MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR SZERSZÁMGÉPÉSZETI ÉS MECHATRONIKAI INTÉZET SZERSZÁMGÉPEK INTÉZETI TANSZÉKE

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR SZERSZÁMGÉPÉSZETI ÉS MECHATRONIKAI INTÉZET SZERSZÁMGÉPEK INTÉZETI TANSZÉKE 3515 MISKOLC- EGYETEMVÁROS

SZAKDOLGOZAT

Feladat címe: FRÖCCSÖNTÖTT MŰANYAG ALKATRÉSZEK MÉRÉSI MÓDSZEREI 3D-S KOORDINÁTA MÉRŐGÉPPEL

Készítette:

SZŰCS VIKTÓRIA BSC szintű, gépészmérnök szakos Szerszámgépészeti és Mechatronikai szakirányos hallgató

Tervezésvezető: DR. SZILÁGYI ATTILA egyetemi docens Miskolci Egyetem Szerszámgépek Tanszéke

Konzulens: SIMON ISTVÁN okleveles gépészmérnök 2015. November

2

TARTALOMJEGYZÉK

SUMMARY ............................................................................................................................... 5 EREDETISÉGI NYILATKOZAT ............................................................................................. 6 1. A MÉRŐGÉPEKRŐL ............................................................................................................ 7 1.1. Mérőgép kivitele .............................................................................................................. 7 1.2. Mérőgép típusok: ............................................................................................................. 7 1.3. Mérőgépek jellemzői ....................................................................................................... 9 2. A MÉRŐGÉP FELÉPÍTÉSE ............................................................................................... 12 2.1. Asztal ............................................................................................................................. 12 2.2. Tapintó ........................................................................................................................... 12 2.2.1. Tapintószárak tapintófejekhez ................................................................................ 13 2.2.2. Tapintószárat jellemző méretek .............................................................................. 18 2.2.3. A tapintószár választásának szabályai .................................................................... 18 2.2.4. Gömb anyaga: rubin, alumínium, szilícium-nitrid, cirkónium ............................... 19 2.2.5. Szár anyaga: acél, volfrám-karbid, kerámia, szénszál, alumínium, titán ............... 20 2.2.6. Tapintószárak elnevezése ....................................................................................... 21 2.2.7. Osztályok és kiegészítők ........................................................................................ 21 2.3. Tapintó fej ..................................................................................................................... 21 2.4. Golyósorsós hajtás ......................................................................................................... 22 2.5. Mérőrendszer ................................................................................................................. 22 2.6. Vezetékek ...................................................................................................................... 23 2.7. Levegőszabályozó egység ............................................................................................. 23 2.8. Számítógép .................................................................................................................... 23 3. A MÉRÉS FOGALMA ........................................................................................................ 25 3.1. Mérés típusai ................................................................................................................. 25 3.2 Mérési módszerek ........................................................................................................... 25 3.3. Alkalmazott eljárások .................................................................................................... 26 4. AZ EREDMÉNY ELFOGADHATÓSÁGA, ÉS A HIBA .................................................. 27 5. A MÉRÉSI SOROZAT FELDOLGOZÁSA........................................................................ 29

3

6. MÉRÉS KOORDINÁTA MÉRŐGÉPPEL .......................................................................... 31 6.1. Koordináta mérőgép előnyei és hátrányai ..................................................................... 31 6.2. Koordinátarendszerek .................................................................................................... 32 6.3. Geometriai elemek és kölcsönös helyzetük ................................................................... 32 6.4. Újabb térelemek meghatározása .................................................................................... 33 6.5. Műveletek mért elemek között, geometriai függvények ............................................... 34 6.6. Leggyakoribb tűrések és helyzettűrések ........................................................................ 35 6.7. Elemek számítási módszere ........................................................................................... 35 6.8. Kalibrálás ....................................................................................................................... 35 6.9. Mérési körülmények és karbantartás ............................................................................. 36 6.10. A tanszéki mérőgép ..................................................................................................... 37 7. FRÖCCSÖNTÖTT ALKATRÉSZEK MÉRÉSE ................................................................ 38 7.1. Méretek ellenőrizhetősége a mérőgépen ....................................................................... 38 7.2. A mérési terv ................................................................................................................. 39 7.2.1. A mérőgép előkészítése a méréshez, és a kalibráció .............................................. 39 7.2.2. Az alkatrészek előkészítése a méréshez ................................................................. 42 7.2.3. Mérés ...................................................................................................................... 43 8. A ZSUGORODÁS JELENSÉGE......................................................................................... 47 8.1. A zsugorodás ................................................................................................................. 47 8.2. A zsugorodás jellegét és nagyságát befolyásoló tényezők: ........................................... 48 9. AZ EREDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE .................................................................................. 50 9.1. Az alapanyag választásának helyessége az anyag megismert tulajdonságai, és a mérési eredmények alapján .............................................................................................................. 57 ÖSSZEFOGLALÁS ................................................................................................................. 59 KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS .................................................................................................. 60 IRODALOMJEGYZÉK ........................................................................................................... 61

4

SUMMARY The primary purpose of my thesis is to get to know 3D coordinate measuring machines. The further goal is to perform measuring on a mould plastic part and evaluate the results. Prior to this it is necessary to check if it is possible to use the 3D machine for this application. In the first part I am going to introduce these machines including the different types, the characteristic features, the parts, their accessories and maintenance. I am going to write about their importance too and I provide a short overview about portable measuring arms. Next I am going to deal with measuring: its types and methods. I also summarise the problems that can occur during measuring. It is really important to be aware of them in order to avoid failure in the measuring. After all these I am going to give a description of the measuring with CMM. However, before measuring calibration is always required. I am writing about its importance later. The following part of my thesis is about measuring plastic products that were made with the help of injection moulding process with different moulds. In this section I am going to examine with the help of the technical drawing of the product if the measuring can be done with the 3D CMM that can be found on the Departure Of Machine Tools. Then I am going to describe in details the particulars of measuring. It means the calibration, the preparation of the product, the clamping of the part to be measured and the measuring itself. This activity includes the recording of the plane and the diameters with the sufficient number of points. Before evaluating the measuring I am going to write a brief summary in connection with shrinkage. It is worth knowing this phenomenon since products made of plastic has this characteristic feature. In addition, the material should provide 1% shrinkage. The evaluation of the results is going to give the answer if the chosen material which was SABIC 579S PP homopolymer, was a right choice or not.

5

EREDETISÉGI NYILATKOZAT Alulírott Szűcs Viktória; Neptun-kód: E6IMLT a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős gépészmérnök szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy Műanyag alkatrészek méretellenőrzése 3D mérőgéppel című szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy -

plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül. Miskolc,.............év ………………..hó ………..nap

…….……………………………….… Hallgató

6

1. A MÉRŐGÉPEKRŐL Az első koordináta mérőgép elkészítését az Egyesült Államokban fejlesztették ki. Russ Shelton cégéhez, a Shelton Motrology-hoz köthető. Az ott használt megoldások alapjaiul szolgálnak a mérőgépeknek, mint például a gránit asztal, légcsapágyak alkalmazása. Rövidítése, CMM az angol Coordinate Measuring Machine szóból ered. [6] Működési elv: pontok felvétele a munkadarabról, a méretet a számítógép számolja ki a pontokból. [6]

1.1. Mérőgép kivitele: [6] -

mozgó oszlopos: oszlop mozog Y tengelyirányban; általában ez jellemző

-

mozgó asztalos: az asztal mozog Y tengelyirányban.

A tapintó fejet hordozó egység, ami az oszlopkereten található, X tengelyirányban tud elmozdulni. A tapintó a Z irányba mozdul el.

1.2. Mérőgép típusok: -

Híd típusú (1. ábra)

A legtöbb mérőgép portálos felépítésű. Zárt szerkezetű, nagy munkateret biztosít. Az oszlop egyik lábát egy golyósorsós mechanizmus mozgatja, a másik láb pedig légcsapágyakon csúszik. Az oszlopszerkezet burkolattal van ellátva. Ez védi a sérülékeny részeket (csövek, kábel, golyósorsó, szervomotorok).[6] A mérőfej X, Y, Z tengelyirányban mozog, a mérőasztal áll. Egy két oszlopon támaszkodó keresztszánon fut az X és Z tengely, az oszlopokon keresztül Y irányban mozognak. Előnye a kétoszlopos kialakítás miatti nagy merevség. Hátránya, hogy nehéz a két oszlopot vízszintezve felszerelni, a két oszlop végeit pontosan kell megmunkálni, mivel az X tengely radiális ütését határozzák meg. [10] -

Horizontális (2. ábra)

A mérőfejet mozgató rendszer egy oszlopon található. Általában a Z és valamelyik vízszintes tengely mentén mozog a fej, míg a másik tengely mentén az asztal. Előnye, hogy ennek a típusnak a legjobb a helykihasználtsága. [10]

7

-

Kereszthidas (3. ábra)

Mindhárom tengely mentén a fej mozog, mint a portálos kivitelnél, de a támasztó szerkezet nem két, hanem négy oszlopos, egy-egy konzolt tartva, amin az Y tengely vezetékezése található. Nagyméretű munkadarabok mérésére alkalmazzák. [10] -

Csuklókaros (4. ábra)

A karos mérőgépek 6- és 7 tengelyes hordozható, kis tömegű mérőgépek. Fontos részét képezi a csukló (lehet több is), ami több, szögmérőrendszerrel felszerelt forgó tengelyből állhat. Nincsenek egyenes vezetékek, lineáris mérőlécek, és munkadarab befogó sem, ezért fontos a szerelőbázis stabilitása. Míg a hagyományos mérőgépek derékszögű koordináta rendszer szerinti egyenes vonalú mozgások végzésére alkalmasak, a karos mérőgépek elemei csuklókkal kapcsolódnak egymáshoz, amik a szögelfordulást végzik és mérik. A kialakítás oka a hordozhatóság miatt van, ami a legnagyobb előnye a gépnek. De kialakítása miatt nem lehet annyira pontos, mint a hagyományos. Lehetnek vezeték nélküliek, akkumulátorról működők. A mérés nem laboratóriumban történik, beépített hőkompenzáló egységgel rendelkezik. Ellenőrzés lehetséges a CNC megmunkáló gépen, vagy gyártási folyamat bármely más pontján. A méretellenőrzés gyors. A gyártásközi ellenőrzés kiküszöböli az újra beállításokból adódó hibákat. A minőségi problémák időben kimutathatók, így csökkenthető a gyártási selejt.[2] [12]

1. ábra Híd típusú mérőgép [10]

2. ábra Horizontális mérőgép [10] 8

3. ábra Kereszthidas típusú mérőgép [10]

4. ábra Csuklókaros típusú mérőgép [21]

Pontosság szerinti csoportosítás: általános pontosságú vagy nagy pontosságú gép.[11]

