilárdsága
kréta
állapotban
mészetesen a méret meghatározásánál még figyelembe kell venni a megmunkálási r á h a g y á s t is. Pl. egy munkadarab egyik mérete 9-95 m m . Az előm u n k á l á s mérete a k ö v e t k e z ő lesz: 0,05 mm-t rá hagyunk a készremunkálásra és a zsugorodási szor zószám 1,29 akkor (9-95 + 0,05) szorozva 1-29 = = 12-9 m m . Különböző keményfém összetételeknél zsugorodási szorzószám változik. A szorzószámot mindig a g y á r t ó m ű adja meg. 4.2. A keményfém
készrezsugorítása
A keményfémet speciális hőkezeléssel lehet készre zsugorítani. A hőkezelés hidrogén védőgázas vagy v á k u u m k e m e n c é b e n t ö r t é n i k . A keményfém a készre zsugorítás u t á n nyeri el végleges szilárdságát. 4.3. A keményfém
kemény
megmunkálása
A keményfém nagy keménysége m i a t t csak speciális technológiákkal m u n k á l h a t ó meg. Hőkezelés u t á n a keményfém eléri a 70—72 H R keménységet. L a b o r a t ó r i u m b a n a keményfém m e g m u n k á l á s á t C
Híradástechnika
XXXV.
Keményfémbetétek
évfolyam 1984. 4. szám
a k ö v e t k e z ő k b e n leírtak szerint végeztük. A megmun kálás kétféleképpen t ö r t é n t : — köszörülés, — szikraforgácsolás. A 6. ábra k é t k e m é n y f é m b e t é t fényképét mutatja be. Á fenti á b r á n levő b e t é t e k e t k é t lépésben mun k á l t u k meg. Az első lépésben a fazonos részt, meg m u n k á l á s i ráhagyással, huzalos szikraforgácsolással végeztük, majd a k é s z r e m u n k á l á s t g y é m á n t t á r c s á s köszörüléssel készítettük. A fazonos részt optikai köszörűgépen köszörültük. I t t említeném meg, hogy a keményfém m e g m u n k á l á s i pontosságának b e t a r t á sa érdekében az eddig alkalmazott 50-szeres projektor rajzok nem megfelelőek. E z é r t a Fejlesztési Intézetben levő A U T E R berendezéshez számítógépes programot k é s z í t e t t ü n k , amely a plotteren nagy pon tosságú v é k o n y vonalú á b r á k a t biztosít. Ennek se gítségével ezredmilliméteres pontosság b e t a r t á s a v á l t lehetővé. A keményfém b e t é t esetén a nagy pontosságra a z é r t van szükség, hogy a b e t é t e k ne lélegezzenek, mert az töréshez vezet. A b e t é t e k e t keretbe helyeztük nulla illesztésű pontossággal. A keményfém m e g m u n k á l á s esetén a munkadarabot minden esetben intenzíven h ű t e n i kellett.
