SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM ANYAGISMERETI ÉS JÁRMÛGYÁRTÁSI TANSZÉK FORGÁCSOLÓ MEGMUNKÁLÁS

Széchenyi István Egyetem Anyagismereti és Jármûgyártási Tanszék

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM ANYAGISMERETI ÉS JÁRMÛGYÁRTÁSI TANSZÉK

FORGÁCSOLÓ MEGMUNKÁLÁS ÚJ TECHNOLÓGIÁK Kézirat

Készítette: Dr. Pintér József Témakörök: 1. Nagysebességû forgácsolás (HSC) 2. Ultrapreciziós forgácsolás (UP-esztergálás) 3. Minmálkenés, száraz forgácsolás 4. Keménymegmunkálások

Gyõr 2003.

UJ TECHNOLÓGIÁK

-1 -

2003.


1. Nagysebességû forgácsolás (HSC) A forgácsoló megmunkálás termelékenysége növelésének egyik útja a forgácsoló fõmozgás és az elõtolás sebességének növelése. Az 1980. évi chicagói nemzetközi szerszámgép világkiállításon jelentek meg az elsõ olyan szerszámgépek, amelyek a nagysebességû megmunkálás gyakorlati megvalósítását jelentették. Az angol nyelvû szakirodalomban használt elnevezés a High Speed Cutting (rövidítése HSC) terjedt el a szakirodalomban, ritkábban használatos a High Speed Milling (nagy sebességû marás, rövidítése HSM) elnevezés is. 1.1. A nagysebességû forgácsolás elméleti alapjai és feltételei v Történelmi áttekintés Carl Salamon az 1920-as években acél, színes és könnyû fémeket forgácsolt v = 440 m/min (acél), v = 2850 m/min (réz) és v = 16 500 m/min (aluminium) forgácsolási sebességgel. Korábban az volt a mértékadó álláspont, hogy a klasszikus a forgácsolási sebesség (v) és az éltartam (T) között fennálló Taylor összefüggés,

C v = T m vc csak egy meghatározott határsebességig érvényes, ezen határon túli forgácsolási sebesség alkalmazása esetén minden szerszámanyagra vonatkozóan fellép a sokat emlegetett „halál völgye” a drasztikusan megnövekedett forgácsolási hõmérséklet és szerszámkopás miatt. Salomon kísérleteinek eredménye ezzel ellentétes eredményre vezetett, azaz azt bizonyította be, hogy a forgácsolási sebesség egy bizonyos határon túli növelése a forgácsolási hõmérséklet esetenként jelentõs mértékû csökkenéséhez vezet (1. ábra). Az 1. ábrából az is leolvasható, hogy valamennyi megmunkálandó anyagnál létezik egy olyan forgácsolási sebességtartomány (ábrán b-vel jelölve), amely sebességtartományban nem lehetséges a gazdaságos forgácsoló megmunkálás. Megjegyzés: az alumínium forgácsolásakor – azonos szerszáméltartam mellett – az alkalmazható forgácsolási sebesség lényegesen nagyobb, mint acél forgácsolása esetén. Fontos az is, hogy az alumínium az élrátétképzõdési hajlam miatt vc < 90 m/min alatt nem forgácsolható. Az 1950-es években több országban, köztük az USA-ban is, ballisztikus kísérletekkel ellenõrizték Salomon hipotézisét. Alumínium ötvözésû anyagból készített lövedékeket lõttek ki keményfém és gyorsacél szerszámélek mentén v = 4 500 m/min és v = 73 200 m/min közötti forgácsolási sebességgel. A nagysebességû filmfelvételek azt bizonyították, hogy ténylegesen forgácsolási folyamat valósult meg, melynek eredményeként igen jó felületi minõség keletkezett, és szerszámkopás nem volt érzékelhetõ. Ebben az idõben még nem álltak rendelkezésre olyan szerszámok és szerszámgépek, amelyek ebben a sebességtartományban képesek lettek volna forgácsoló megmunkálásra. Egyértelmûen bizonyítást nyert azonban az, hogy a „halál völgyére” vonatkozó korábbi elmélet nem igaz. Ellenkezõleg: igen nagy forgácsolási sebességek esetén az idõegység alatt leválasztott forgácsmennyiség, illetve a forgácsoló szerszám éltartama jelentõsen megnõ.

UJ TECHNOLÓGIÁK

-2 -

2003.


1. ábra. A forgácsolási hõmérséklet és a forgácsolási sebesség összefüggése. Jelölések: a ê megmunkálható; b ê megmunkálás nem javasolt; c ê megmunkálható; d ê lágy alumínium; e ê vörösréz, sárgaréz; f ê bronz; g ê öntöttvas; h ê acél

Az 1970-es években a Lockhead vállalatnál öttengelyes (5D) marógépen végzett kísérletek során n = 18 000 min-1 ; n = 30 000 min-1 és n = 100 000 min-1 fõorsó fordulatszámmal dolgoztak. A forgácsolási sebesség 500%-os növelésekor az idõegység alatt leválasztott forgácsmennyiség 300%-al megnõtt, a fellépõ forgácsoló erõk pedig mintegy 70 %-al csökkent. A megmunkált felület felületi minõsége igen kedvezõen alakult, a munkadarab és a szerszám hõmérséklete alig változott, a forgácsolási folyamat során keletkezett hõ túlnyomó részét a forgács vezette el. Az 1980. évi chicagói nemzetközi szerszámgépkiállításon az Ex-Cell-O olyan megmunkálóközpontot állított ki, amelynek fõorsója n = 40 000 min-1 fordulatszámmal forgácsolt. A Darmstadti Mûszaki Fõiskolán (1978. évben) végzett kísérletek során váltólapkás homlokmaró szerszámot használtak, az alkalmazott forgácsolási sebesség v = 2400 ÷ 5 400 m/min, az elõtolás sebesség pedig vf = 2 000 ÷ 10 000 mm/min tartományban helyezkedett el. Megmunkálandó anyagként AlCuMgPb alumínium ötvözetet választottak. A kísérletek eredményeként megállapították, hogy a fogásmélység növelése a fellépõ forgácsoló erõ megnövekedésével jár, elsõsorban a

UJ TECHNOLÓGIÁK

-3 -

2003.


homloklapon és a szerszáméleken ébredõ súrlódás, valamint a megmunkálandó anyag „zömülése”, ridegedése miatt (2. ábra)

2. ábra. A forgácsoló erõ és a fogásmélység összefüggése

3. ábra. Az Ra átlagos felületi érdesség a forgácsolási és az elõtolási sebesség függvényében

UJ TECHNOLÓGIÁK

-4 -

2003.