1.3. Mérőgépek jellemzői Méréstechnikai gépekkel foglalkozó cégek: Aberlink, Dukin, Metris, Mitutoyo, Wenzel, Zeiss. Nem csak mérőgépeket, hanem szoftvereket, mérőgép szenzorokat (szkennelő mérőfej, hagyományos tapintós szenzor), tapintó készleteket is gyártanak. [7] A katalógusban feltüntetik a sorozat nevét, általános jellemzőit, specifikációit, a környezeti hőmérséklet adatokat, a sorozat tagjaira vonatkozó külön jellemzőket pedig táblázatban olvashatjuk. [7] Jellemzői: [7] -

méréstartomány (mm) pl: 400x400x300; 700x1000x600

-

terhelés tömege (kg) pl.: 180; 1800; 3500; 4500 Az Aberlink cég legnagyobb mérőgépe 1200x3000x1000 közötti mérési tartománnyal rendelkezik, és akár 6000 kg-os darabok mérése is lehetséges. [9]

-

terhelés magassága (mm) pl.: 480; 1000 9

-

tömeg (kg) pl.: 9500; 25050

-

E0,MPE a maximum megengedett hosszmérési hiba E0,MPE =(A+L/K) ahol: A: konstans (µm), a gyártó adja meg L: mérési hossz K: dimenzió nélküli állandó a gyártó által

Pl.: (3+0,4L/100) µm; (1,7+0,3L/100) µm. 105 mérést – hét különböző irányban öt különböző mérési hosszon háromszori ismétlésselvégeznek el, hogy meghatározzák, megfelelő-e a mérőgép. Ha az eredmény nem nagyobb –a mérési bizonytalanságokat figyelembe véve-, mint a megadott specifikáció, akkor megfelel. Öt mérési érték még kívül eshet (egy adott pozícióban kettő nem megfelelőség háromszori ismétlés mellett nem elfogadható). Ilyenkor további tízszeres mérési ismétlő ciklust kell beiktatni abba a pozícióba. -

PFTU,MPE a maximum megengedett normál tapintási hiba

Az etalon gömbön 25 mérési pont felvétele szükséges megadott pozíciókban. A gömbközéppont meghatározása után a mérési pontok és a számított középpont távolságát számoljuk ki, és az Rmax-Rmin értéket vesszük. Ha a számított érték kisebb –a mérési bizonytalanság figyelembe vételével-, mint a specifikációban megadott, akkor megfelel. Pl.: 1,7; 3,4; 8 (µm). -

MPETHP a maximum megengedett szkennelés-tapintási hiba

Mérőszenzorral felszerelt mérőgépre vonatkozik ez a pontossági előírás. A használati gömb négy metszeti síkjában szkennelő mérést kell végrehajtani. A mérési pontok által közrefogott térrészt a legkisebb négyzetes eltérések alapján számított gömbközéppont alapján kell meghatározni. A gömbközépponthoz képest meghatározásra kerül a legtávolabbi és a legközelebbi pont, és a sugárirányú távolságoknak az etalongömb sugarától vett eltérését vizsgáljuk. Ha mindkét számított érték kisebb, mint a specifikációban megadott –a tapintó- és etalongömb mérési bizonytalanságait is figyelembe véve-, akkor a mérési eredmény megfeleő. Pl.: 2,5; 3,5; 8,5(µm).

10

-

mozgási sebesség (mm/s) pl.: 200; 519

-

3D gyorsulás (mm/s2) pl.: 520; 981

-

felbontás (µm) pl.: 0,01; 0,1

Példa a Mitutoyo Strato-Apex sorozatból (5. ábra): [7] Sorozat 355 – Nagypontosságú CNC koordináta mérőgép csúcsteljesítményű szkennelési funkcióval. A sorozat jellemzői: -

nagy pontosságú, rendkívül merev felépítés

-

rendkívüli sebesség és gyorsulás

-

nagypontosságú egy-kristály útmérő rendszer

5. ábra A Strato Apex mérőgép 355-ös sorozatának jellemzői [7]

11

2. A MÉRŐGÉP FELÉPÍTÉSE - Mechanikai rendszer: 1. asztal 2. tapintó 3. tapintó fej 4. golyósorsós hajtás 5. mérőrendszer 6. vezetékek 7. levegő-szabályozó egység - vezérlés - központi számítógép A mérőgép részét képzi még a levegőkezelő, nyomás szabályozó egységek, a gép mozgatását segítő joystick, és a mérőfej tároló egység. [5] [6] 2.1. Asztal A mérőgép asztalának elsődleges funkciója a munkadarab, a tapintótartó és az oszlopszerkezet tartása. Az asztal anyaga gránit, ami tökéletesen feszültségmentes. További tulajdonságai: acél keménységű, alaktartó, nem vezeti az áramot, nem korrodál, könnyű tisztítani. Az asztalt acélszerkezet tartja, ami megfelelő rezgéscsillapító rendszeren keresztül csatlakozik a talajhoz. A levegő-előkészítő egység ebben található. [6] A gép jellemzője a mérési tartomány, ami az a térrész, amelyben a mérőgéppel a koordinátákat mérni lehet.

2.2. Tapintó A tapintó kapcsolatot teremt a munkadarab és a koordináta mérőgép között. A mérőgépre van szerelve a tapintó fej, ebbe csatlakozik a tapintó. A csatlakozás általában mágneses, amely

előnye,

hogy

védi

a

tapintófejet

a

lehetséges

ütközések

során.

Többféle kialakítás lehetséges. Legáltalánosabb a gömb kialakítású. A különböző mérési feladatok más tapintót is igényelhetnek. Létezik például hengeres tapintó, lyuktapintó, tapintó pálca. Elágazó tapintók is léteznek, ezek a csillagtapintók. A tapintó kiválasztását a mérési feladathoz kell igazítani. Ez azt jelenti, hogy úgy kell megválasztani a tapintót, hogy az 12

méréskor a lehető legkisebb deformációt szenvedje a méréskor fellépő erő hatására. Valamint a nagyságának illeszkednie kell a méréshez. A munkadarab méretének növekedésével lehetőleg a gömbátmérőt is növeljük, mert ez kevésbé sérülékeny, javul a pontossága a gömbnek, így jótékonyan befolyásoljuk a mérés eredményét. A mérőgömböt jellemzi az anyaga, mérete, geometriája és pontossága. Méréskor figyelembe kell venni kalibrációval a gömbsugarat, a tapintók gyártásából és szereléséből adódó hibákat. A kalibráló gömb a mérőgép tartozéka. A kalibrációs program lefuttatásakor tapintási irányonként a korrekciós értékeket tárolja. [6] 2.2.1. Tapintószárak tapintófejekhez [13] -

Az egyenes tapintószár (6. ábra) a legegyszerűebb és a leggyakrabban használt típus.

Rendelkezhet vállas (finom kivitelűeké) és elkeskenyedő (kúpos kivitelűeké) kialakítással. Ha a munkadarab akadálytalanul megközelíthető, az elkeskenyedő szárú tapintó megfelelő merevséget biztosít. A tapintó gömbjének anyaga: rubin, szilícium-nitrid, cirkónium, volfrám-karbid. A tartó és a szár anyaga: titán, volfrám-karbid, rozsdamentes acél, kerámia, szénszál

6. ábra Egyenes tapintószár [13]

-

A csillagtapintók (7. ábra) típusába a többcsúcsos, fix rögzítésű tapintószáras

szerkezetek tartoznak, amely egyrészt rugalmasságot biztosít, másrészt lehetővé teszi a tapintószár cseréje nélküli vizsgálatát a különböző jellemzőknek. Pl. közvetlenül letapogatható felületek, furatok. A tapintószár-középpontok segítségével akár 5 különböző tapintórészt tartalmazó csillagtapintót is össze lehet állítani. Minden egyes hegyét azonos módon kalibrálni kell, akár az egygömbösnél. Használata szerszámgépeken nem ajánlott. Gömbjének anyaga: rubin, szilícium-nitrid, cirkónium.

13

7. ábra Csillagtapintó [13]

-

A tűhegy tapintószárak (8. ábra) nem a hagyományos XY mérésekhez, hanem

menetek, konkrét pontok, karcolt vonalak mérésére valók. A lekerekített végű tűhegyű tapintószárak pontosabban kalibrálhatók, és pontosabban mérik az előbb említett felületelemeket, és ezen felül nagyon kis furatok bemérésére is használhatók. Használata szerszámgépeken szintén nem ajánlott.

8. ábra Tűhegy tapintószár [13]

-

A félgömb végű tapintószárak (9. ábra) mély felületelemek és furatok X, Y és Z

irányban történő méréséhez ideálisak. Előnye, hogy előtte csak egy gömböt kell kalibrálni. Valamint a nagyon durva felületek érdességét ki lehet átlagolni a nagy átmérőjű gömb használatával. 14

9. ábra Félgömb végű tapintószár [13]

-

A tárcsa tapintószárak (10. ábra) a gömbvégű tapintószárak „metszetei”. Furatokon

belüli alámetszések és hornyok mérésére szolgálnak, amelyek a csillagtapintókkal bizonyos esetekben nem érhetők el. Bár a tárcsa palástjával való mérés lényegében ugyanúgy működik, mintha egy nagy tapintógömb palástjának legnagyobb átmérőjével mérnénk, a gömbfelszínnek csupán egy kis területe használható mérésre. Ezért a vékonyabb tárcsák gondos szögillesztést igényelnek, hogy a tárcsa felszíne megfelelően érintkezhessen a mérendő felületelemmel. Az egyszerű tárcsát elég egy átmérőre kalibrálni (például gyűrűs idomszerrel), de utána csak X és Y irányban lehet használni hatékonyan. A Z irányban is kalibrálhatóvá és használhatóvá válik, ha „véggörgővel” egészítik ki; ilyenkor csak arról kell gondoskodni, hogy a véggörgő középpontja a mérőfej átmérőjén kívül helyezkedjen el. A „véggörgő” gömbön vagy mérőhasábon kalibrálható. A „véggörgő” az alkalmazás által megkívánt helyzetbe a tárcsa középtengelye körüli elforgatásával és rögzítésével állítható be. A tárcsán M2 menetes középfurat is elhelyezhető a középvonal meghosszabbításában elhelyezett tapintószár felszereléséhez, amellyel például mély furatok feneke és egyéb olyan helyek mérhetők, amelyek a tárcsával nehezen érhetők el. A tárcsatapintók többféle átmérővel és vastagsággal kaphatók, és acélból, kerámiából vagy rubinból készülhetnek. A tárcsa tapintókat sem ajánlott szerszámgépeken használni.

15

10. ábra Tárcsa tapintószár [13]

-

A hengeres tapintószárakkal (11. ábra) azon fémlemez, préselt és vékony

munkadarabok furatait mérjük, amelyeknél gömbvégű tapintószárakkal nem lehet megfelelő érintkezést biztosítani. A szárak alkalmasak továbbá menetek különféle jellemzőinek megmérésére, és menetes furatok középpontjának meghatározására is. A gömbvégű hengeres tapintószárak teljes mértékben kalibrálhatók és használhatók X, Y és Z irányban, ennek köszönhetően alkalmasak felületek ellenőrzésére.