187
4.3.1. K e m é n y f é m m e g m u n k á l á s a szikraforgácsolással A szikraforgácsolásnál minden esetben figyelembe kell venni, hogy a v á g o t t felületen beégések és re pedések keletkeznek. A felületi hibák elkerülése vé gett a szikraforgácsolás minden esetben utórnegmunk á l á s t igényel. Az u t ó m e g m u n k á l á s t köszörüléssel végezzük. Az előbb e m l í t e t t h á t r á n y o k m i a t t mindig r á h a gyással kell elkészíteni az alkatrészeket. A k e m é n y fém m e g m u n k á l á s a huzal és t ö m b e l e k t r ó d á s szikra forgácsoló gépen t ö r t é n i k . A huzal-szikraforgácsolás esetén az elektróda anyaga sárga-, i l l . vörösréz huzal volt. Süllyesztékes m e g m u n k á l á s n á l Wolfram-elektró d á t alkalmaztunk. A süllyesztékes szikraforgácsolással csak másod rendű felületeket m u n k á l t u n k meg. P l . csavarfej süllyesztést, mert a felületi repedéseket nem tudjuk kiküszöbölni. Ez a m e g m u n k á l á s lassú és ezáltal gazdaságtalan. Huzal-szikraforgácsolás esetén a h ű t é s t , öblítést ionizált vízzel b i z t o s í t o t t u k . Ezen a t é r e n kedvező e r e d m é n y e k e t é r t ü n k el, mert a köszörülési meg m u n k á l á s r á h a g y á s á t minimálisra c s ö k k e n t e t t ü k . 4.3.2. K e m é n y f é m e k köszörülése A nagy keménységű keményfémet kizárólag g y é m á n t t á r c s á v a l tudjuk m e g m u n k á l n i . A köszörülést igen nagy merevségű gépen kell végezni. A köszörülés harmadik fő követelménye, hogy intenzív hűtést, kenést kell alkalmazni. Ezekre a követelményekre Jung H F 50-es köszörűgép megfelel. A m í g a síkkö szörülésnél a hűtés, kenés megvalósítható, addig az o p t i k a i köszörülésnél a gép {elépítése m i a t t csak levegőhűtést t u d t u n k alkalmazni. A felületi érdességet egy NSZK-beli szerszám betétjeivel hasonlítot t u k össze. A m i á l t a l u n k köszörült felületek nem tér tek el minőségben az összehasonlító d a r a b t ó l . A m e g m u n k á l á s során igen nagy pontosságot ér t ü n k el. A p á r h u z a m o s s á g i eltérés 50 m m hosszan 0,002-0,004 m m volt. A méret pontosságát 0,004 mm-en belül t u d t u k tartani. A felületi érdességre .R = 0,2—0,3 [xm-t m é r t ü n k . a
A betétek és a bélyegek köszörülése során nehéz ségek nem jelentkeztek. A vágólap élezése a k ö v e t k e z ő k é p p e n t ö r t é n t . A keményfém b e t é t e k e t a kerettel e g y ü t t kell köszö rülni, amely edzett acélból készül. A keret anyaga a g y é m á n t t á r c s á t eltömi és a felület rovására megy. É p p ezért az élezést k é t lépésben végeztük el. Az első lépésben a betétek körül a vágólap keretet DGS típusú köszörűkoronggal körbeköszörültük az élezés mélységében. Befejező m ű v e l e t k é n t elvégeztük az élezést a g y é m á n t t á r c s á v a l . A vágólap élezését ter mészetesen bő hűtő-kenő folyadékkal végeztük. A köszörülés folyamán ügyeim kell arra, hogy a gyé m á n t t á r c s a tiszta, t ö m ő d é s m e n t e s legyen, mert m á s k ü l ö n b e n a felületi minőség leromlik. K ü l ö n ügyelni kell a tárcsa ütésmentességére, tökéletes centírozására. A g y é m á n t t á r c s a felfogását és centírozását a k ö vetkező m ó d o n végeztük e l :
188
A tárcsa furata plusz tűréssel készül, a névleges méretnél 0,02 — 0,03 mm-rel nagyobb, míg az agy mérete mínusz tűrésű. Ebből adódik, hogy az egy szerűen felhelyezett tárcsa ü t . A felfogás első lépésében a köszörűagyat egy m a r ó gépen k ö z p o n t o s í t o t t u k , majd rögzítettük. E z u t á n a tárcsát ráhelyeztük, és indikátorórával k ö z p o n t o s í t o t t u k , így egyenletes hézag keletkezett az agy és a tárcsa k ö z ö t t . A hézagot L O C T I T E ragasztó anyaggal t ö l t ö t t ü k k i . Rögzítés u t á n a t á r c s á t a n y á jával rögzítettük. Az így felfogott szerszámot az agy súlyaival kiegyensúlyoztuk. Centírozás u t á n k e r ü l t sor a felszabályozásra. A szabályozást a megmunkáló gépen, jelen esetben a J U N G H F 50-es és az o p t i k a i köszörűgépeken végeztük, az á l t a l u n k készített le húzó szerkezettel. A szabályzás leírása: A g y é m á n t t á r c s a kerületi sebességét 5 — 10 m/s-ra állítottuk be. A tárcsával szemben egy szilíciumkarbid k ő 4100 ford/perc for dulattal forgott. É r i n t ő forgást véve a gép kereszt irányú mozgásával koptatjuk a tárcsát. A műveletet addig végeztük amíg a g y é m á n t t á r c s a felülete tisz ta, egyenletes és ütésmentes lett. A k o p t a t á s 8 — 11 ó r á t vett igénybe és közben 2 db szilíciumkarbid k ö v e t h a s z n á l t u n k el. Utolsó m ű v e l e t k é n t a gyé m á n t t á r c s á t petróleummal lemostuk. Az így előké szített tárcsával az előbbiekben leírt eredményeket é r t ü k el.