A felületminõség a nagysebességû marásnál valamennyi forgácsolási sebességnél és elõtolási sebességnél kedvezõen alakult. A v = 4 800 ÷ 5 400 m/min forgácsolási sebesség tartományban és a vf = 2 000 ÷ 4 000 mm/min elõtolás tartományban acélanyagok megmunkálásánál a felületi minõség (Ra )közel azonos a köszörült felület minõségével (3. ábra). A kísérleteket hûtés nélkül hajtották végre, mert vf = 2 000 mm/min elõtolási sebesség felett valamennyi forgácsolási sebesség mellett sem a munkadarabon, sem a szerszámon nem lehetett hõmérsékletemelkedést észlelni. A HSC technológia alkalmazásának jelenlegi helyzetét jól jellemzi a fejlett ipar szerszám- és süllyeszték gyártásával, illetve azok gyártó üzemeiben végzett felmérés (1. táblázat) adatai. 1. táblázat Fejlõdési tendenciák a szerszámgyártásban használt technológiai eljárásoknál Gyártási technológiák

HSC-marás

Technológiák arányai (%-ban) 1985 1995 2005 4 10 46

Helyzetköszörülés

16

15

12

Elektroeróziós gépek (tömbös és huzalos szikraforgácsoló gépek)

80

75

42

Az 1. táblázatból leolvasható, hogy a három legjelentõsebb szerszámgyártási technológia részesedése alapvetõen megváltozik. A helyzetköszörülés aránya lényegében nem változik, ugyanakkor néhány éven belül a szikraforgácsolás aránya csaknem a felére csökken. Illetve ezzel párhuzamosan a HSC megmunkálás aránya tízszeresére növekszik. 1.2 A nagysebességû megmunkálás fogalma A nagyvonalú történeti áttekintésben foglaltak alapján feltehetjük a kérdést, mit is nevezhetünk nagysebességû megmunkálásnak. Jó közelítéssel azt a választ adhatjuk, hogy amennyiben a forgácsolási sebesség meghaladja a v = 500 m/min értéket, nagysebességû forgácsolásról beszélünk. A Schiffertõl származó csoportosítás szerint: ♦ a v < 500 m/min sebességû forgácsolás a szokásos sebességû, ♦ a v = 500 ÷ 10 000 m/min sebességû forgácsolás a nagysebességû és ♦ a v > 10 000 m/min sebességû forgácsolás az extrém nagy sebességû megmunkálásnak nevezhetõ. A sebességhatár erõsen függ a megmunkálás módjától is. A 4. ábrából leolvasható, hogy például marásnál számottevõen alacsonyabb a sebességhatár, mint esztergálásnál. Figyelemre méltó, hogy a hazai iparban dolgoznak már olyan köszörûgépek,

UJ TECHNOLÓGIÁK

-5 -

2003.


amelyek a nagysebességû köszörülés sebességtartományában (v > 100 m/s) dolgoznak .

4. ábra. A nagysebességû forgácsolás sebesség tartományai különbözõ forgácsolási eljárásoknál

Az 5. ábra a nagysebességû marás - a megmunkálandó anyagtól függõ - forgácsolási sebesség tartományait szemlélteti. Az ábrából leolvasható, hogy acél anyag esetén például a HSC tartomány v = 500 m/min felett kezdõdik, ugyanakkor ez a határ alumínium esetén v = 2 500 m/min. 1.3 A HSC forgácsolási folyamat jellemzõi A fentiekben leírtakat összefoglalva megállapítható, hogy a nagy forgácsolási sebesség hatására Ø a forgácsoló él elõtt az anyag rideggé válik, Ø a forgács a forgácstõnél képlékeny alakváltozás nélkül letörik, Ø csökken a forgács leválasztáshoz szükséges energia és Ø csökken a keletkezõ hõ.

UJ TECHNOLÓGIÁK

-6 -

2003.


5. ábra. A nagysebességû marás sebesség tartományai különbözõ anyagok forgácsolásánál

A nagysebességû forgácsolás legfontosabb jellemzõi: Ø kis fogásvétel (kis forgácskeresztmetszet), Ø jó felületi érdesség (≈Ra=0,2 µm), Ø kedvezõ szerszám éltartam, Ø nem keletkezik élrátét, Ø egyenirányú marás alkalmazása (6. ábra) Ø hûtés nagy nyomású levegõvel, illetve szerszámon keresztül. Az egyenirányú marás elõnyei különösen érvényesek a nagysebességû megmunkálás esetén. Az 6. ábra alapján könnyen belátható, hogy ellenirányú marásnál a marószerszám élei „nulla” vastagságú forgácsot választanak le, illetve azt kellene leválasztaniuk. Miután a forgácsoló élének mindenképpen van valamilyen sugara, kezdetben a forgácsoló él csak képlékenyen alakítja, „túrja” az anyagot, és csak akkor választja le már a forgácsot, amikor annak vastagsága nagyobb lesz, mint az él rádiusza. Ez a kezdeti jelenség, amely rezgésekhez is vezethet, káros a szerszámra nézve, annak kopását fokozza, de jelentõsen rontja a megmunkált felület minõségét is. Az egyenirányú marásnál az egyes forgácsoló élek fogásba lépésüknél véges vastagságú forgácsot választanak le, tehát az elõzõekben leírt problémák nem merülnek fel. Ugyanakkor egyenirányú marást csak olyan szerszámgépen lehet alkalmazni, ahol hézagmentesített orsó-anya kapcsolattal bíró mozgató orsó biztosítja az elõtolást. A nagysebességû marásnál az egyenirányú marás a következõ elõnyöket jelenti: v a forgácsoló élre csak nyomófeszültség hat, ebbõl következõen kisebb az él letöredezésének veszélye, v kisebb hõ fejlõdik, ezért megnõ a szerszám éltartama, v a munkadarab deformációja igen csekély, v kisebb radiális erõ ébred, csökken a szerszámgép igénybevétele.

