Mechanikai megmunkálás 2. elıadás Általános faipari megmunkálási eljárások faipari BSc mérnök hallgatóknak
Nyugat-magyarországi Egyetem Faipari Mérnöki Kar Terméktervezési- és Gyártástechnológiai Intézet Papp Tibor egyetemi tanársegéd Sopron, 2010
A mechanikai megmunkálás Famegmunkálás története dióhéjban: •
İsember: repeszté repesztéses hasí hasításos technika, majd kı kı-, vasvas- és bronzszerszá bronzszerszámok (balta, fejsze, ék), tő tőzzel való való alakí alakítás!
•
Ókor: Egyiptomban feltalá feltaláltá lták a fogazott főrészt, az esztergá esztergát, fú fúrást, a gyalut (forgá (forgácsolá csolással tö törté rténı alakí alakítás)
•
Középkor: az asztalossá asztalosság mesterfokra jut, lassú lassú fejlı fejlıdés, de a ké kézi megmunká megmunkálások fénykora. Gyaluk, fő főrészfajtá szfajták tö tömkelege jelent meg. Fő Főrészelé szelés, esztergá esztergályozá lyozás, és a fú fúrás má már ví vízzel hajtott gé géppel tö törté rténik (fő (főrészmalmok megjelené megjelenése) vastag furné furnér (svartni) svartni) megjelené megjelenése, intarzia fafaragá fafaragás virá virágkora.
A mechanikai megmunkálás Famegmunkálás története dióhéjban: Középkori főrészmalom Középkori fúrógép
A mechanikai megmunkálás Famegmunkálás története dióhéjban:
A mechanikai megmunkálás Famegmunká Famegmunkálás tö törté rténete dió dióhéjban: •
Ipari forradalom: gızgé zgépek megjelené megjelenése, gépesí pesítetté tették a ví vízizi-erı erıvel hajtott szerszá szerszámokat,
•
XIX. Szá Század: 18081808-ben kitalá kitaláljá lják Franciaorszá Franciaországban a kö körfő rfőrészt, 18091809-ben Angliá Angliában a szalagfő szalagfőrészt,
•
Villamossá Villamosság felfedezé felfedezésével beindul az üzemszerő zemszerő termelé termelés, megjelennek az új faipari technoló technológiá giák, gépsorok Lá Lásd fahajlí fahajlítás Thonett
•
Új eljá eljárások, termé termékek alakulnak ki: ré rétegelt lemez, farost lemez, forgá forgácslap MDF, stb.… stb.… mai napig is virá virágzik a kompozitok feltalá feltalálása. Tö Több ipará iparág is keletkezik, kialakul az elsı elsıdleges faipar, másodlagos faipar és ezek ágazataik
Watt és Boulton gızgépe 1784 Wilkinson hengerfúrógépe 1799
A mechanikai megmunkálás Faipari üzem, esztergamőhelye, transzmissziós hajtás
A mechanikai megmunkálás Famegmunkálás története dióhéjban: •
Gépek fejlıdését a motorizáció hatja, kisgépek megjelenése otthoni barkácsolás
•
XX. század fejlıdı technológia, eljárások korszerősödnek, megjelenik a számítógéppel vezérelt speciális NC-gépek, majd a CNC megmunkáló központok
•
Napjainkban: nanotechnológiai termékspecifikáció, robottechnika, automatizálás, alapanyag-fejlesztés (fák-génmanipulációja), vízsugaras vágás, lézertechnika…
A mechanikai megmunkálás napjainkban
A mechanikai megmunkálás napjainkban
A mechanikai megmunkálás napjainkban
A mechanikai megmunkálás napjainkban
A tömörfa megmunkálás alapvetı kérdései
A tömör faanyag megmunkálási, forgácsolási irányai A tömör faanyag egy ortogonálisan anizotróp rugalmas szerkezet.
Mit jelent ez általánosságban? Mit jelent ez megmunkálási oldalról nézve?
Megmunkálási szempontból nem mindegy melyik oldalról forgácsoljuk. Ennek oka a növényi-, anatómiai szerkezetére vezethetı vissza.
A tömör faanyag megmunkálási, forgácsolási irányai 1.
2. 3. 4.