11. ábra Hengeres tapintószár [13]

16

-

A tapintószár hosszabbítók (12. ábra) különböző hosszúságokban és anyagokból

kaphatók, pl. acélból, titánból, alumíniumból, kerámiából és szénszálból készülhetnek. Hosszú hosszabbítóknál figyelembe kell venni az anyag termikus tulajdonságait is.

12. ábra Tapintószár hosszabbítók [13]

-

Egyedi tapintószárat (13. ábra) is lehet igényelni a gyártótól, ha szükségessé válik.

A tapintószár választása befolyásolja a hozzáférhetőséget a munkadarabhoz, a mérési időt és a mérőfej teljesítményét egyaránt.

13. ábra Egyedi tapintószárak [13]

17

-

Eszközkalibráló tapintószárak:

A szerszámbeállítás pontosságát jellemző tűrések mértéke attól függ, mennyire síkszerű és mennyire párhuzamos a tapintószár hegye a gép tengelyével. Valamennyi mérőfej és mérőfejtartó esetében lehetőség van finom beállításra, így megvalósíthatók ezek a beállítások. A forgó fejek átmérőjének kalibrálásakor az eszközöket a forgácsolási iránnyal ellentétesen kell forgatni. -

Ütközésvédelem:

A tapintószárak törőelemei ütközéskor eltörnek, megvédve ezzel a mérőfejet a sérüléstől. 2.2.2. Tapintószárat jellemző méretek (14. ábra): [8] A: gömbátmérő B: általános hossz: a menetes szár csatlakozó felületétől a gömb középpontjáig tart C: szárátmérő D: tényleges működő hossz: a gömb középpontjától a szárnak azon pontjáig mért távolság, ahol a szár az alkatrész normálisának mérésekor hozzáér a munkadarabhoz.

14. ábra Tapintószárat jellemző méretek [8]

2.2.3. A tapintószár választásának szabályai: [8] 1. Rövid szár A pontosság annál rosszabb, minél jobban hajlik, görbül a szár. Ezért a legjobb döntés az, ha minél rövidebb szárat választunk a méréshez.

18

2. Csatlakozó elem minimalizálása Ha a tapintószárhoz hosszabbítót csatlakoztatunk, azzal növeljük a kihajlás, az elhajlás lehetőségét. Ezért, ha lehetséges, próbáljunk minél kevesebb elemet használni méréskor. 3. Minél nagyobb gömb Növekszik a hasznos hossz. Kisebb lesz az esély arra, hogy a szár ütközzön a munkadarabba, és az ezáltali hamis kitérés generálása nem történik meg. Nagyobb gömb miatt nagyobb szárátmérő használata lehetséges, ez növeli a merevséget. Kevésbé érzékeny a mérendő munkadarab felületminőségére. 2.2.4. Gömb anyaga: rubin, alumínium, szilícium-nitrid, cirkónium [16] -

A rubin a legkeményebb anyagok egyike, általában ezt használjuk. A szintetikus rubin

99% tisztaságú alumínium-oxid, amit a Verneuil-eljárással 2000 °C-os hőmérsékleten kristálytömbbé alakítanak. A kristálytömböt feldarabolják, majd a darabokból több lépésben nagy alakhűségű gömböket készítenek. A rubin gömbök kivételesen sima felületűek, nagy nyomószilárdságúak, és nagyon kopásállók. -

Az alumínium munkadarabok durva szkenneléséhez jobb szilícium-nitrid anyagú

gömböt használni. Az alumínium vonzza a rubint, így a munkadarabról az anyag átkerül a rubingömb felületére. Öntöttvas munkadarab durva szkennelése esetén cirkónium gömbbel végezzük a tapintást, mivel öntöttvas és rubin érintkezésekor a rubin jelentős kopást szenved. -

A szilícium-nitrid a rubinhoz hasonló jellemzőkkel bír. Nagyon kemény és kopásálló

kerámia, amelyből rendkívül pontos gömbök készíthetők. A felülete is igen simára polírozható. A szilícium-nitrid nem vonzza az alumíniumot, ezért nem jelentkezik az anyagvándorlás jelensége sem, ahogy azt rubin esetében tapasztalhatjuk. Legjobb csak alumínium munkadarabokhoz használni, mivel acél felületek esetén erősen kopik. -

A cirkónium nagyon szívós kerámiaanyag; majdnem olyan kemény és kopásálló, mint

a rubin. Felületi jellemzői ideálisan alkalmassá teszik öntöttvas munkadarabok üzemszerű szkennelésére.

19

2.2.5. Szár anyaga: acél, volfrám-karbid, kerámia, szénszál, alumínium, titán [16] -

A nem mágnesezhető, rozsdamentes acélból készült szárakat 2mm vagy nagyobb

átmérőjű tapintószárakhoz használjuk. Hosszúságuk legfeljebb 30mm, így az egy darabból készült szárak súlyukhoz képest megfelelő merevséget nyújtanak. A szár kellően vékonyabb a gömbátmérőnél. A szárak kellő mértékben vékonyabbak a gömb átmérőjénél, de anélkül, hogy ez veszélyeztetné a szár és a menetes vég közötti merevségét. -

A legmerevebbek a volfrám-karbidból készült szárak abban az esetben, ha a

gömbátmérő 1mm vagy kisebb, illetve a szárhossz nem haladja meg az 50mm-t. Az 50mmnél nagyobb szárhossz a nagyobb tömeg miatt gondolt okozhat, csökken a merevség a kihajlás miatt, ami a szár és a test találkozásánál jelentkezik. -

3 mm-nél nagyobb gömbátmérő és 30 mm-nél nagyobb szárhossz esetén a

kerámiaszár nagyjából ugyanolyan merev, mint az acélszár, de sokkal könnyebb, mint a wolfram karbid. A kerámia tapintószár emellett ütközés elleni védelmet is nyújt a mérőfej számára, mert a szár ütközéskor eltörik. Kerámiából készült szár esetén, ha a gömbátmérő 3mm-nél nagyobb, és a szárhossz a 30mm-t meghaladja, a merevsége megegyezik az acéllal, valamint könnyebb, mintha wolframkarbid anyagból készült volna. Előnye még az ütközés elleni védelem: a mérőfejet védi, mert ütközéskor eltörik. -

A szénszálas tapintószárak tömege kb. 20%-kal kisebb a volfrám-karbid szárakénál,

ezért a szénszál optimális megoldást jelent hosszú szárak esetében. Hőstabilitása, különösen nagy hosszúságú tapintószárak esetében, szintén előnyös, ezért ez a megoldás kiválóan használható gyártó környezetben. -

Alumíniumot használnak hosszabbítók anyagaként kis tömege miatt. De hőtágulása

miatt csak megfelelően légkondicionált környezetben használható. -

A titán jobb hőstabilitással rendelkezik, mint az alumínium. Megfelelő hajlítási

merevséggel rendelkezik, és szintén rendkívül könnyű. Előbbi tulajdonságai miatt különösen alkalmas hosszú hosszabbítók készítésére.

20

2.2.6. Tapintószárak elnevezése [18] pl.: M2 STY D2R L20 EWL14 d1.4SS 1. menet: M2 2. típus: STY=straight egyenes; STR=star csillag; DSC=disc tárcsa 3. átmérő és anyag: D2R=2mm átmérőjű rubin gömb; SLVS=silver steel ezüstacél; SS=stainless steel rozsdamentes acél 4. hossz: L=length [mm] 5. hasznos hossz: EWL=effective work length [mm] 6. szár átmérője [mm], anyaga 2.2.7. Osztályok és kiegészítők A tapintógömböket minőségileg összehasonlíthatjuk. Osztályai: 20, 16, 10, 5, 3. Az 5-ös osztályú gömb 0.13, míg a 3-as 0.08 mikrométeres gömbhűségű. [15] Kiegészítői: kalibráló gömb, csuklók, szűkítők, hosszabbítók, állítómodul, erőmérő, tapintószár-tároló állvány, kábelek, befogórendszerek.

2.3. Tapintó fej (15. ábra) A tapintó fejek közül a legelterjedtebb a kapcsoló típusú. Kapcsoló típusú mérőfej folyamatos érintkezésű mérőfej, a mérőgép a mérőfejben található.

[5]

A tapintó

elmozdulásakor egy kapcsoló jelet generál, a vezérlés kiolvassa a mérőrendszer kapcsolás pillanatában mutatott értékeit, így meghatározza a pont koordinátáit.

[6]

A mérőtapintó

helyzete nem fix, tetszőleges szögben, két síkban elforgatható. A másik típusa a mérőtípusú fej, aminek belső útmérő rendszere van, ami az elmozdulásokat olvassa, így a felületek folyamatos szkennelését végzi. [6] A forgó lengő típusú fejek nem csak fix pozíciókba állíthatók be, folyamatosan tudják a fej pozícióját változtatni. [6] A

tapintó

fejek

általában

különböző

meghatározott

helyzetekbe

állíthatók

a

munkadarabhoz történő jobb hozzáférés miatt. Kalibrálás szükséges minden egyes pozíciónak. [6]

21

15. ábra Tapintófej

2.4. Golyósorsós hajtás A mozgatás megvalósítása golyósorsó anyapárral történik, de lehet lineáris motor, és fém szalagos hajtás is. Az orsók hajtását szervomotorok végzik, ezek kellően nagy pozicionálási pontossággal rendelkeznek. [6]

2.5. Mérőrendszer Mindig közvetlen útmérő rendszert használnak mérőgépnél. Az elmozdulást lineáris mérőléc segítségével méri. A mérőléc a mozgástartomány teljes hosszát lefedi. A szán pozícióját közvetlenül olvassa le, így a golyósorsó pontatlanságai kiküszöbölhetők pozicionáláskor. [6] Az útmérő lehet abszolút vagy növekményes. Az abszolút mérőrendszer a mérőléc kezdőpontjához képest olvassa le a pillanatnyi helyzetet. A növekményes mérőrendszer a szán által megtett utat méri. Önmagában a tényleges pozíciót nem ismeri fel. Ugyanarról a pontról

22

kell indítani a szánt, így a vezérlés már tudja számítani a pozíciót. Bekapcsolás után referencia pontra kell küldeni a gépet. [6]

2.6. Vezetékek A vezetékek kialakítására a legelterjedtebb a légcsapágyas vezetékek, de vannak görgős megvezetések is. Ha a vezeték az asztallal csatlakozik, a futópálya a gránitágyban kerül kialakításra. A légcsapágy előnye: nincs fizikai kapcsolat a szán és a vezeték között, tehát nincs súrlódás, így a pozicionálás pontosabb lesz. A légcsapágyak miatt fontos a folyamatos táplevegő ellátás. [6]

2.7. Levegőszabályozó egység A levegőszabályozó egység feladata a hálózati levegő nyomását megfelelő nyomásúvá alakítani, és biztosítani a szükséges áramlási mennyiséget. Szűrők, leválasztók találhatók benne, melyek a levegőt szűrik, tisztítják. A szükséges nyomású és mennyiségű levegő hiánya esetén a mozgásokat a mérőgép leállítja. [6]

2.8. Számítógép [6] A számítógépes vezérlés létfontosságú a mérőgép működéséhez. Feladatai közé tartozik a kapcsolattartás a felhasználó és a mérőgép között, mérőgép vezérlése, felvett pontokra geometriai elemek illesztése, elemek számítása, jegyzőkönyvek létrehozása, adatfájlok kezelése, funkcionális számítások, felületek illesztése, mérési eredmények értékelése, előírt és tényleges értékek összevetése, statisztika, protokoll készítése, adatátviteli lehetőség biztosítása, korrekciók figyelembe vétele: vezetékek merőlegessége, hőmérséklet, tapintóelem méret és deformáció, tapintókilendülés korrekciója. Valamint a különböző koordináta rendszerek közti transzformációkat is elvégzi. A működéshez a mérőgéphez tartozó szoftvert telepíteni kell, melynek felépítése moduláris. Tartalmaz egy univerzális mérőprogramot, ezt lehet további szoftverekkel bővíteni például speciális alakok mérésére, kiértékelő szoftver. Az univerzális program csomagjai: -

geometriai alakelemek meghatározására szolgáló programok,

-

mérési eredmények felvétele és kiértékelése

23

-

kapcsolási elemek számítása

-

alak- és helyzet-meghatározás

-

koordinátarendszer transzformációk

-

vezérléssel kapcsolatos programok

-

tapintó rendszerek meghatározása

-

CNC mód kezelése

-

körasztal működtetés

-

vezérlési adatok korrekciója, kiértékelése.