UJ TECHNOLÓGIÁK

-7 -

2003.


6. ábra. Az egyenirányú és az ellenirányú marás

Nagysebességû megmunkálásnál kiemelt jelentõséggel bír a hûtés. Elsõdleges feladat a forgács eltávolítása a munkatérbõl, valamint a „hõsokk” elkerülése. Acél és öntöttvas megmunkálása esetén többnyire nagy nyomású levegõvel oldják meg a hûtést, míg alumínium megmunkálásánál hûtõ-kenõ folyadékot használnak. A hûtés hatásfoka számottevõen növelhetõ azzal, ha a hûtõközeg a szerszámon keresztül jut el a forgácsolási zónába.

1.4 A nagysebességû forgácsolás alkalmazásának feltételei A nagysebességû megmunkálás a forgácsolási folyamatot alkotó MKGSI-rendszer (munkadarab-készülék-szerszámgép-szerszám-irányítás) valamennyi alkotóelemével szemben fokozott követelményeket támaszt. Ezek közül kissé részletesebben foglakozunk a szerszámmal, a szerszámgép és annak vezérlésével, a szerszámtartóval, valamint a számítógéppel segített gyártással (CAM) összefüggõ követelményekkel. Ø A szerszámmal szemben támasztott követelmények A nagysebességû forgácsolásnál fellépõ dinamikai igénybevételek, illetve a speciális forgácsleválasztási viszonyai a forgácsoló szerszámmal szemben az alábbi követelményeket támasztják: ♦ dinamikus kiegyensúlyozottság, ♦ szimmetrikus kialakítás, ♦ rövid kinyúlás, ♦ pozitív élgeometria, nagy hátszög, ♦ merev felépítés (erõsített szerszámszár), ♦ keményfém szerszámanyag (illetve -lapka)TiAlN bevonattal, ♦ mérethatár; átmérõ 20 mm

UJ TECHNOLÓGIÁK

-8 -

2003.


♦ szerszámon keresztül történõ hûtés lehetõsége, ♦ minél magasabb megengedhetõ fordulatszám. Ø A szerszámgéppel szemben támasztott követelmények ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦ ♦

fõorsó fordulatszám: (30 000 – 45 000 min-1), programozott elõtolás: (40 – 60 m/min), gyorsjárati elõtolás: (60 – 90 m/min), speciális nagysebességû szervohajtások, CNC program végrehajtási sebesség (1-20 ms/mondat), adatátviteli sebesség (50 000-250 000 bit/s), merev felépítés, hõstabilitás, rezgésérzéketlenség, hibakompenzálási lehetõségek (hõmérséklet, golyósorsó, pályakövetés), ♦ program elõreolvasás, ♦ spline interpoláció, ♦ ütésálló burkolat. Ø A szerszámtartóval szemben támasztott követelmények ♦ dinamikus kiegyensúlyozottság, ♦ szimmetrikus kilakítás, ♦ merev befogás (például hidro-mechanikus), ♦ kis méret és tömeg. Ø CAM alkalmazása A nagysebességû forgácsolás követelményeinek minél teljesebb kielégítése érdekében a CAM (Computer Aided Manufacturing – számítógéppel segített gyártás) szoftverrel szemben speciális követelményeket támasztanak. A teljesség igénye nélkül ezek közül az alábbiakban néhányat bemutatunk. v Közel állandó szerszámterhelés forgácsolás közben Az egyenletes szerszámterhelés érdekében biztosítani kell ♦ a hirtelen irányváltások minimalizálását, ♦ a fokozatos anyagleválsztást, ♦ a spline interpoláció lehetõségét. A hirtelen irányváltásokat lehetõleg kerülni kell, illetve amennyiben az elkerülhetetlen, olyan mozgási stratégiát kell választani, amely •

a megmunkálandó anyagba folyamatos behatolást és kilépést biztosít (pl. spline, csavarvonal, körív, stb.),

•

„lágy” átmeneteket biztosít (éles irányváltások „lekerekítésével”) a gyorsmeneti mozgásoknál is,

•

minimális pozicionáló mozgással oldja meg a helyzetreállítást.

A fokozatos anyagleválasztás biztosítása érdekében •

nagyolásnál az anyagleválasztást állandó radiális és axiális fogásvétellel te rvezi meg és hajtja végre,

UJ TECHNOLÓGIÁK

-9 -

2003.


•

elõsimításnál a megmunkálásra több lépcsõben, egyre kisebb szerszámokkal és állandó terhelés mellett, kerül sor,

•

elõsimításnál a szerszám a lehetõ legharmonikusabb pályán (pl. csavarvonal mentén) halad, majd sor kerül a „maradék anyag eltávolítására.”

Ø Képzett szakemberek alkalmazása Az elõzõekben felsorolt követelmények csak abban az esetben teljesülhetnek, ha mind a gyártáselõkészítésben, mind a végrehajtásban jól képzett szakemberek mûködnek közre.