5.
1. Geszt 2. Szíjács 3. Háncs (kambiumzóna) 4. Elıkéreg 5. Kéreg
Faanyag szerkezete
A tömör faanyag megmunkálási, forgácsolási irányai Ipari fafajok évgyőrő - szerkezeti csoportosítása Átmeneti, vagy Prunus csoport: Cseresznye
Fenyık: LF,JF,EF,FF,VF
Győrős likacsú lombosok :
Szórt likacsú lombosok :
T,A,K,SZi
B,Gy,É,H,NYí,NYá,D ,
Mechanikai megmunkálás szerint fontos csoportosítás: a keménység térfogatsúly
A tömör faanyag megmunkálási, forgácsolási irányai Szíjács
Bél
Geszt Tranversal s. = Bütüirányú forgácsolás Radial s. = Rostirányú forgácsolás Tangential s. = Húrirányú forgácsolás Melyik irányban könnyebb? Oda-vissza egyforma erı kell? Mik az inhomogenitást adó tényezık? Szöget-bezáró forgácsolás?
Mi a helyzet az agglomerált és kompozit termékekkel?
A tömör faanyag megmunkálási, forgácsolási irányai
Forgácsolási alapfogalmak Faipari alakítási eljárások Forgácsolás nélküli alakítás
Forgácsoló alakítások
Kézi forgácsolás
Hajlítás Tömörítés Öntés
Faipari alakítások csoportosítása
Gépi forgácsolás
Forgácsoló szerszámok A forgácsoló szerszámok jellemzıi:
Forgácsolóélek Forgácsoló szögek
α= homlokszög β= ékszög γ= hátszög δ= metszıszög (α+ β)
Forgácsoló lapok
A forgácsolóélek feladata a forgácsoló megmunkálás, az élekkel ellátott forgácsoló fog alakja az ék. Fı és mellékforgácsoló éleket különböztetünk meg. A fıforgácsoló él végzi a forgácsolást. Forgácsolási mozgások: forgácsoló fımozgás, és mellékmozgások •A szerszám végzi a forgácsoló fımozgást: főrészelés, marás, gyalulás, furnérhasítás •A munkadarab végzi a forgácsoló fımozgást: furnérhámozás, esztergálás
A forgácsoló szerszámok geometriája Ffé: fıforgácsolóél FmÉ: mellékvágóél FCs: forgácsolási csúcsok Hl: Homloklap hl: Hátlap VS: Vezérsík FS: Szerszám forgácsolási síkja MS: Munkasík Hk: Hátraköszörülés síkja MmS: Megmunkálási sík
A forgács geometriája Mozgások forgácsolás közben Forgácsolás csak akkor jön létre, ha a munkadarab és a szerszám egymáshoz képest elmozdul. A szerszám és a munkadarab közötti relatív elmozdulást forgácsoló fımozgásnak nevezzük és m/s-ban mérjük. A forgácsoló fımozgás lehet:
Egyenes vonalú, alternáló mozgás (keretfőrészgép, furnérhasító gép) Egyenes vonalú folytonos mozgás (szalagfőrészek) Forgó mozgás (körfőrész, fúró, maró, gyalugépek)
A forgácsoló fımozgás azonban nem elegendı, folyamatosan biztosítani kell, hogy a forgácsoló fogak megfelelı mélységben haladjanak a munkadarabban. Ehhez kell elıtoló mellékmozgás (példa: körfőrészgép), vagy fogásvétel (furnérhasító gép, vízszintes szalagfőrész).
A forgács geometriája
Mozgások forgácsolás közben •Forgácsoló fımozgás •Elıtoló mellékmozgás •Fogásvétel
A forgács geometriája Forgácsolási fıirányok és mellékirányok
A forgács geometriája Laptermékek, rétegelt lemezek, forgácslapok, tömbök forgácsolásánál nem ezeket az anatómiai forgácsolási fıirányokat (A,B,C) tekintjük mérvadóknak. Két fıirányt határozunk meg: D és E irányokat. D iránya a munkadarab lapsíkjával (legnagyobb felületével) párhuzamos forgácsolást, míg E irány a lap élével párhuzamos forgácsolást jelent. Farostlemezek megmunkálásakor nincsenek fıirányok, hiszen akkor csak az élek megmunkálása jöhet szóba.