Használt szoftverek: AC-DMIS, CAM2 Measure, MODUS, PC-Dmis, Quindos 7, Touch DMIS

24

3. A MÉRÉS FOGALMA [3] Általánosságba nézve a mérés a mérendő mennyiséggel való összehasonlítást jelenti. Mérnöki szempontból a mérés empirikus módon történő ismeretszerzés, tehát tapasztalati úton történik, vagy ismeret alapján. A mérés a gyártási folyamat elengedhetetlen részét képezi, mivel művelet közben, gyártás után, átvételkor, minőségellenőrzéskor is végezhetnek mérést. Ilyenkor az ismeretlen rendszerből információt szerzünk, ami történhet szám és nem szám formájában is, és azt számszerűsítjük. A mért mennyiség lehet kiterjedés (hossz, térfogat, terület), állapot (hőmérséklet, nyomás adott helyen), folyamatjellemző (áramló közeg sebessége, nyomása adott helyen). A mérendő mennyiség a mérőszámból áll, és az egységből, amiben megkaptuk. Ezt nevezzük mértékegységnek. A mérés tehát összehasonlítás a mértékegységgel.

3.1. Mérés típusai Egyedi mérés: amikor egyetlen darab készül el, és minden részletre kiterjedő nagyon részletes mérést kell végezni. Tömeges mérés: amikor nagy darabszámban készül a termék. A gyártás és a mérés időben és térben elkülönül egymástól. Történhet gép mellett is, ez a műveletközi mérés ellenőrzés végett. Automatikus mérés: a gyártási folyamatba integrálódik a tömegmérés. A darabot befogott állapotában mérjük, nem történik fogásváltás. Ezen belüli típusok: passzív, aktív, dinamikus. Passzív mérésről beszélünk, ha nem történik beavatkozás méréskor. Aktív mérés, ha a berendezés részéről történik beavatkozás (pl.: kopást követi). A kompenzálás szoftveresen finomítható, bővíthető, nem a gép saját rendszerére van bízva.

3.2 Mérési módszerek A mérési módszerek azon eljárások és eszközök összessége, amik szükségesek, hogy az általunk kívánt mérendő mennyiség értékét meg tudjuk határozni.

25

Mérési módszerek a mérendő mennyiség meghatározása szerint: Közvetlen mérés: a mérendő mennyiséget közvetlenül hasonlítjuk össze az egységgel. (tolómérő, raporter készlet) Közvetett mérés: mikor nem azt a mennyiséget olvassuk le, ami kell. Ahhoz, hogy a kívánt értéket kapjuk, még számolni kell. 3.3. Alkalmazott eljárások Kitéréses módszer: a kitérést olvassuk le, ami arányos a mérendő mennyiséggel. Kitérés lehet távolság (tolómérő, lázmérő), szög (mutatós műszerek: volt-, ampermérő; mutatós tolómérő). Kompenzációs (kiegyenlítő) módszer: az ismeretlen mennyiséget úgy mérjük, hogy az ismert mennyiséggel próbáljuk adott helyzetbe hozni a mérőeszközt. Pl.: kétkarú mérleg, hőmérséklet kompenzáció szerszámgépnél. Helyettesítő módszer: az ismeretlen mennyiséget és a mérőeszközt kapcsolatba hozzuk egymással, és azt nézzük meg, hogy az milyen változást idéz elő a mérőeszközön. Majd megnézzük a változást az ismert mennyiséggel. Ha ugyanaz a változás (pl.: kitérés), akkor a kettő ugyanolyan. Differenciál módszer: az ismeretlen és az ismeretlen mennyiség (etalon) különbségét meghatározva az etalon méretéhez a különbséget hozzáadva megkapjuk az ismeretlent. A mérőgépek kalibrálása ezzel a módszerrel történik. Kaliberelem lehet mérőhasáb, kalibráló golyó, különféle alakzatok.

Eredmény lehet: Analóg: az eredmény arányos a kitéréssel. Ide tartoznak a mutatós műszerek. Digitális: számértéket ad vissza.

26

4. AZ EREDMÉNY ELFOGADHATÓSÁGA, ÉS A HIBA [3] A rendszer a valós értéket tartalmazza. Ezt mérjük meg, akkor kapjuk a mért értéket, de nem tudjuk a valós értékét. Ugyanazt a mennyiséget többször mérjük meg, így egy mérési sorozatot kapunk. Ez a minta. A mintából a valódi értéket próbáljuk meg előállítani matematikai eljárással. Például becsléssel átlagot számolunk, és ezt fogadjuk el a helyes értéknek. A valós és a helyes érték közti eltérést abszolút hibának nevezzük. A hibákat csoportosíthatjuk eredet szerint és jelleg szerint. Az eredet szerinti hiba adódhat méréstechnikából, lehet ember általi és környezeti. Méréstechnikából adódó hibák: -

mérőrendszer okozta hiba

-

műszerhiba: zérus-, osztás-, irányváltási-, mechanikus-, etalon hiba

-

eszközhiba

-

mérési módszerből adódó hiba (pl. lineáris kapcsolatot feltételez).

Emberi tényezőből adódó hibák: -

látáshiba

-

becslési hiba

-

parallaxis hiba (hogyan nézzük a skálát. A legjobb szemből.).

Környezetből adódó hibák: -

mérési hőmérsékletből eredő hiba (meleg és lehűlt darab)

-

mérőerőből adódó (mérőgépen 0,1N, ami hatására a mérőszár megbillen, és egy kapcsolót aktivál, s így a pontot felveszi)

-

légnyomás (hőmérséklet, nyomás, páratartalom mérésekor fontos)

-

mechanikus rezgések (mérőgépnél nagy jelentősége van, ezért külön alapzatra, és saját rugós alapzatra kell helyezni, lehetőleg a termelői környezettől messze)

-

mágneses elektromos terek okozta hibák (mérőgépnél nem befolyásoló tényező).

Az előbbi hibák eredet szerinti hibák voltak, jellegük szerint is csoportosíthatóak.

27

Jellegük szerint lehet: -

rendszeres hiba: ismert a hiba nagysága és előjele is. Ez kezelhető kalibrálással.

-

véletlen hiba: tudjuk a hiba forrását, de nagysága és előjele változó. Emiatt mindig szükség van tűrésre. Sorozatmérés.

-

durva hiba: a mérés alatt bekövetkező olyan hiba, ami a mintát nagyon eltorzítja. A mérést meg kell ismételni annak érdekében, hogy ezt megerősítsük.

28

5. A MÉRÉSI SOROZAT FELDOLGOZÁSA [3] A véletlen hiba kiküszöbölésére mérési sorozatot, azaz mintát készítünk. A minták száma a sorozathossz. A mért értékeknek legegyszerűbb az átlagát venni. Például számtani középnél a helyes érték: dH =

∑dᵢ N

ahol: di: a mért adatok N: mérések száma A legkisebb lineáris eltérések elvén is ugyanezt kapjuk:

∑𝑁 𝑖=1(dH-di)=0 Ugyanoda vezet a legkisebb négyzetek módszere is:

∑(dH-di)² = min Alakhiba becslésére a legelterjedtebb módszer. A gépiparban sorozatméréskor mindig az átlag a leghelyesebb. Ehhez egy pozitív és egy negatív mezőt is teszünk, ami a méret szórása. A mérésnek igazolnia kell az előírt tűrést. Az empirikus szórás képlete:

s=

∑ d −dᵢ ² N−1

ahol: d: a helyes érték di: minden egyes mérési eredmény N: a mintaszám Az empirikus szórás azt mutatja meg, hogy az átlaghoz képest a valódi eredmény milyen pozitív, negatív tartományban helyezkedik el.

29

A helyes érték:

dH = d -δR±s ahol:

δR: a rendszeres hibaérték, előjellel figyelembe véve s: a szórás A helyes érték az az érték, amit elfogadunk. Nem biztos, hogy az a valódi érték, de lehetséges. A valós érték 95%-os valószínűséggel lehet ebben a tartományban. Emiatt gyártáskor kevesebb, mint 5% selejt lehet. Gépképesség vizsgálattal tudjuk megállapítani, hogy a gép alkalmas-e az adott alkatrész előállítására 5% selejt mellett. Először a próbához legyártott alkatrész méretét megmérjük, táblázatba foglaljuk, számolunk terjedelmet, átlag terjedelmet, szórási terjedelmet és megmunkálási szórást. Majd a megmunkálási szórást összevetjük a tűrés 60%-ával, melyből megtudjuk, valóban alkalmas-e a gép. Ha tűrésen belül marad, akkor megfelel.

30

6. MÉRÉS KOORDINÁTA MÉRŐGÉPPEL A mérőgép tapintója segítségével pontokat veszünk fel, amelyekre a megfelelő elemeket illesztjük, és számítógép segítségével a mérendő méretet kiszámoljuk. A mérés célja lehet az alkatrész geometriai jellemző ellenőrzése meglévő alkatrészrajz vagy CAD modell alapján. Végezhetünk digitalizálást is, ami azt jelenti, hogy a CAD modellt az alkatrész szabadformájú felületinek letapogatásával hozzuk létre. [6] Elvi alapok: [6] -

a mérőgép tengelyei egymásra merőleges koordináta-rendszert alkotnak.

-

a mérési tartomány minden pontja leírható három koordináta értékkel

-

a munkadarab felületét alkotó geometriai elemek az elemnek megfelelő számú pontból letapintva meghatározható (pont: 1; egyenes: 2; kör: 3; gömb: 4)

-

a geometriai elemek jellemzői kiértékelhetőek, az elemek egymással kapcsolatba hozhatók.