1.5. A nagysebességû forgácsolás alkalmazásának tapasztalatai v Alkalmazási célok Ø Termelékenység fokozása, átfutási idõk csökkentése Ø Méretpontosság javítása Ø Költséges mûveletek (pl. köszörülés) kiváltása Ø Kézi mûveletek (pl. polírozás) kiváltása Ø Szikraforgácsolási (ezen belül is elsõsorban a tömbös szikraforgácsolási) mûveletek kiváltása, illetve minimalizálása. v Alkalmazási területek Korábban már megállapítottuk, hogy a HSC-megmunkálást elsõsorban a szerszám- és süllyeszték gyártásban alkalmazzák, de egyre inkább teret kap a normál alkatrészgyártásban is, különösen a könnyû fémek és a mûanyagok megmunkálása terén. Ezen belül is elsõsorban nagyobb sorozatoknál és nagy bonyolultságú alkatrészek gyártásában várható jelentõs térhódítása. A könnyûfémek és a mûanyagok anyagjellemzõik folytán igen alkalmasak a nagysebességû forgácsolásra. Az alkalmazásra kerülõ fordulatszám elérheti az n = 180 000 min-1 értéket és a forgácsolási sebesség akár v = 7 000 m/min is lehet. A jelenleg már alkalmazott forgácsolási teljesítmények összehasonlítását szemléltetõ 2. táblázat adataiból leolvasható, hogy a hagyományos megmunkáláshoz képest a HSC- megmunkálással mintegy ötszörös anyagmennyiséget lehet leválasztani. Annak köszönhetõen, hogy a nagy forgácsolási és elõtolási sebesség mellett az egyes szerszámélek kisebb vastagságú forgácsot választanak le, nemcsak a forgácsteljesítmény növekszik meg ugrásszerûen, hanem a kialakuló felület felületi minõsége is jelentõsen jobb lesz, mint a hagyományos megmunkálásnál. A felület megközelítheti, sõt el is érheti a köszörült felületi minõséget, ezzel az igen költséges köszörülési mûvelet egyes estekben elhagyható. Különös jelentõséggel bír az a tény, hogy ezzel a módszerrel akár edzett, kemény (pl. 62 HRC keménységû) acélból készült munkadarabok megmunkálása is lehetséges. Az újonnan létesített üzemekben már megjelent a „keménymegmunkálás” fogalom, illetve üzemrész is.

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 10 -

2003.


Ø Szerszámgyártás (edzett szerszámacélok, réz, öntöttvas, alumínium, grafit…), Ø Kisméretû alkatrészek gyártása, Ø Repülõgép alkatrészek gyártása (alumínium, rozsdamentes acél…), Ø Jármûipari alkatrészek gyártása (alumínium, öntöttvas, acél…), Ø Elektronikai ipar alkatrészeinek gyártása (alumínium, réz…), Ø Orvosi mûszergyártás (rozsdamentes acélok, titán…), Ø Edzett, kemény anyagok (akár 62 HRC keménységû anyagok) megmunkálása, Ø Prototípus gyártás (alumínium, mûanyagok…) 2. táblázat Forgácsolási teljesítmények összehasonlítása Marás: keményfém szerszám, szerszám átmérõ: 20 mm, fogásmélység 10 mm, megmunkálandó anyag: Alumínium Hagyományos marással Fordulatszám Elõtolási sebesség Fõhajtás teljesítménye Forgácsolási teljesítmény

-1

HSC HSC marással (golyós- marással (mágnecsapággyal)

ses csapággyal)

min

6 000

15 000

40 000

mm/min

2 400

6 000

12 000

kW

8

20

40

cm3 /min

480

1 200

00

1.6. A nagysebességû forgácsolás és a száraz megmunkálás összehasonlítása A nagysebesség forgácsoláshoz – klasszikus esetben – nagy mennyiségû hûtõfolyadékra van szükség. A nagy mennyiségû hûtõfolyadék felhasználás valamilyen formában jelentõs környezetterhelést eredményez. Erõteljes törekvés tapasztalható a nagysebességû megmunkálás környezetterhelésének csökkentésére vonatkozóan, a technológiai fejlesztések egyik központi témája a hûtõ-kenõ folyadékok használatának drasztikus csökkentése, esetenként használatuk teljes kiiktatása, azaz az un. száraz forgácsolás meghonosítása, ipari méretekben történõ bevezetése. Terjed a száraz megmunkálás és a nagysebességû megmunkálás elõnyeit is magában foglaló száraz nagysebességû forgácsolás (D-HSC; Dry High Speed Cutting). A „száraz”, kenõanyag nélküli megmunkálást, illetve a minimálkenést ipari körülmények között néhány hazánkban mûködõ vállalat (pl. az AUDI) használja. Prognózisok szerint 2003-ban Németországban a minimálkenés eléri a 20%-ot. A 9.7. ábra összehasonlító áttekintést ad a szárazmegmunkálásról és a HSC-rõl, továbbá összefoglalja a „száraz-HSC” feltételeit.

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 11 -

2003.


Ismert, hogy öntöttvasat abszolút szárazon is kiválóan meg lehet munkálni. Ugyanakkor acél, vagy alumínium esetén elsõsorban az élrátétképzõdés veszélye miatt az abszolút száraz megmunkálás még ma sem lehetséges. Furat megmunkálása esetén átlagosan 10 l/min hûtõfolyadék szükséges. Az élrátét kiküszöböléséhez azonban ennek töredéke, kb.10 ml/óra, is elegendõ. Az így kialakult eljárást „álszáraz” forgácsolásnak nevezik, és valójában közel azonos a száraz megmunkálással, hiszen a hûtõ-kenõ közegként használt környezetkímélõ bio-olajok a felhasználás helyén azonnal elpárolog és mind a munkadarab, mind a forgács gyakorlatilag száraz marad. Az igen magas forgácsolási sebesség és elõtolás jelentõs mértékben növelik a termelékenységet. A termelési költségek összehasonlítását szemlélteti a 8. ábra hagyományos, HSC és száraz HSC megmunkálás esetén. Az ábrából leolvasható, hogy a nagyon lényeges környezeti szempontok mellett nem elhanyagolható gazdasági elõnyök is mutatkoznak száraz HSC alkalmazása esetén.

8. ábra. Termelési költségek összehasonlítása hengerfej (ALSi9) fúrásánál

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 12 -

2003.