A forgács geometriája Forgácsalakok
Az anatómiai fıforgácsoló irányok (A, B, C) jellemzı forgácsalakjai
Elıhasadás: B és C irányokban, δ metszıszög kis értéke esetén. Elkerülése: forgácstörıvel, vagy nagy δ metszıszöggel
A forgácsolás jellemzıi Forgácsolási sebesség A forgácsolás elıfeltétele a munkadarab és a szerszám egymáshoz képesti relatív elmozdulása. E fı- és mellékmozgások sebessége a forgácsolási sebesség, amit vf, és m/s-ban, vagy m/min-ben mérjük. A forgó mozgást végzı szerszámok forgácsolási sebessége: ahol: D= körfőrész, maró, gyalu, szalagvezetı tárcsa átmérıje (m) n= szerszámok, vagy megvezetı tárcsák fordulatszáma (1/perc)
A forgácsolás jellemzıi Forgácsolt felület simasága A forgácsolás következtében keletkezett felületi egyenetlenségeket 2 csoportba oszthatjuk: Hullámosság: ismétlıdı felületi egyenetlenség, mely a forgó szerszámok éleinek ív alakú nyomaként jelentkezik a forgácsolt felületen. Az érdesség a forgácsolószerszám élkopásainak és a faanyagnak a fıforgácsoló él elıtti berepedezéseibıl származik, a hullámosságnál finomabb felületi egyenetlenség. Hullámosság csökkentésének módjai:
Elıtolási sebesség csökkentésével Szerszám fordulatszámának növelésével Fıforgácsolóélek számának növelésével
A forgácsolás jellemzıi Forgácsolt felület simasága Az ív menti fogácsoláskor a forgácsolt felület még elméletileg sem lehet sima, hiszen minden késél az elmozdulás mértékével összefüggésben ciklois-pályát ír le a felülethez képest. A felületi hullámok mélységét és a hullámok ez hosszát a fogak számának növelésével és a fogásmélység csökkentésével tudjuk korrigálni. Több élő forgácsolószerszámoknál fontos a forgácsoló élek egy élkörön futása.
A forgácsolás jellemzıi Forgácsolt felület simasága Az elıtolás mértékének meghatározása A hullámmélység század, vagy ezred mmben kifejezett egység, ennek ellenére szabad szemmel észrevehetı a gyalult vagy mart felületen. A hullámosság mértékével jellemezhetjük a felület milyenségét. Így minél jobb felület elérése érdekében optimálisan meg kell választani az elıtolási sebességet. A hullámhossz (ez)értékének ismeretében az elıtolás a következıképpen számolható:
A forgácsolás jellemzıi Forgácsolt felület simasága: A felületi érdesség csökkenthetı:
Ha B vagy azt megközelítı forgácsolást alkalmazunk, akkor jól élezett szerszámmal, faanyagnak a forgácsolási él elıtti leszorításával (nyomóléc), a forgács homlokfelület elıtti folyamatos összeroppantásával (nagy metszıszögő szerszámmal, vagy forgácstörıvel ellátott szerszámmal) Ha A irányban forgácsolunk akkor jól élezett kis metszıszögő szerszámmal, vagy ferde élő szerszámmal dolgozunk.
A forgácsolás jellemzıi
A forgácsolás jellemzıi A szerszám kopása A szerszám forgácsolóélei az ıket érı mechanikai hatások következtében elvesztik élességüket, tompulnak. A szerszám kopására (tompulására) jellemzı az élrövidülés. Az élrövidülés az elméleti és a valóságos lekerekített élfelület közötti, az ékszög felezıjében mért távolság. A szerszám nem kopik egyenletesen. A szerszámok kopása 3 szakaszra különíthetı el: • Tompulás munkaéles állapotig. A kiélezett szerszám rohamos kopása kezdeti szakaszban •Tompulás munkaéles állapotban. A kopás lassul gyakorlatilag a leforgácsolt hosszal arányos a mértéke. A kopás sebessége függ a forgácsolt anyag milyenségétıl, fejlıdı súrlódási hıtıl, szerszám anyagától, forgácsolás mechanikai jellemzıitıl. •Teljes tompulás szakasza. Ekkor már a szerszám nem alkalmas a forgács tökéletes leválasztására. Romlik a felület minısége, nı a forgácsoláshoz szükséges erı, és nı a fejlıdı hı is.