6.1. Koordináta mérőgép előnyei és hátrányai Előnyei: -

hagyományos módon és egyébként nem elvégezhető, vagy nehezen elvégezhető, bonyolult mérési feladatok is elvégezhetőek [6]

-

feltáratlan felületek digitalizálhatóak [5]

-

mért alakelemek egymáshoz viszonyított helyzete is meghatározható [6]

-

vezérlést számítógép végzi [6]

-

mérési eredmények visszacsatolása lehetséges [6]

-

nagy pontosság és reprodukálhatóság; a szubjektív hibák csökkennek [5]

-

szakképzett munkaerő szükséges [5]

Hátrányai: -

egyszerűbb elemek mérése időigényesebb, mint hagyományosan [5]

-

drága [5]

31

6.2. Koordinátarendszerek 2D koordináta-rendszerek: [6] -

Descartes-féle derékszögű

-

polárkoordináták

3D koordináta-rendszerek: [5] -

Descartes-féle

-

henger koordinátarendszer

-

gömbi koordinátarendszerben elvégezhetők a mérések.

A koordinátarendszert a mérendő alakelemnek megfelelően választjuk ki. Ez legtöbbször Descartes-féle merőleges koordinátarendszer, mivel a hagyományos mérőgépek felépítése ehhez igazodik. [6] A választott koordináta rendszer meghatározza a geometriai elem tűrésezését is - illetve ez fordítva is igaz. [5] Mérés közben három különböző ponthoz kötött koordináta rendszerben dolgozhatunk: gépi, normál (munkadarabhoz kötött), kiegészítő (munkadarabhoz kötött). A gépi koordináta rendszert kivéve valamennyi szabadon áthelyezhető a mérés során. Irányuk és nullpontjuk változtatható. [5] Ha a munkadarabon például tolómérővel nehezen vagy nem hozzáférhető méretet akarunk meghatározni, vagy elméleti elemek távolságát, akkor célszerű lehet helyi koordináta-rendszer felvétele. Ezt szokás nevezni 321 koordináta-rendszernek is. Először felvesszük a síkot, ezt követően az egyenest, majd a pontot.

6.3. Geometriai elemek és kölcsönös helyzetük A mérőgépen különböző alakzatokat vehetünk fel pontokból, illetve már létrehozott alakzatokból. A mérőgépen létre lehet hozni pontot, egyenest, síkot, kört, hengert, kúpot, gömböt, tóruszt. A következő elemeket illesztjük a mért pontokra: [6] -

síkbeli: pont, egyenes, kör

-

térbeli: sík, henger, gömb, kúp

A pont, egyenes és sík alapfogalmak.[1]

32

A kör a legfontosabb és legegyszerűbb síkbörbe. A kör a síkban fekvő adott ponttól (körközéppont), adott távolságra (kör sugara) lévő pontok mértani helye.[1] Görbe felületek: gömb, kúpfelület, hengerfelület.[1] -

pontszerű elemek: váll, pont, gömb, kör, furat, tengely [5]

-

vektorszerű elemek: egyenes, sík, kúp, henger, ellipszis [5]

A térelemek kölcsönös helyzete szerint lehet:[1] -

metsző

-

párhuzamos

-

azonos

-

kitérő

-

illeszkedő

-

nem illeszkedő.

Egyenes és sík helyzete: az egyenes rajta van a síkon. Az egyenes nincs a síkon, egy pontban metszi.[1] Pont és sík helyzete: a pont rajta van, vagy nincs rajta a síkon.[1] Pont és egyenes helyzete: a pont rajta van az egyenesen, tehát az egyenes keresztülmegy rajta; vagy nincs rajta.[1] Két pont vagy különböző helyzetű, vagy egybeeső.[1] Két egyenes lehet kitérő, egymást metsző vagy egybeeső.[1] Két sík lehet egymást metsző vagy egybeeső.[1]

6.4. Újabb térelemek meghatározása A térelemek újabb térelemeket határoznak meg:[1] Két pont: egy egyenest. Három pont: egy síkot. Két sík: egy egyenest. Három sík: egy pontot. Két ugyanarra a pontra illeszkedő egyenes: egy síkot. Két ugyanarra a síkra illeszkedő egyenes: egy pontot.

33

Egy egyenes és egy pont: egy síkot. Egy egyenes és egy sík: egy pontot határoz meg. Tehát tudjuk, hogy matematikailag hány pont határoz meg egy geometriai elemet. Egyenest kettő, kört három, síkot is három. Azonban jobb, ha méréskor egy ponttal többet veszünk fel a szükségesnél, mert akkor eltérést is tud számolni a gép. Így információt kapunk például a köralakhűségről vagy a síklapúságról. A legegyszerűbb az egyenes felvétele. A sík felvétele fontos, amikor bázisra van szükség. Ez lehet a munkadarab felső síkja vagy maga az asztal. Utóbbi esetben a négy pontot a munkadarab környezetében vesszük fel. Fontos, hogy a síkot minél jobban kifeszítsük, valamint az anyag homogenitása.

6.5. Műveletek mért elemek között, geometriai függvények A létrehozott elemek közti kapcsolatot megnézhetjük. Mérhetünk például távolságot, szöget, helyzetet, pozíciót, központosságot, egytengelyűséget, kör alakúságot, hengerességet, egyenességet, laposságot, merőlegességet, párhuzamosságot, szimmetriát. Párhuzamos térelem lehet: két egyenes, két sík, sík és egyenes.[1] Merőleges térelem lehet: két egyenes, egyenes és sík, két sík. Pontból állíthatunk merőlegest

egyenesre

és

síkra

is.

Ezeknek

vizsgálhatjuk

a

párhuzamosságát,

merőlegességét.[1] A térelemek viszonylagos helyzetétől függően beszélhetünk a két elem távolságáról és szögéről. A térelemek kölcsönös helyzetét jellemzik. Távolságon az alakzatok pontjainak legrövidebb távolságát értjük. Ez a merőlegesség.[1] A távolságát megmérhetjük: párhuzamos vagy kitérő egyeneseknek, párhuzamos síkoknak, párhuzamos egyesnek és síknak. Két egymásra nem illeszkedő pontnak, egy egyenes és rá nem illeszkedő pontnak a távolságát, sík és rá nem illeszkedő pont távolságát. A pontból merőlegest bocsátva a síkra vagy az egyenesre kapjuk meg a távolságot.[1] A bezárt szögét megmérhetjük két kitérő egyenesnek, két egymást metsző síknak, valamint egyenes és sík között, ha az egyenes döfi a síkot.[1] Két térelem között vagy távolságot, vagy szöget értelmezünk. Kivétel a kitérő egyenes, mert távolsága és szöge is van.[1] A létrehozott elemekből szerkesztett elemet is létre lehet hozni, melyek képzeletbeli elemek, mérni nem tudjuk. Például hengerből tengely, gömb esetén pont hozható létre.

34

6.6. Leggyakoribb tűrések és helyzettűrések Mérés során nem csak a darab méretét mérhetjük, hanem alakját, helyzetét. Alaktűrések: [5] -

egyenesség

-

síklapúság

-

kör alakúság

-

hengeresség

-

kúposság

Iránytűrések: [5] -

párhuzamosság

-

merőlegesség

-

hajlásszögeltérés

-

szimmetria

-

egytengelyűség

6.7. Elemek számítási módszere A mérendő alakelemnek megfelelő geometriai elemet rá kell illeszteni a mért pontokra. A módszer lehet: [6] -

Gauss módszer, a legkisebb négyzetes eltérések elve

-

Csebisev, a legkisebb lineáris eltérések elve

-

külső burkoló elem

-

belső burkoló elem

A munkadarab felhasználási módjának előírásától függ.

6.8. Kalibrálás A tapintógömb alakhibája befolyásolhatja a koordináta-mérőgépek által végzett méréseket, ezért hogy jó eredményt érjünk el, a mérőfej elemeinek effektív méreteit meg kell határozni. Ezek az értékeket a vezérlő tárolja.

[17]

A mérések pontosságának biztosításához minimum 5-

ös osztályú gömböt érdemes használni. [15]

35

Tehát mérés előtt mindig kalibrálásra van szükség. Méréskor a kalibráló gömb maradhat az asztalon (de sisakjával rajta), mert ha új tapintót használunk, vagy másik pozícióból mérünk, szögbe állítjuk a tapintót, akkor a kalibrálást újra el kell végezni.

6.9. Mérési körülmények és karbantartás A mérés mérőszobában történik Ez azért fontos, mert megfelelő körülményeket tudunk biztosítani, ezáltal csökkentjük a mérési hibát. A szobának pormentesnek kell lenni, mivel a szálló por 8-10µm-es nagyságrendű. Valamint előírt hőmérsékletűnek kell lennie, ami 20 °C, előírt páratartalommal.

[3]

Ebben segítséget nyújthat a mérőgép védőkabin, térelválasztók

alkalmazása. A szennyeződéseket ventilátorok segítségével tartja kívül. Védett, biztonságos környezetet biztosít az üzemeltetéshez, az gépélettartamot növeli. [7] Fontos a rezgésmentesség biztosítása. A mérőgépet külön alapzatra, és saját rugós alapzatra helyezik, a termelői környezettől távol. Ha a mérést nem tudjuk a mérőszobában elvégezni (pl. nagy mérete miatt, nehéz stb.), vagy ha az gyártás közben történik, akkor csuklókaros mérőgépet alkalmazunk. A kalibráló-, és tapintógömböt nem szabad megfogni, hozzá érni, mert akkor zsírréteg kerül rá, ami mikronban mérhető, és így a mérést torzítja. Védősisakkal kell ellátni, hogy por se kerüljön rá, védeni kell az érzékeny részeket. Időnként szükséges a portalanítása. Gondosan becsomagolva, elzárva dobozban kell tárolni, hogy biztonságban, és egy helyen legyenek a tartozékok. A mérést szövet kesztyűvel kell kivitelezni, mert a szennyeződés, zsírok, és az emberi kéz melege szintén befolyásolják az eredményt. [3] Fontos a karbantartása a mérőgépnek, ezáltal az élettartamát növelhetjük. Ha egy mérőgép nem működne megfelelően, akkor is érdemesebb inkább javíttatni, mint újat vásárolni a költségek miatt. Vannak cégek, akik a kalibrálás, telepítés, szoftverek oktatása mellett karbantartást, javítást is vállalnak.

36

6.10. A tanszéki mérőgép A tanszéki mérőgép (16. ábra) egy híd jellegű Sheffield, micro-hite 3D típusú portál gép. Kétoszlopos, egyhidas, acél alapon gránit asztallal, ami tökéletesen feszültségmentes, manuális irányítású, optikai mérőléccel felszerelve. Légvezetékeken mozog, ezért a villamos táp mellett sűrített levegő tápra is szükség van. A kompresszió nyomásának 6-7 bar körüli értéknek kell lennie, a szükséges nyomás pedig minimum 4, maximum 4,5 bar. Koordináta mérőgép, XYZ koordinátákkal rendelkezik, ami tapintófejet hordoz. Végátvételi méréshez mindig ilyen gépet használnak a pontosság miatt. Alakzatot vesz fel, minimum egy pontot a felületen, amit a gép érzékel, és a három koordinátáját tárolja. A gép mérőtere: 700X500X350

16. ábra A tanszéki mérőgép

37

7. FRÖCCSÖNTÖTT ALKATRÉSZEK MÉRÉSE A mérések célja az, hogy az elküldött mintákon méréseket végezzek, és összehasonítsam az eredményt a műhelyrajzi méretekkel. Ez alapján fogom az alapanyag választásának helyességét megállapítani, hogy az 1%-os zsugort tudja-e teljesíteni az anyag.