Forgácsolás és szerszámai tanfolyam az AUDI Hungária Motor Kft. számára

7. ábra. A száraz és a HSC-megmunkálás elõnyei és hátrányai, a száraz HSC feltételei

DR. IGAZ, Dr. PINTÉR: 9-UJTECHNOLÓGIÁK

- 13 -

2002. április


A magas forgácsolási sebesség következtében igen jelentõs a szerszám hõterhelése. A magas hõterhelés csökkentésére az alábbi lehetõségek kínálkoznak: ♦ Olyan szerszámanyagot választani, amely még igen magas hõmérsékleten is megtartja keménységét; ♦ Csak megfelelõen „éles” szerszámmal végezzük a megmunkálást. Keményfém szerszámnál különösen ügyelni kell a minél kisebb szerszám élsugár biztosítására, mert csak így kerülhetõ el az un. „karataeeffektus”. A karateeffektus akkor jön létre, ha nem kellõen éles, esetleg csorbult szerszámél nem vágja, hanem „szakítja” a forgácsot. Közel ideális megoldást jelenthet keményfém szerszámoknál az „ultrafinom” szemcsék alkalmazása, ezek mérete akár 0,3 ìm is lehet. ♦ Az lenne az optimális, ha a szerszámba jutó hõmennyiséget lehetne drasztikusan csökkenteni. Ezt a célt szolgálják a hõszigetelõ keménybevonatok. A legrosszabb hõvezetéssel bíró és így a legjobb hõszigeleõ tulajtonsággal bíró bevonat a TiAlN bevonat. A nagysebességû száraz forgácsolás megvalósításához alapvetõen fontos a forgácseltávolítás hatékony megoldása. Alkalmazott megoldások: Ø Forgácselszívó, Ø Forgácsporszívó, Ø CNC szívó tengelyek a szívótorok és a forgács közötti távolság minimalizálására Ø Ferdén alulról történõ megmunkálás (9. ábra), itt problémát jelent a munkadarab befogásának megoldása Ø Szerszámtartóba elhelyezett forgácseltávolító berendezés

A 10. ábra egy konkrét példát mutat be a szerszámtartóba integrált kenõberendezésre, az ökotokmány szerkezeti kialakítására vonatkozóan.

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 14 -

2003.


9. ábra. Alulról történõ ferde megmunkálás

10. ábra. Ökotokmány felépítése

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 15 -

2003.


2. Ultraprecíziós forgácsolás

Már a 17. században készítettek rézbõl tükröket üveg és porcelán kísérleti célból történõ megolvasztására, továbbá csillagászati tükörteleszkópok számára. Emanuel Maignan 1648-ban már olyan esztergát szerkesztett, amivel hiperbolikus (fszférikus) fémtükröket lehetett esztergálni. A fémtükrök készítése terén az igazi fejlõdés azo nban csak 1945 után következett be, amikor szerszáméiként természetes gyémánt egykristályt kezdtek alkalmazni. Az ultraprecíziós technika gyors fejlõdését a teljesítménylézerek kifejlesztése, valamint az infravörös optika elterjedése ösztönözte. Fémtükrök számára jól reflektáló anyagokat (réz, alumínium, nikkel, arany, ezüst, platina) alkalmaznak. Az infravörös tartományban jó áteresztõképességgel rendelkezõ anyagok (germánium, szilícium, galliumarzenid, cinkszelenid, magnéziumfluorid stb.) a megfelelõek. Egyéb optikai elemeket (pl. beültethetõ szemlencse, kemény kontaktlencse stb) mûanyagokból (PMMA, polisztirol, nylon stb.) készítenek. A berendezések hatásfokának javítása az optikai felületektõl 1 mikrométer alatti megmunkálási pontosságot, néhány tucat esetleg néhány tíz nanométeres átlagos érdességet igényel. Ilyen pontos felületeket csak rendkívül kicsi (mikrométer körüli mérettartományba esõ) forgácsméretek beállításával lehet szabályos é!geometriával rendelkezõ szerszámmal elõállítani. Ezért ezeket a megmunkálásokat szubmikronos megmunkálásoknak, ultraprecíziós megmunkálásoknak, nanotechnológiának, mikroforgácsolásnak stb. is nevezik. A legfontosabb alkalmazási területeket a 3. táblázat foglalja össze. 3. táblázat Az ultrapreciziós megmunkálások alkalmazási területei Alkalmazási terület Anyag Fényvisszaverõ Scanner a megmunkáló Alumínium optikai elemek lézerekhez Réz, Arany (tükrök) Sík- és parabolatükrök a Nikkel megmunkáló lézerekhez Ezüst Fénymásoló és léze rPlatina nyomtató dobok Molibdén Áteresztõ Freznellencse Optikai mûoptikai Germánium lencse anyagok, Gerelemek (lencsék) napelemek lencséi mánium, SzilíciA lézersugarak fókuum, Ga As, Zn száló és kiléptetõ lencséi Se, Zn S Mágn. merev adattárolók Alumínium Mechanikai elemek, (harddiszk) Nikkel alkatrészek Videorekorderekhez Réz szalagvezetõ görgõk Sárgaréz Légcsapágyazás alkatrészei, Vákuumtömítések, Részecskegyorsítók elektródái

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 16 -

Követelmény Reflexió: 98% Alakpontosság: 0,2...0,01 µm Érdesség: Ra ≈ 0,005 µm Alakpontosság: 0,2...0,01 µm Érdesség: Ra ≈ 0,002 µm Alakpontosság: 0,5...0,1 µm Érdesség: Ra ≈ 0,01 µm

2003.


A megmunkálási pontosság az acélból készült alkatrészekkel szemben is fokozódott. Vastartalmú anyagok gyémánt éllel nem forgácsolhatók, mert normál körülmények között (600 °C-os forgácsolási hõmérséklet felett) vas jelenlétében megindul a gyémánt grafittá alakulása. Vastartalmú kemény anyagok forgácsolására a gyémánt után a második legkeményebb anyag, a köbös bórnitrid a legalkalmasabb. Megfelelõen merev gépen, edzett kemény anyagok szabályos élû szerszámmal 1 ìm körüli pontossággal 10 nanométer nagyságrendû átlagos érdességgel munkálhatók meg. Ez a pontosság a hagyományos precíziós megmunkálásokkal elérhetõ pontosság és az ultraprecíziós pontosság közé esik, ezért fokozott pontosságú megmunkálásnak, vagy ultraprecíziós keménymegmunkálásnak nevezzük. A köbös bórnitrid (CBN) jó hõállósága miatt nem igényel hûtést, azaz környezetbarát megmunkálásnak tekinthetõ. Többek között ezen tulajdonsága miatt a köszörülés alte rnatívájaként egyre gyakrabban alkalmazzák. A megmunkálási eljárások osztályozásakor mindkét megmunkálást a "forgácsolás szabályos élû szerszámmal" megmunkálások közé soroljuk. A változatoknál azonban az eltérõ sajátosságok miatt célszerû a hagyományos eljárásoktól megkülönböztetni és külön változatként megemlíteni. Az ultraprecíziós megmunkálásokra egységes osztályozás még nem alakult ki. A leggyakrabban alkalmazott besorolásokat a 11. ábrán tüntettük fel.