A forgácsolás jellemzıi Forgácsoláskor fellépı erıhatások A forgács leválasztásához szükséges erıt forgácsoló erınek nevezzük. Jelölése Ff. A hatás- ellenhatás törvénye alapján ébredı és a forgácsoló erı ellen ható erıket együttesen forgácsolási ellenállásnak nevezzük.
Mibıl tevıdik össze a forgácsolási ellenállás?
A fa sejtjeit összetartó kohéziós erıkbıl, A rugalmas alakváltozásból származó erıkbıl A forgács tehetetlenségi erejébıl A forgács ellenállásaiból: forgácstörés, forgácstérbe sajtolás Súrlódási erıkbıl
Az 1mm2 keresztmetszető forgács leválasztásához szükséges erıt fajlagos forgácsolóerınek nevezzük, jele: K, mértékegysége N/mm2, számolása: h= a forgácsolt réteg vastagsága (mm) b= a forgácsolt felület, vagy forgács szélessége (mm)
A forgácsolás jellemzıi A fajlagos forgácsolási ellenállást befolyásoló tényezık:
Szerszámtól függı tényezık:
Forgácsolási sebesség 15-40 m/s között növelve csökken a forgácsolási ellenállás (szerszám és munkadarab függvényében a legoptimálisabb sebességeket már kísérletekkel megállapították.
Forgácsoló szerszámtól függı tényezık:
Jellemzı szögek optimális megválasztása (gyártók kísérletei és ajánlásai alapján homlokszög (α) 25°, ékszög (β) 50°, hátszög (γ) 15°.) Forgácsoló szerszámok éle: a forgácsoló szerszámok lapjai nem az elméleti vonalban találkoznak egymással, hanem találkozásuknak mindig van valamennyi lekerekítettséggel járó sugara. A szerszám kopásával nı a lekerekítettségi sugár, azaz nı a fajlagos ellenállás.
A forgácsolás jellemzıi A fajlagos forgácsolási ellenállást befolyásoló tényezık:
A megmunkált anyagtól függı tényezık:
Keménység: a forgácsolási ellenállás csaknem egyenesen arányos a megmunkált anyag keménységével. Természetesen a faanyagok inhomogenitása is közrejátszik a forgácsolási ellenállás változákonyságába. A forgácsolási ellenállás és a faanyag sőrősége között is egyenes arányosság áll fenn. A megmunkált anyag nedvességtartalma: a faanyag nedvességtartalma feldolgozás helyétıl és idejétıl függıen változó. Kísérletek alapján állapították meg, hogy a legnagyobb a forgácsolási ellenállás 8-10 %-os nedvességtartalomnál. A rosttelítettségi határ felett azonban már nem befolyásolja a megmunkálást a nedvességtartalom-változás. Rosttelítettségi határ alatt megállapítható, hogy a faanyag nedvességtartalmának növekedésével nı a rugalmassága (a forgácsolás közben rugalmas alakváltozás is fellép, nem csak nyírás, valamint magas nedvességtartalomnál kiszakadás is fellép). Fontosak a nedvességtartalom és a hımérséklet összefüggései.
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással
A tömör faanyag megmunkálási, forgácsolási irányai Szíjács
Bél
Geszt Tranversal s. = Bütüirányú forgácsolás Radial s. = Rostirányú forgácsolás Tangential s. = Húrirányú forgácsolás Melyik irányban könnyebb? Oda-vissza egyforma erı kell? Mik az inhomogenitást adó tényezık? Szöget-bezáró forgácsolás?
Mi a helyzet az agglomerált és kompozit termékekkel?