7.1. Méretek ellenőrizhetősége a mérőgépen Az ellenőrizendő méreteket az alkatrészrajz tartalmazza. Az ábrán láthatóak, amit a mellékelt fröccsöntött műanyag alkatrész műhelyrajza alapján készítettem el AutoCAD 2007es szoftverrel. (17. ábra) Összesen három méret ellenőrzését kell elvégeznem, mely részletesebben a 25. ábrán látható. Az egyik egy külső átmérő mérete, ami 9,72 mm. A másik méret szintén egy külső átmérő: 9,6 mm. Ezeknél nincs tűrés előírva, szabad tűréssel rendelkeznek, melynek értéke ±0,11mm. A DIN 16901 szabvány alapján a szorosabb mezőt vettem figyelembe. A harmadik, egyben utolsó méret pedig egy belső átmérő, ami egy kúpos részen található. Ennek az átmérője 4,34 mm, ±0,5 tűréssel ellátva. Figyelembe véve azt, hogy a mérőgép három tizedes jegyig tud mérni, az alkatrészen ellenőrizendő méretek pedig százados pontosságúak, a mérés elvégezhető. A mérendő méretek a mérési tartományba beleesnek. Tapintógömbnek pedig tudok választani olyan átmérőjű gömböt, mely a furatban elfér.

17. ábra Az alkatrész

38

7.2. A mérési terv A mérés menete összefoglalva: -

a mérőgép bekapcsolása

-

a tapintó kiválasztása és elhelyezése a mérőfejbe, majd a mérőgépbe

-

a tapintó kalibrálása

-

munkadarabok azonosítása

-

mérés

-

1.

sík felvétele

2.

első külső perem mérése

3.

második külső perem mérése

4.

belső átmérő ellenőrzése

eredmények rögzítése

7.2.1. A mérőgép előkészítése a méréshez, és a kalibráció Először a mérőgépet kapcsolom be, ellenőrzöm a kompresszor által előállított 6 báros nyomást, amely szükséges a szán működtetéséhez, melynek értéke 4,5 bár körüli (18. ábra).

18. ábra Nyomásérték beállítása A konzolt bekapcsolom, aminek az utasításait követem. Első utasítása szerint a gépet balra, előre, fentre kell pozícionálni. Ezt a három kapcsolóval tudom megtenni, amik a mérőgép oszlopának bal oldalán találhatóak. A koordináták működtethetők külön-külön, de akár egyszerre is. Csak az X tengelyt feloldva balra, csak az Y tengelyt feloldva előre, majd csak a Z tengelyt feloldva előre pozícionálom (19. ábra). A konzolon jelzem, hogy a műveletet befejeztem.

39

19. ábra Pozicionálás balra, előre, fentre

Ezt követően kéri, hogy válasszak tapintófajtát. A Tesasar i-t választom. Majd kéri, hogy vegyem ki a tapintót, a Z tengelyt helyezzem a gömbre. A nagypontosságú kalibráló gömböt óvatosan kivéve, hozzá nem érve –a pontosság megtartása miatt- a gránit asztalra rögzítem, becsavarom, a poroktól és szennyeződésektől védő sisakját a használat idejére leveszem. Ez a gömb négy tizedes pontosságú gömb, az átmérője 19,0493 mm. A tengelyeket feloldom, a furattal a gömbre állok, a furat peremét a gömbre állítom, amely helyzetben megtartom. (20. ábra).

20. ábra Gömbbel furatra állás Majd a tapintó behelyezését kéri. Különböző átmérőjű tapintók állnak rendelkezésre: 2; 3; 4mm. Tapintónak egy 3mm-es átmérőjű gömböt választok, mely rubinból készült. A

40

2mm-es gömbbel nehezebb ráállni a perem széléhez, nehezebb követni. A 3mm-es gömbbel könnyebben meg tudom tenni, valamint a 4,38mm-es furatba is be tudok állni a finomtapintó segítségével. A tapintófej sapkájának levétele után óvatosan betekerem a tapintót, majd a szorítókulccsal még meghúzom. Biztonsági okból az egyik kezemben a tapintót, a másikban a vezetéket fogom. A tapintófejre jellemző, hogy indexálható. Ez lehetővé teszi a mérőtapintó forgását, és billentését. Az A tengelynél 90-ig lehet dönteni 15-os osztásokkal, a B tengelynél pozitív és negatív irányban is 180-os elfordulás lehetséges, szintén 15 fokonként. A mérés során indexálásra nincs szükség. Végül a tapintófejet felszerelem a mérőgép Z tengelyébe, leddel előre felé, és reteszelem is, határozottan megszorítom. Az összeköttetést a mérőgéppel egy 5 pólusú DIN csatlakozó biztosítja. A vezeték másik felét a mérőgépbe helyezem. A plusz tömeg miatt az esést be kell állítani. A művelet végét szintén jelzem. Innentől kezdve a tapintó aktívvá válik, következhet a kalibráció (21. ábra). Végül a referenciagömb mérésére utasít a konzol. Ehhez öt mérési pont felvétele szükséges (22. ábra). A tapintógömbbel megpróbálok minél inkább a kör egyenlítőjéhez állni. Az X és Y tengelyeket feloldva négy pontot veszek fel az egyenlítő mentén, lehetőleg egyenlő kiosztásban, a gömbközépponthoz képest 90 fokonként. Az ötödiket a gömb tetején veszem fel, ekkor már minden tengelyt feloldva. Jelzem, hogy az öt mérési pont felvétele megtörtént.

21. ábra Az aktívvá vált tapintó

22. ábra Az öt mérési pont felvétele

41

Mindezek után a tapintó összefoglalását jeleníti meg a konzol. Az átmérőt és az alakhibát tudhatjuk meg. A mérést a számítógépen keresztül végzem. A konzolon az adatok átküldését kérem a PChez. Megnyitom a PC DMIS programot. A tapintófejet ki kell választani. Mivel a 3mm-es gömböt használom, a D3H21-et választom ki. Majd felajánlja egy meglévő fájl megnyitását, de erre nincs szükségem, az ablakot bezárom. Új fájlt hozok létre. Fájl  új ikonokra kattintva létrehozom az új fájlt, amit névvel látok el. 7.2.2. Az alkatrészek előkészítése a méréshez Az alkatrészeket különböző műanyag fröccsöntő szerszámokkal állítják elő. A műanyag alkatrészgyártás szakaszos, ciklikus képlékeny alakítási technológia. Tíz különböző fröccsöntő szerszámmal gyártották a darabokat. Ezeket az abc (A, B, D, E, G) betűjelével különböztették meg, melyet jelöltek az alkatrészen is. Egy-egy sorozat tizenhat darabot tartalmaz általában. Minden alkatrészt jelöltek a szerszámra utaló betűvel és egy számmal, ami a különböző fészkeket jelöli. Pl.: A1; A2. Három értéket kellett ellenőrizni, hogy a tűrésnek megfelelnek-e. Két külső átmérőt, amik a peremen helyezkednek el, valamint egy belső átmérőt. Mielőtt a méréseket kezdtem a számítógépen keresztül, az alkatrészeket beazonosítottam. Az alkatrészeken először nagyítóval az azonosítót megkerestem, ellenőriztem, hogy a papíron is az szerepel-e. Majd alkoholos filctollal ráírtam a munkadarabra, hogy az látható legyen. Sorszám szerint sorba raktam, majd elkezdődött a mérés. A munkadarab egy hengeres darabba befogásra került, melynek az oldala le van lapolva (23. ábra). Ezt satuba rögzítettük, amit az asztalhoz is rögzítettük (24. ábra). Mivel a darab forgástest, bármely irányban be lehetett fogni. Azonban a beömlő csatorna a mérendő 9,6 mm-es peremen helyezkedett el, emiatt méréskor figyelembe kellett venni, hogy azon a felületen pontot ne vegyek fel, mert az eredményt torzítaná.

23. ábra Lelapolás a darabon 42

24. ábra A munkadarabok befogása 7.2.3. Mérés Az alábbi rajzon (25. ábra) láthatóak az ellenőrizendő méretek a megfelelő helyeken.

25. ábra Az ellenőrizendő méretek

-

sík felvétele az alkatrészen

-

első külső perem mérése 0,65 mm-en

-

második külső perem mérése 6 mm-en

-

belső átmérő ellenőrzése 2,5 mm-en

-

eredmények rögzítése

43

A befogást követően a mérést egy sík felvételével kezdem, mely nulla sík és munkasík is egyben. A számítógépen a programban kiválasztom a mért sík ikonját, mivel síkot szeretnék felvenni. Ezt az alkatrész felső síkján tettem meg három pontból. A darab felső síkját a gömb aljával érintem. Ha ehhez a síkhoz képest z1 távolságra szeretnék mérni, akkor már a gömb oldalával érintem meg a darabot, ezért a gömbsugarat figyelembe kellene venni (26. ábra).

26. ábra A gömbsugár figyelembe vétele

Viszont a programozott pont a gömb középpontja, így ez felel meg a nulla szintnek. Így méréskor a valódi mélységet állítom be, nem kell a sugárral számolni (27. ábra).

27. ábra Programozott pont a gömbközéppont Majd a koordináta-rendszer beállítása következett. Beszúrás  kiállítás  új parancsra kattintok, és kiválasztom azt a síkot, amihez a beállításokat rendelem. Azt szerettem volna, hogy a Z tengelynek ez a már felvett sík legyen az origója, ezért kiválasztom a Z tengelyt origónak.

44

A Z tengely pozitív irányának azt az irányt tekintjük, amikor a munkadarab és a szerszám közti távolság növekszik. Tehát a mérőfejbe befelé mutat a pozitív irány. Ez alapján a méretek, amiket ellenőrizni kell, negatív irányban helyezkednek el az origóhoz képest. Emiatt beállítom a szintet Z mínusznak, és így megváltozik az irányítottsága a tengelynek. A sík beállítása után már átmérőket szeretnék mérni, ezért beállítom a mért kört a programban. A 9,72 mm-es átmérőt 6,5 mm-en, a 9,6 mm-es átmérőt 6 mm-en, a belső átmérőt, ami 4,34 mm 2,5 mm-en mérem a felvett síkhoz képest (25. ábra).