5. Keményfémszerszámokkal szemben támasztott követelmények A kemény fémszerszámok é l e t t a r t a m á t nagy mér t é k b e n befolyásolja a vágórés egyenletes elosztása. A vágólap és a bélyegek nagy pontosságú pozicio nálást igényelnek a fenti követelmény miatt. A v á gólap és bélyeg magas é l e t t a r t a m a megköveteli a t ö b b i szerszám elemmagas é l e t t a r t a m á t . É p p ezért a vezeték és bélyegtartó, a megfelelő kopásállóság miatt, edzhető szerszámacélokból köszörült felüle tekkel kell hogy készüljön. Ezeknek az elemeknek a g y á r t á s a h a g y o m á n y o s ú t o n elvégezhető, de a gyár tási tűréseknek meg kell egyeznie a keményfémből g y á r t o t t alkatrészek tűréseivel. A szerszámoknak masszív felépítésűeknek kell lenniük. A vágórés egyenletes elosztása végett a megvezetést lehető legnagyobb precizitással kell el végezni. A vezető elemek állandó kenéséről gondos kodni kell üzemeltetés közben. A keményfém betétek rögzítése szilárd mozgás mentes kell hogy legyen, mivel a rossz rögzítés töréshez vezet. 6. Keményfémbetétek rögzítése A keményfémek rögzítésénél figyelembe kell venni a k o r l á t o z o t t húzó és hajlító feszültségeket. A ke ményfém nagy nyomóigénybevételt képes felvenni. Előfeszítéskor ezt a tulajdonságot használjuk k i . A 7. ábra az előfeszítéskor fellépő és az üzemi feszült séget ábrázolja. Híradástechnika
XXXV.
évfolyam 1984. 4. szám
6.1. Mechanikai
rögzítés
A mechanikai rögzítést a t ö b b i rögzítési módszerrel szemben előnyben kell részesíteni az alábbiak m i a t t : — a keményfém effektív m ó d o n a l á t á m a s z t h a t ó , — bizonyos esetekben nyomóelőfeszítés alá is helyezhető,
ez az eljárás lehetővé teszi a gyors és k ö n n y ű cserét, a keményfémet körülvevő acélszerkezeteket hőkezelni lehet és rögzítés előtt kész m é r e t r e kell m e g m u n k á l n i .
|6 Üzemi feszültségek
Bőfeszitéskor fellepő feszültségek H924-7 7. ábra. Elő feszítéskor
fellépő üzemi
feszültség A-A
B-B
-OlOS
-o,09
22
• i
'
!
1
A
i-'
*
B
A
——1
a,
— B
t> 10,6 /lúlfedés 0,CK6 /
c, ábra. Csavarfejzömítő Híradástechnika
XXXV.
H924-8 szerszám elemei
évfolyam 1984. 4. szám
H924-9 9. ábra. Keményfémbetét
mechanikai
rögzítése
189
Hátrányai: — a mechanikai rögzítés helyigénye nagy, — a g y á r t á s i költségek elég magasak.