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással Alkatrészek felületeinek lehetséges formái 1.1. Síkfelület, mely párhuzamos a rostiránnyal
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással Alkatrészek felületeinek lehetséges formái 1.2. Sík felület, mely meghatározott szöget zár be a rostiránnyal 1.2.1. Oldal-felület 1.2.2. Lap-felület 1.2.3. Bütü-felület
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással 1. Alkatrészek felületeinek lehetséges formái 1.3. Sík felület, mely meghatározott szöget zár be a bázisfelületekkel és korlátozott méretekkel rendelkezik 1.3.1. Rostirány mentén
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással Alkatrészek felületeinek lehetséges formái 1.3.2. Rostirány szélességében
1.3.3. Rostirány mentén és szélességében
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással Alkatrészek felületeinek lehetséges formái 1.4. Hengerfelület, mely párhuzamos a bázisfelülettel és a rostiránnyal
1.5. Hengerfelület, mely merıleges a bázisfelülettel és a rostiránnyal
1.6. Forgásfelület, melynek forgástengelye merıleges a bázisfelületre
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással Alkatrészek felületeinek lehetséges formái
1.7. Profilfelület
1.8. Térgörbe felület
Típus-alkatrész általános mechanikai megmunkálásának rendszere Megmunkálási fázisok:
Szabás
Gyalulás Marás Esztergályozás
Főrészelés Fúrás Marás
Marás Intarzia Kézi megmunkálás
Felületi kikészítés
Főrészelés Fúrás Marás
Díszítı megmunkálás
Szerkezeti megmunkálás
Szerelvényezés
Főrészelés
Késztermék kialakítása
Csiszolás
Felületkezelés Kárpitozás
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással rostiránnyal párhuzamos síkfelületek kialakítása
Síkfelület kialakításának technológiai vázlata: A- egyengetı gyalulás; B- másolás sablon segítségével Különleges gyaluhenger kialakítások
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással – 2. rostiránnyal párhuzamos és szöget bezáró síkfelületek kialakítása A felület kialakításának technológiai vázlata: a- A bázisfelülettel szomszédos, meghatározott szögő síkfelület kialakítása; b- A bázisfelülettel párhuzamos-, illetve azzal tetszıleges szöget bezáró síkfelület kialakítása; 1- alkatrész; 2- szerszám; 3- sablon;
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással – felületi hullámosság problémája A forgácsolt felület minıségének jellemzıi: Sz =L - a hullámhossz, t = H- a hullám mélysége (magassága), D- élkör-átmérı
Német jelölések
Mitıl függ a hullámosság (hullámhossz)? v = elıtolás sebessége (m/perc) n = szerszám fordulatszám (1/perc) z = megmunkáló élek száma (– fogszám) (db) Kések elhelyezése!!
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással – felületi hullámosság problémája A kinematikai egyenetlenség hullámmagassága (H) a hullámhossz (L) és a szerszám élkör-sugarának (R) függvényében
Alkatrészek megmunkálása forgácsolással – felületi hullámosság problémája
A felületi minıség a hullámmélység függvényében A- jó (bútoripar); B- közepes (épületasztalos ipar); C- alacsony (építıipar) felületi minıség
A bázis-, illetve a vele szomszédos síkhoz, adott szög alatt elhelyezkedı, sík bütü-felület kialakítása
Bütü-felület kialakítása asztali körfőrész gépen - alkatrész; 1 - főrésztárcsa; 2 - gépasztal; 3 4 - vezetıvonalzó; - fix ütközı. 5
Rostirány mentén korlátozott méretekkel rendelkezı síkfelületek kialakítása
Rostiránnyal párhuzamos síkokkal határolt síkfelületek kialakítása
Az alkatrész rostiránya és erre merıleges iránya mentén határolt síkfelületek kialakítása
A rostiránnyal és a bázisfelülettel párhuzamos hengerfelület kialakítása
A- vastagsági, vagy többfejes gyalugépen, B- marógépen, 1- alkatrész, 2- megmunkáló szerszám, 3- vezetıvonalzó.
A bázisfelületre és a rostirányra merıleges felület kialakítása
1- alkatrész; 2- megmunkáló szerszám; 3- sablon; 4-oldalsó ütközı; 5- hátsó ütközı; 6- vezetıgyőrő
Felületek elıállítása a munkadarab forgatásával
Adott forma, belsı felületeinek kialakítási lehetıségei
Adott forma, belsı felületeinek kialakítási lehetıségei