28. ábra Az első perem mérése

29. ábra A második perem mérése

30. ábra A belső átmérő mérése

A tapintót először az egyik, majd a másik perem közelébe állítom a kívánt z értékre. A külső köröket négy pontból állítottam elő. Miután beállítottam a kívánt pozícióba a tapintót, az X és Y tengelyeket feloldhattam, a Z-t rögzítve hagytam, majd a négy pontot felvettem (28-30. ábra). A külső átmérőknél szabad tűrésezett méret szerepelt. A 9,72 mm-es méretnél a termékrajzról nem lehetett megállapítani a mérés pontos helyét, ezért nagyító és a mérőgép segítségével határoztam meg a 0,65 mm-es mélységet, amit aztán minden egyes darabon alkalmaztam. Ezt a problémát hengeres tapintóval kellett volna megoldani, de sajnos ilyen tapintó nem állt rendelkezésre. Majd a belső átmérőt is ellenőriztem, melynél a megadott tűrés ±0,05 mm volt. A tapintóval a furat felé álltam, majd a tengelyeket lezártam. A furatba finomállító segítségével álltam bele, majd a négy pontot finomállítóval vettem fel (30. ábra). Méréskor nem jelentett problémát, ha a felvett sík nem lett volna párhuzamos az asztallal, mivel a mérőgép a felvett síkra merőlegesen vetíti fel a pontkoordinátákat, és így nem kapunk torzított eredményt.

45

Elvégezve a mérést nyugtáztam, a Z tengelyt feloldva biztonságosan kiálltam a furatból, és a művelet kezdődhetett elölről a darab befogásával, a sík felvételével. Az eredményeket először papíron, majd excel táblázatban is rögzítettem három tizedes pontossággal. Ellenőriztem, hogy a megfelelő táblázatba írom-e az adatokat. Egyeztettem a munkadarab és az excel táblázatban található szerszámjelet, és a bélyegszámot. Az eredmények kiértékelése előtt a következő fejezetben a zsugorodás jelenségét foglalom össze.

46

8. A ZSUGORODÁS JELENSÉGE [4] Fröccsöntött műanyag alkatrész gyártásakor a zsugorodás jelenségének ismerete elengedhetetlen a méretpontossághoz és a szerszám méretezéséhez. Zsugorodáson a fröccstermék térfogatváltozását értjük lehűlés során.

8.1. A zsugorodás Térfogati és lineáris zsugorodást különböztetünk meg. A teljes térfogatváltozás: ΔV=VC VT ahol: VC: a szerszámüreg VT: a fröccstermék térfogata A térfogati zsugorodás:

SV = 1(1Sx) (1Sy) (1Sz) ahol: Lx; Ly és Lz: a szerszámüreg méretei Sx; Sy és Sz: a lineáris zsugorodások

A százalékos lineáris zsugorodás:

ahol: Lc: a szerszámüreg Li: a fröccstermék adott helyen mért értéke Különbséget teszünk még feldolgozási és utózsugorodás között. A feldolgozás alatti zsugorodás a fröccstárgyak előállításakor következik be (ezzel mindig számolni kell). Az

47

utózsugorodás –általában lassú, utólagos kristályosodási folyamatok miatti- hosszú idő alatt bekövetkező méretváltozás. A teljes zsugorodás (ST) a feldolgozási zsugorodás (SM) és az utózsugorodás (SP) összege: ST = SM + SP

8.2. A zsugorodás jellegét és nagyságát befolyásoló tényezők: -

anyagi minőség

A zsugorodás alapvető oka a lehűléskor történő molekulaláncok közeledése. Kristályos anyagoknál nagyobb a zsugorodás, mivel tömörebb a szerkezet. -

geometriai jellemző

Például vastagabb falú terméknél a zsugorodás nagyobb, mert lassabban hűl le, mint a vékony falú. A mérendő darabom vékony falú, az átlagos falvastagsága 0,72mm. -

szerszámhőmérséklet

Alacsony szerszámhőmérsékletnél a test gyorsan, magasnál lassabban hűl le. Magas szerszámhőmérsékletnél nagyobb a zsugorodás. -

utónyomás, utónyomási idő

Növelésük csökkenti a zsugorodást. A zsugorodás fokozatosan nő a gáttól távolodva, mivel az utónyomás kevésbé tudja hatását kifejteni (31. ábra). Egyes paraméterek (ömledék-hőmérséklet, befröccsöntési sebesség) hatása a körülményektől függ. A zsugorodást kis mértékben befolyásolják.

31. ábra Zsugorodás jelensége [4]

48

A zsugorodást leginkább az alapanyagnak választásával, az utónyomás nagyságával és idejével lehet hatásosan csökkenteni. Töltő- és erősítőanyagok alkalmazásával szintén nagymértékben csökkenthető a zsugorodás. Hőtágulási együtthatójuk töredéke a műanyagokénak, és nem összenyomhatók. Körülbelül egyenes arányban csökkentik a zsugorodást felhasználásuk növelésével. Az izotróp jelleget nem befolyásolja. Azonban hossz- és keresztirányú zsugorodás közt jelentős a különbség. A hossz és keresztirányú zsugorodás nagymértékű eltérését kompozittal egyensúlyozhatjuk. Egyenlőtlen zsugorodás a szerszámot bonyolultabbá teszi, az üreg helyes méreteinek meghatározása nehezebb. Ha a zsugorodás nem minden térirányban azonos, akkor a fröccstárgyban utólagos, egyenlőtlen eloszlású feszültségek lépnek fel, ami a méretváltozás mellett alakváltozást is előidéz. Ezt nevezzük általános vetemedésnek. A vetemedést mindig kerülni kell az alak megváltozása miatt, mivel az nem kívánatos jelenség Szerszámtervezésnél a zsugorodást figyelembe kell venni, ami azt jelenti, hogy a szerszámüreget annyival kell nagyobbra készíteni a terméknél, hogy a zsugorodás után a termék elérje a kívánt méretet. A szerszámot adott anyaghoz készítik, különben: kevéssé lesz méretpontos a termék. A szerszám mindig egyedi, termékhez és az anyaghoz tervezik. A következő fejezetben megvizsgálom, hogy a mért alkatrészek méretei megfelelnek-e az előírtaknak.

49

9. AZ EREDMÉNYEK ÉRTÉKELÉSE Az mért eredményekkel az alapanyag választásának helyességét vizsgálom. A SABIC 579S PP homo polimer anyagnak 1% zsugort kell teljesítenie, hogy a feltüntetett méreteket kielégítse. A SABIC 579S polimer anyag antisztatizált adalékkal készült. Vékony falú termékek fröccsöntéséhez alkalmas, tipikus felhasználási példája a háztartási termékek közül a tárolók. Alacsony vetemedési tendenciát mutat. Kiváló folyási- és szerszámkitöltési paraméterekkel rendelkezik, ezáltal rövid ciklusidőt tesz lehetővé. Magas fénnyel rendelkezik. [19] További tulajdonságait a következő táblázat foglalja össze:

Egység

Érték

ASTM szabvány

g/10 min. kg/m3

47 905

D 1238 D 792

MPa % MPa J/m -

35 11 1900 20 104

D 638 D 638 D 790A D 256 D 785

C C

152 98

D 1525B D 648

Tulajdonságok

Alapanyag tulajdonságok Folyási arány 230C és 2,16 kg terhelés Sűrűség 23C

Mechanikai tulajdonságok Szakadási nyúlás Nyúlás Rugalmassági modulus Ütőmunka 23C Rockwell Keménység, R skála

Termikus tulajdonságok Vicat lágyulási pont Deflekciós pont 455 KPa

1. táblázat SABIC 579S PP tulajdonságai [19]

50

A mért értékeket az áttekinthetőség érdekében táblázatba foglalom. Azokat az eredményeket, amik tűrésen kívül esnek, pirossal jelölöm, hogy látható legyen azonnal, hogy nem megfelelő. A tűrésen belüli értéket kékkel jelölöm, ha pozitív; zölddel, ha negatív értékkel tér el.

Fészekszám

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14.

Szerszámjel

A következőkben az A jelű szerszám összefoglaló táblázata látható.

A A A A A A A A A A A A A A A A

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8

Alkatrész 9,72+/-0,110 Méret 1

Eltérés 1

9,6+/-0,110 Méret 2

Eltérés 2

4,34+/-0,050 Méret 3

Eltérés 3

9,44 9,452 9,435 9,444 9,447 9,418 9,456 9,422 9,457 9,464

-0,28 -0,268 -0,285 -0,276 -0,273 -0,302 -0,264 -0,298 -0,263 -0,256

9,622 9,638 9,632 9,631 9,639 9,62 9,632 9,618 9,632 9,634

0,022 0,038 0,032 0,031 0,039 0,02 0,032 0,018 0,032 0,034

4,345 4,345 4,379 4,385 4,383 4,388 4,382 4,382 4,374 4,369

0,005 0,005 0,039 0,045 0,043 0,048 0,042 0,042 0,034 0,029

9,46 9,457 9,454 9,455

-0,26 -0,263 -0,266 -0,265

9,625 9,627 9,629 9,629

0,025 0,027 0,029 0,029

4,365 4,376 4,368 4,373

0,025 0,036 0,028 0,033

2. táblázat Az A jelű szerszám esetén mért értékek

A 2. táblázatban látható, hogy a 9,72-es méretnél minden érték tűrésen kívül esik. A másik két átmérő esetén a méretek kivétel nélkül tűréshatáron belül helyezkednek el, azon belül a pozitív tartományban. Az 2. táblázatban összefoglaltakat külön diagramon is szemléltetem (32-34. ábra).

51

9,72 mérése A jelű szerszámnál 9,75

9,72

9,70 9,65 9,60 9,55 9,50 9,45 9,40 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10. 11. 12. 13. 14.

32. ábra

9,6 mérése az A jelű szerszámnál 9,65 9,64 9,63 9,62 9,61

9,6

9,60 9,59 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10. 11. 12. 13. 14.

33. ábra

4,34 mérése A jelű szerszámnál 4,39 4,38 4,37 4,36 4,35

4,34

4,34 4,33 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

34. ábra

52

9. 10. 11. 12. 13. 14.

A B2 szerszámnak is bemutatom a táblázatát (3. táblázat), valamint a hozzájuk készített diagramokat is (35-37. ábra). Látható, hogy az előző példával ellentétben ennél minden mért

Fészekszám

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16

Szerszámjel

érték megfelelő.

B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2 B2

1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8

Alkatrész 9,72+/-0,110

9,6+/-0,110

4,34+/-0,050

Méret 1

Eltérés 1

Méret 2

Eltérés 2

Méret 3

Eltérés 3

9,721 9,716 9,691 9,688 9,705 9,71 9,705 9,702 9,686 9,693 9,682 9,674 9,676 9,67 9,695 9,704

0,001 -0,004 -0,029 -0,032 -0,015 -0,01 -0,015 -0,018 -0,034 -0,027 -0,038 -0,046 -0,044 -0,05 -0,025 -0,016

9,598 9,594 9,592 9,595 9,6 9,597 9,595 9,597 9,576 9,584 9,582 9,577 9,582 9,573 9,585 9,593

-0,002 -0,006 -0,008 -0,005 0 -0,003 -0,005 -0,003 -0,024 -0,016 -0,018 -0,023 -0,018 -0,027 -0,015 -0,007

4,336 4,332 4,367 4,367 4,346 4,339 4,342 4,328 4,341 4,335 4,346 4,348 4,364 4,355 4,341 4,344

-0,004 -0,008 0,027 0,027 0,006 -0,001 0,002 -0,012 0,001 -0,005 0,006 0,008 0,024 0,015 0,001 0,004

3. táblázat A B2 jelű szerszámmal mért értékek

9,72 mérése a B2 szerszámnál 9,73

9,72

9,72 9,71 9,70 9,69 9,68 9,67 9,66

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

35. ábra

53

9,6 mérése B2 szerszámnál 9,61 9,6

9,60 9,59 9,58 9,57

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

36. ábra

4,34 mérése B2 szerszámnál 4,38 4,37 4,36 4,35 4,34

4,34

4,33 4,32 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

37. ábra

A 9,72 és 9,6 esetén mért méretek az alsó tűrésmezőbe esnek leginkább (35-36. ábra), míg a belső 4,34 átmérő esetén általában a pozitív mezőbe esnek az egyes daraboknál mért értékek (37. ábra).