Megmunkálási eljárás/változat Esztergálás, marás Finomesztergálás, Köszörülés Leppelés, finomköszörülés Mikroforgácsolás, mikroköszörülés Polírozás, elektrokémiai polírozás

Megkövetelt pontosság Alakhiba [PV] / Érdesség [Ra] < 50 ìm / 1.6 ìm < 25 ìm / 0.24 ìm < 10 ìm / < 0.13 ìm < 1 ìm / <0 1 ìm < 0.1 ìm / «0.01 ìm

Osztályba sorolás Finommegmunkálás Precíziós megmunkálás Nagypontosságú megmunkálás Ultraprecíziós megmunkálás Nanotechnológia

11. ábra. A megmunkálási eljárások osztályozása az elérhetõ pontosság szerint Forrás: Dr. Horváth – Dr. Markos – Gépgyártástechnológia 9.29. ábra /287. old.

Más osztályozás szerint a 11. ábra elsõ sora a hagyományos megmunkálásokkal elérhetõ pontosságot jelöli. A második és harmadik sort precíziós megmunkálásoknak, míg a negyedik és ötödik sort ultraprecíziós megmunkálásnak nevezzük. Az ultraprecíziós megmunkálások a hagyományos és precíziós megmunkálásoktól mi nden tekintetben eltérõ körülményeket igényelnek. Gyártócsarnok, környezet Az ultraprecíziós gépeket klimatizált csarnokba telepítik, ahol a hõmérséklet 20±0,5C° határok között ingadozhat, a relatív nedvességtartalom 50%. A csarnok levegõjének porszegénynek kell lennie. Általában 4000-s tisztaságot írnak elõ (4000 db 0,5µm alatti porszem 1 köblábban). Gyártógépek, vezérlés Az ultraprecíziós gépeket rezgésszigetelt alapra helyezik. A gépágy alá aktív rezgéscsillapításként légrugókat helyeznek. A gépágyat jó rezgéscsillapító anyagból (gránit,

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 17 -

2003.


gömbgrafitos öv) készítik. A fõorsó és a vezetékek aerosztatikus vagy hidrosztatikus csapágyazásúak. A CNC vezérlés felbontóképessége (legkisebb programozható inkrementum) 0.1µm…0.01µm, a szerszámgép mérõrendszere is általában speciális lézerinterferométeres útmérõ mérõeszköz, 0.01 µm mérési pontossággal. Munkadarab befogás A munkadarabok befogására általában vákuumtokmányt használnak. Ha az nem le hetséges, akkor speciális felfogó készüléket alkalmaznak, amelyet azonban a befogott munkadarabbal együtt statikusan és dinamikusan ki kell egyensúlyozni. Üvegeket mûanyagokat gyakran felragasztással rögzítenek. Edzett acélok puhapofás tokmányba, patronba stb. is befoghatók. Munkadarab anyaga A munkadarabok anyagszerkezeti állapota, az anyag homogenitása, a krisztallitok nagysága és orientáltsága nagymértékben befolyásolja a megmunkált felület topográfiáját. Legjobb felület amorf, mikrokristályos, vagy martenzites szerkezet esetén érhetõ el. Olyan megmunkálásoknál, amikor a szerszám eredõ sebessége és az atomrács síkjainak az iránya állandó szöget zárnak be (pl. gyalulás), az egykristály anyagnál kiváló felületi minõséget tudnak elérni. Forgácsoló szerszám A lágy és kemény anyagok forgácsolásakor alkalmazott szerszámok mind anyagukban, mind pedig geometriai kialakításukban rendkívüli módon eltérnek egymástól. Lágy anyagok (pontosabban vasat nem tartalmazó anyagok) ultraprecíziós forgácsolására kizárólag gyémánt egykristály étanyagot használnak. Néhány esztergakést láthatunk a 12. ábrán.

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 18 -

2003.


12. ábra. Néhány jellegzetes gyémánt esztergakés

Forrás: Dr. Horváth – Dr. Markos – Gépgyártástechnológia - 9.30. ábra /289. old.

A kés jósága szempontjából meghatározó a gyémánt szennyezettsége (tisztasága), él lekerekedési sugara (élessége) az él érdessége és alakhibája. Szférikus és aszférikus felületek esztergálására rádiuszos éllel rendelkezõ szerszámot használunk. Mivel az esztergáláskor a munkadarabba) mindig más étpont (étszakasz) érintkezik, a pontosságot az él pontossága befolyásolja. Így az étsugár körtõl való eltérésének 1 ìm alatt kell lennie. A leválasztható minimális forgácsvastagságot az él lekerekedési sugara (rβ ) határozza. meg. Tükörfelületek esztergálásakor 1 ìm k örüli elõtolással is dolgozunk. Így a jól élezett gyémánt él étlekerekedési sugarának 10 nanométeres nagyságrendben kell lennie. Edzett kemény anyagokhoz külön finommegmunkálásra 1-3ìm krist ályméretû, kb. 50% köbös bórnitridet tartalmazó szerszámanyagot fejlesztettek ki. A köbös bórnitridet keményfém lapra szinterelve, keményfém lapkába forrasztva, vagy önálló váltólapkaként hozzák forgalomba. Mivel a köbös bórnitrid kristályok mérete az étlekerekedés mértékét (élezhetõségét) is meghatározza (râ= 1.5-3ìm) ez ért a leválasztható minimális forgácsvastagságot nem célszerû 10ìm-n él kisebbre választani. A forgácsleválasztási folyamatból származó rezgések csökkentése és a merevség növelése érdekében általában keményfémbõl vagy nehézfémbõl készített késszárat alkalmaznak. Technológiai sajátosságok Gyémánt egykristály szerszámmal történõ forgácsoláskor a felület jóságát a már említetteken kívül számos egyéb technológiai körülmény zavarja. A felület érdességére a forgácsolási sebesség általában nincs, vagy csak nagyon kis mértékben van hatással, ezért a fordulatszám sokszor tág határok között változtatható. Így lehetõségünk van a munkadarab tömegének figyelembevételével a legalacsonyabb rezgésszintet megkeresni és azt beállítani. A rezgésre és rezonanciára már a munkadarabok tervezésekor oda kell figyelni. UJ TECHNOLÓGIÁK

- 19 -

2003.