6.1.4. Rögzítés ékkel I t t is a csavar az erőátviteli elem. Kialakítására a 11. ábra mutat be példát. 6.2. Keményfém
I
i
forrasztással
A keményfémszerszámoknál gyakran alkalmazzuk a vállas l y u k a s z t ó k a t és bélyegeket. A tömör, egy anyagból készült k e m é n y f é m l y u k a s z t ó k a t elkészí teni körülményes. E z é r t alkalmaztuk az acél szárba forrasztott keményfém betétes l y u k a s z t ó t és bélye get. A lyukasztó elkészítésének módja. A szárrész el készítése:
H 924 -10 10. ábra. Keményfémbetét
rögzítése
rögzítése
szorítással
— a szárban a k e m é n y f é m b e t é t átmérőjének megfelelően lyukat fúrtunk átmérőben 0,05 m m rel nagyobbra. Radiális i r á n y b a n egy úgyne vezett levegő furatot fúrtunk 1 mm-es á t m é ; rővél. Ez a levegőfurat a szár zsákfuratából a levegő és egyéb gázok elvezetésére szolgál a forrasztás közben. A következő lépésben a forrasztást végeztük el az alábbi m ó d o n :
H 924 -11 11. ábra. Keményfém
rögzítése
ékkel
6.1.1. A keményfém behelyezése acélfoglalatba Igen gyakran a hengeres alakú b e t é t e k e t egyszeres vagy kétszeres acélfoglaló g y ű r ű b e helyezzük. Erre igen jó példa a csavar, szegecs stb. g y á r t á s á r a szol gáló hidegalakító szerszámok. A 8. á b r a egy k é t lépésben g y á r t o t t csavarfej zömítő szerszám elemeit ábrázolja? amelyet a BHG-ban használnak. 6.1.2. Csavarkötés
/
..
A csavarkötés a legáltalánosabban elterjedt mecha n i k a i rögzítési m ó d . A 9. ábra k é t példát mutat meg. Az egyik egy á t m e n ő furattal ellátott betétet, a má sik egy keményfém g y ű r ű axiális irányú rögzítését ábrázolja. 6.1.3. Rögzítés szorítóval Ezt a rögzítést csavaros rögzítésnek is felfoghatjuk, m i v e l csavar az erőátviteli elem. Megoldásokat a 10. á b r a mutatja be.
190
— a forrasztásnál első lényeges szempont, hogy az összeforrasztandó felületek fémtiszták legye nek. Ezt a k r i t é r i u m o t a Loctite IS Quick Clean zsírtalanítóval é r t ü k el. A forrasztáshoz Castolin 1802 P F Atmosin oxidáció gátlót hasz n á l t u n k , amely a fémfelületek oxidációját gátolja meg forrasztás közben. A k ö t é s t ipari ezüsttel hoztuk létre. Az acélfoglalat zsák f u r a t á b a n a furatnak megfelelő ezüstpogácsát h e l y e z t ü n k , e z u t á n az oxidáció gátló Castolinból folyattunk bele, majd a keményfémbe t é t e t behelyeztük. A forrasztást gázlánggal végeztük el. Az ezüst a meleg h a t á s á r a a zsák furat fala és a keményfém k ö z ö t t az 0,05 mm-es hézagon felfutott és a hűtés Után a k ö t é s t létre hozta.
7. Összefoglalás A B H G Szerszámfejlesztő L a b o r a t ó r i u m felkészült sége és gépparkja lehetővé teszi a K N O W - H O W keretén belül vásárolt keményfémszerszámok élezé sét, valamint egyszerűbb szerszámok betétjeinek az elkészítését. Eddigi m u n k á i n k során készült el az „ S " típusú jelfogó-rugó szétcsípő-szerszám, a Traub automata vezető hüvelyei, valamint a hídváz üregelő-szerszám betétjei.
Híradástechnika
XXXV.
évfolyam 1984. 4. szám