54

Szerszámonként átlagot és szórást számoltam a három különböző átmérőre, melynek összefoglalása az alábbi táblázatban látható:

Méret 1. 9,72+/-0,110 Átlag

Méret 2. 9,6+/-0,110

Szórás

Átlag

Méret 3. 4,34+/-0,050

Szórás

Átlag

Szórás

A

9,447214

0,01399

9,629143

0,006249

4,372429

0,013432

B1

9,7565

0,004328

9,676286

0,004665

4,379071

0,00762

B2

9,694875

0,015095

9,58875

0,00879

4,345688

0,011971

D1

9,674313

0,011591

9,60325

0,004313

4,375188

0,003563

D2

9,738063

0,007567

9,615563

0,005977

4,3595

0,010991

D3

9,67775

0,018524

9,603063

0,017756

4,348625

0,016528

D4

9,709563

0,005796

9,652938

0,006475

4,367625

0,00682

D5

9,71125

0,006181

9,655125

0,003757

4,368375

0,004992

E

9,69575

0,008926

9,623813

0,030699

4,363188

0,00878

G

9,416438

0,011448

9,634563

0,009626

4,347625

0,005227

4. táblázat

Szerszámokra vett átlag 9,72-nál 9,80 9,75 9,70 9,65 9,60 9,55 9,50 9,45 9,40

9,72

A

B1

B2

D1

D2

38. ábra

55

D3

D4

D5

E

G

Szerszámokra vett átlag 9,6-nél 9,68 9,66 9,64 9,62 9,6

9,60 9,58 A

B1

B2

D1

D2

D3

D4

D5

E

G

39. ábra

Szerszámokra vett áltag 4,34-nál 4,39 4,38 4,37 4,36 4,35 4,34

4,34

4,33 A

B1

B2

D1

D2

D3

D4

D5

E

G

40. ábra

A 38. ábra mutatja, hogy a vizsgált 9,72-nál az A és G szerszámok esetében nem tudja a kívánt értéket teljesíteni. A 2. táblázatban és a Mellékletben a G jelű szerszám táblázatánál láthatjuk, hogy egyik méret sem teljesítette az előírt tűrést. A 39-40. ábrákon láthatjuk, hogy a szerszámokra nézett átlag a tűrésen belül helyezkedik el, többségében a pozitív tartományban.

56

9.1. Az alapanyag választásának helyessége az anyag megismert tulajdonságai, és a mérési eredmények alapján Az előállítandó termék vékony falvastagságú. Az anyag, melyből készült, a SABIC 5795 PP anyag kiváló vékony falvastagságú termékek előállításához, tehát a választása alkalmassá teszi a mellékelt rajzon található termék ki fröccsöntését. A mérési eredmények a következőket igazolják: A termék felületét, alakhelyességét megvizsgálva látható, hogy egyenletesen arányos fényű –azaz nincsenek beszívódások-, nincs vetemedés a terméken, teljes keresztmetszetben kör alakú. A darabok kitüntetett méreteinek mérési eredményei arra utalnak, hogy sikerült minden esetben optimális fröccsöntési technológiát beállítani, kivéve az A és G jelű szerszámokkal gyártott daraboknál. A tervező a gyártótól helyes adatokat kapott, amellyel a dizájt minden tekintetben helyesen tervezte meg.

Az A és G jelű szerszámoknál a méretek hibáit a következőek okozhatják: 1. Az utózsugorodás értéke nagy Lehetséges ok: rövidített hűlési idő. Megoldás: hűtési idő növelése. Lehetséges ok: magas szerszámhőmérséklet. A termékben maradó hőmennyiség ’Q’ okozza az utózsugorodás által a tűrésen felüli méretváltozást. Megoldás: szerszámhőmérséklet csökkentése 2. Az utónyomás nem kellő értékű, vagy rövid. Kompenzálni a 41. ábra szerinti értékkel lehetett volna.

57

41. ábra Utónyomás hatása a zsugorodásra [20]

3. Alacsony fröccsnyomás A nem kellően kitöltött termék utózsugorodása nagyobb lesz, ezáltal nem teljesít megfelelő méretet. Megoldás: fröccsnyomás növelése.

58

ÖSSZEFOGLALÁS A szakdolgozatom elsődleges célja az volt, hogy megismerkedjem a 3D-s koordináta mérőgépekkel. A további célom az volt, hogy műanyag fröccsöntött alkatrészeken végezzek méréseket, majd az eredményeket kiértékeljem. Az első részében a szakdolgozatomnak bemutattam a 3D-s koordináta gépek típusait, felépítését, jellemzőit, kiegészítőit, karbantartását, fontosságát, valamint egy rövid összefoglalót is készítettem a karos mérőgépekről. Mivel mérésről van szó, szükséges volt elsajátítanom a méréssel kapcsolatos alapfogalmakat is. A méréshez szorosan kapcsolódik a hiba, ezért ennek eredetét, fajtáit is megismertem. Ezek után a koordináta mérőgépekhez tértem vissza, hogy bemutassam a géppel való mérés alapjait. Bemutattam például a koordináta rendszereket, a különböző geometriai elemeket, melyek egymással különböző kapcsolatban lehetnek, valamint újabb geometriai elemet is meghatározhatnak. Minden tárgy rendelkezik valamilyen mérettel, alakkal. A méret és alak eltérését mérhetjük, de mielőtt ezt megtennénk, kalibrációra mindig szükség van, melynek fontosságát is ismertettem. A következő részben különböző fröccsöntő szerszámokkal gyártott műanyag alkatrészek mérésével foglalkoztam. A műszaki rajz alapján megvizsgáltam, hogy a mérések elvégezhetőek-e a tanszéken található mérőgépen. Megállapítottam, hogy igen, ezért ezt követően a mérés menetét rögzítettem. Ez magába foglalta a kalibrálást, a termék előkészítését, a befogását, és magát a mérést, ami a megfelelő számú pontokból előállítva a sík és az átmérők felvételét jelentette. Majd a zsugorodást ismertettem röviden. Ennek ismerete a méretpontossághoz és a szerszám méretezéséhez elengedhetetlen. Azt kellett megvizsgálnom, hogy a fröccsöntött műanyag darabok az 1%-os zsugort teljesítik-e. A méréseket elvégezve, és összefoglalva az eredményeket arra a következtetésre jutottam, hogy az alapanyag SABIC 579S PP homo polimer választása megfelelő volt. Azonban két szerszám esetén (A és G jelű) a 9,72mm mért értékek tűrésen kívül estek, végül a hiba lehetséges okait közöltem.

59

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS Szeretnék köszönetet mondani Dr. Szilágyi Attilának a szakdolgozatom elkészítéséhez nyújtott segítségéért. Valamint köszönöm Simon Istvánnak, akinek a hasznos ötletei, jó tanácsai, formai útba igazításai, szakmai segítsége is segítette a szakdolgozatom elkészülését. Nagyon köszönöm a családomnak, jóbarátaimnak az általuk kapott biztatást, segítséget és jókedvet.

60

IRODALOMJEGYZÉK [1] Dr. Petrich Géza: Ábrázoló geometria. Tankönyvkiadó, Budapest, 1979 [2] Nagy Júlia: Csuklókaros mérőgép bizonytalanságának meghatározása Budapest, 2014. [3] Szilágyi Attila mérőtanfolyam előadása alapján készített jegyzet [4] A műanyagok előállítása és feldolgozása - A fröccsöntési zsugorodás és a technológia összefüggése http://www.muanyagipariszemle.hu/2005/02/a-froccsontesi-zsugorodas-esa-technologia-osszefuggese-04.pdf letöltés: 2015.07.01. [5] Koordináta méréstechnika előadás jegyzet http://www.unimiskolc.hu/~ggytmazs/tantargyak/szam_seg_lev_06/Merogep_eloadas.pdf letöltés: 2015.04.07. [6] Mikó B.; Zsoldos I.; Szalay T.: CAD/CAM/CAE elektronikus példatár- Koordináta méréstechnika laborgyakorlat http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop425/0029_2A_peldatar_221/Koordinata_m erestechnika_1_1.html letöltés: 2015.03.27. [7] Mitutoyo koordináta mérőgépek katalógus http://multikalhu6.webnode.hu/termekek2/merogepek/ letöltés: 2015.03.27. [8] Styli and accessories technical specifications guide -- Section 2: Accuracy at the point of contact http://resources.renishaw.com/en/details/tapintoszarak-es-tartozekok-mszakiadatok--30232 letöltés: 2015.05.06. [9] http://www.cnc.hu/2015/03/az-eddigi-legnagyobb-aberlink-koordinata-merogep/ letöltés: 2015.05.15. [10] http://www.cnc.hu/2015/04/a-koordinata-merogepek-szerkezeti-kialakitasa-i/ letöltés: 2015.05.15. [11] http://www.metris3d.hu/termekeink.html letöltés: 2015.03.27. [12] http://www.pannoncad.hu/static/verisurf/Brochure%20H_v%C3%A9g.pdf letöltés: 2015.04.07. [13] http://www.renishaw.hu/hu/tapintoszarak-tipusai--6627 letöltés: 2015.05.06. [14] http://www.renishaw.hu/hu/egyedi-tapintoszarak--7395 letöltés: 2015.05.06. [15] http://www.renishaw.hu/hu/3-as-osztalyu-nagy-pontossagu-tapintoszarak--6823 letöltés: 2015.05.06. [16] http://www.renishaw.hu/hu/anyagok--6423 letöltés: 2015.05.06. [17] http://www.renishaw.hu/hu/tapintoszarak-kalibralasa--6633 letöltés: 2015.05.06. [18] http://www.renishaw.hu/hu/elnevezesi-eljaras--6739 [19] http://www.sabic.com/corporate/en/images/PP%20579S_tcm12-5624.pdf letöltés: 2015. 11.10. [20] https://www.styrolution.com/INTERSHOP/static/WFS/StyrolutionSite/Portal/StyrolutionPortal/en_US/processing/abs%20%2B%20pa/terblendn_abb_14.gif letöltés: 2015.11.10. [21] http://www.ems-benelux.be/producten/3d-meetarmen-2/romer-multigage/ letöltés:2015.11.10

61