Fémek forgácsolásakor általában speciális petróleum vagy alkohol ködhûtést (kenést) alkalmazunk, míg mûanyagoknál leginkább vizet. A hûtés-kenés jelentõsen befolyásolja a forgácsolt felület minõségét, ezért gondos beállítása fontos és nagy tapasztalatot igénylõ feladat. Kiterjedt nagy felületek forgácsolása a kis elõtolás miatt sokszor órákat is igénybe vesz. Tehát a legapróbb részletre kiterjedõ azonos körülményeket a forgácsolás egész idõtartama alatt biztosítani kell. Kemény, edzett acélok forgácsolásakor a forgácsméretek egy nagyságrenddel, az anyag szilárdsága sokszorosan nagyobb, mint nem vas alapú anyagok forgácsolásakor. Ezért a forgácsolási erõ komponensei is 1-2 nagyságrenddel nagyobbak (5-25N) lesznek. Mindebbõl az következik, hogy amíg a gyémánttal történõ forgácsolást zömében aerosztatikus csapágyazású gépeken végezzük, addig az acélok forgácsolására a jobban terhelhetõ, merevebb, hidrosztatikus csapágyazású gépek a megfelelõk. A szerszám kopási sebessége és a felület érdessége nagymértékben függ a forgácsolási sebességtõl. Ultraprecíziós keményforgácsoláskor tipikus az olyan forgácsolási sebesség, amelynél a kopási sebesség minimális. Általában ennél a sebességnél kapjuk a legjobb felületi minõséget is. Az optimális forgácsolási sebesség és a felületi érdesség a szerszám és munkadarab anyagától, forgácsméretektõl, a szerszám élkialakításától és még számos más tényezõtõl függ, amelyre technológiai ajánlások és a tapasztalat nyújtanak támpontot.

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 20 -

2003.


3. Minimálkenés, száraz forgácsolás Jelenleg a fémmegmunkáláshoz (forgácsolás, képlékeny alakítás) Magyarországon évente 4000 t hûtõ-kenõ anyagot használnak fel. Ebbõl 300 t nyomonkövethetõen regenerálásra ill. megsemmisítésre, a többi a környezetet szennyezõ módon a levegõbe, csatornába, talajba kerül. A minimális kenési technológia (2-50 ml/óra) alkalmazásával a felhasznált kenõ anyag igen jelentõsen csökken a hagyományos , elárasztásos kenéshez (2-10 l/óra) viszonyítva, ennek megfelelõen csökken a környezet terhelése is. Hazánkban a minimálkenést csak néhány cég alkalmazza. A kis- és közepes vállalatoknál elvégzett felmérések alapján megállapítható, hogy többségüknél a hûtõ-kenõ anyag kezelése megoldatlan a minimális kenés technológiáját nem ismerik. A „száraz”, kenõ anyag nélküli megmunkálás ill. a minimálkenés kutatása az elmúlt években jelentõsen felgyorsult, és nemzetközi együttmûködés keretében- EUprojektek- folyik. Ezek mellett nemzeti, államilag támogatott programok (pl. Németországban „Produktion 2000-Trockenbearbeitung 18 millió DEM) folynak nagy vállalatok (pl. BMW, BOSCH stb.) részvételével. Németországban az elmúlt évben 10 ezer berendezést állítottak üzembe, a prognozisok szerint 2003-ban a minimálkenés aránya eléri a 20 %-ot. E technológia elterjesztésére Németországban államilag támogatott hálózati rendszert hoztak létre a kutatóhelyekbõl, melyek feladata az ipari bevezetés elõkészítése, szakmai hátterének biztosítása, szemináriumok, bemutatók tartása, a szükséges adaptációs kutatási-kísérleti munkák elvégzése elsõsorban a megfelelõ szakirányú kapacitással nem rendelkezõ kis- és közép vállalatok részére. Megállapítható tehát, hogy az utóbbi idõben a forgácsoló megmunkálásban is elõté rbe kerültek a környezeti és költség szempontok, tudatos törekvés figyelhetõ meg a hûtõ-kenõ anyagok csökkentésére, illetve elhagyására vonatkozóan. Ismert a hûtõkenõ anyagok pozitív hatása a forgácsolási folyamatokban. A hûtõ-kenõ anyagok csökkentik szerszám és a munkadarab közötti súrlódást, illetve a forgácsolás során keletkezett hõ jelentõs részét elvezeti. Egyes megmunkálásoknál fontos az öblítõ hatásuk is, ennek révén a forgács eltávolítható a keletkezése helyérõl. A hûtõ-kenõ anyagok használata a szerszámok élettartamát (éltartamát) megnöveli, és pozitívan befolyásolja a munkadarab méret- és alakpontosságát. A hûtõ-kenõ anyagok alkalmazásának negatív vonásai egyre több figyelmet kapnak, ezek a teljesség igénye nélkül: • Károsítja az emberi egészséget, • A hulladék elhelyezés és -ártalmatlanítás következtésben környezetszennyezés veszélye jelentkezik, • Felmerül a munkadarab tisztításának szükségessége, • Jelentõs költségtényezõ. A minimálkenésrõl 2-50 ml/óra kenõanyag felhasználás esetén lehet beszélni. Minimális mennyiségû kenõanyaggal történõ kenéssel (minimálkenéssel, MMS) acélés alumínium anyagok megmunkálása esetén a hagyományos emulziós megmunkáláshoz hasonló forgácsolási paraméterek és eredmények érhetõk el (13. ábra).

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 21 -

2003.


13. ábra Minimálkenés (MMS) és jellemzõi Forrás: HTCM LTD. Finomfúrás és dörzsárazás minimális mennyiségû kenéssel. Jármûvek 2001.1-2.

Az MMS adagolása két módon történhet: Ø kívülrõl fúvókákon, Ø a szerszámgép fõorsó, illetve a szerszám csatornáin keresztül belsõ hûtõközeg hozzávezetéssel (14. ábra).

14. ábra A minimálkenés (MMS) lehetséges módozatai Forrás: HTCM LTD. Finomfúrás és dörzsárazás minimális mennyiségû kenéssel. Jármûvek 2001.1-2.

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 22 -

2003.


Kedvezõbb a belsõ hûtõközeg hozzávezetés, mert a forgácsolóél folyamatos és biztonságos kenését csak így lehet biztosítani. A levegõnek és a kenõanyagnak a szerszámgép fõorsón, illetve a szerszámon keresztül történõ adagolásnál két változatot használnak. A 4. táblázat összefoglalja az egycsatornás és a kétcsatornás elv jellemzõit. 4. táblázat Az egycsatornás és a kétcsatornás belsõ MMS-adagolás összehasonlítása Egycsatornás elv Fõ jellemzõk Elõnyök

Hátrányok

Kétcsatornás elv

Keverékképzés a forgórészbe történõ Keverékképzés a fõorsó és a szerbevezetés elõtt szám közötti részen ♦ egyszerûbb csatlakozás ♦ rövid reakcióidõ ♦ utólagosan kialakítható ♦ alacsonyabb olaj és levegõ felhasználás ♦ jobban beállítható ♦ magyas folyamatbiztonság ♦ magas reakcióidõ ♦ nagyobb tervezési ráfordítás, költségesebb ♦ az olaj kicentrifugálódása, kicsapódása ♦ utólagos felszerelés nehézkes ♦ relatíve magas felhasználás

Ø Az egycsatornás elv (15. ábra) hátránya, hogy a kenõanyag részlegesen kicentrifugálódik, továbbá nemkívánatos lerakódások keletkeznek a vezetõ csatornák azon éleinél, amelyek az áramlási útvonalak mentén helyezkednek el. Az a törekvés tehát, hogy a felhasználás helyéhez közel kell a levegõt és az olajat összekeverni, ez a kétcsatornás elv megvalósítását jelenti. Ø A kétcsatornás elv (16. ábra) szerint tervezett MMS hozzávezetésû fõorsókkal megbízható, rövid reakcióidõvel bíró kenõanyag ellátás valósítható meg közvetlenül a szerszámcsere után, akár n = 16 000 f/min fordulatszámig.

15. ábra Az egycsatornás belsõ MMS adagolás Forrás: HTCM LTD. Finomfúrás és dörzsárazás minimális mennyiségû kenéssel. Jármûvek 2001.1-2.

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 23 -

2003.


16. ábra A kétcsatornás belsõ MMS adagolás Forrás: HTCM LTD. Finomfúrás és dörzsárazás minimális mennyiségû kenéssel. Jármûvek 2001.1-2.

Az MMS hatást gyakorol a szerszámgépek munkaterére is. Fontosabb követelménxek: Ø Ø Ø Ø

biztosítani kell a forgács szabad leesését a munkatérbõl, folyamatos forgácselvezetésrõl kell gondoskodni, el kell kerülni forgácsfészkek kialakulását, a forgáccsal érintkezõ szerszámgép részeket hõszigeteléssel kell ellátni, gondoskodni kell az elszívásról (por).

Az MMS-hez használt szerszámok kialakítása jelentõs mértékben eltér a hagyományos, például emulziós hûtéshez használatos szerszámoktól. A legkedvezõbb megoldást az olaj-levegõ keveréknek a szerszámon keresztül történõ belsõ hozzávezetése biztosítja. A szerszámban lévõ csatorna kialakítását áramlástechnikailag optimalizálják azért, hogy ne következzen be az olaj-levegõ keverék szétválása. A figyelembe veendõ követelményeket szemlélteti a 17. ábra.

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 24 -

2003.


17. ábra A belsõ MMS hozzávezetés konstrukciós kialakítása Forrás: HTCM LTD. Finomfúrás és dörzsárazás minimális mennyiségû kenéssel. Jármûvek 2001.1-2.

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 25 -

2003.


4. Keménymegmunkálások Az edzett acélok preciziós, nagypontosságú megmunkálása ma még többnyire köszörüléssel, azaz geometriailag határozatlan élû szemcsékkel történik. A kemény megmunkálás általában 55-60 HRC-nél keményebb anyagok forgácsoló megmunkálását jelenti. A CBN egykristály és polikristály szerszámanyagok továbbfejlesztésével, valamint a forgácsolási folyamat alapvetõ törvényszerûségeinek feltárásával lehetõség nyílt szabályos élgeometriával rendelkezõ szerszámokkal edzett acélok nagypontosságú megmunkálása a köszörülés alternatívájaként. Edzett alkatrészek "klasszikus" gyártási sorrendje: v kovácsolás, v forgácsolás, v edzés, v köszörülés. A megmunkálandó anyagok forgácsolási tulajdonságainak javítása érdekében a kovácsolást követõen még további hõkezelési mûveleteket szoktak beiktatni a technológiai sorba, A gyártás költsége jelentõs mértékben csökkenthetõ, ha az elõgyártmányt a kovácsolást követõen megedzik, és a munkadarabot egy mûveletben készre forgácsolják. A mûvelethez szükséges magas anyagleválasztási sebesség és a szükséges felületi minõség szabályos élû CBN szerszámmal elérhetõ. A megmunkálandó anyagok keménységüket két egymástól eltérõ módon érik el. ♦ A tiszta martenzites keménységet kizárólag az anyag szövetszerkezetének megváltoztatásával érik el. Mivel a forgácsolás során a forgácstõben a leválasztandó anyag kilágyul, ezért a szerszámanyagnak a nagy keménység mellett magas melegszilárdsággal is rendelkeznie kell. ♦ A karbidkiválásos edzéskor az anyag keménységét a kemény karbidoknak köszönheti. Ebben az esetben a forgácsolás során relatíve lágy anyagszerkezetet forgácsolnak, miközben a karbidszemcsék jelentõs abrazív, koptató hatást fejtenek ki. Ebbõl adódóan a szerszámnak jó kopásállósággal kell rendelkeznie. Ilyen megmunkálásnál még egy kellemetlen jelenséggel, az élrátétképzõdéssel, kell számolni. A szuperkemény élanyagokat gyártó cégek (General Electric, De Beers, ASEA,stb.) keményforgácsolásra BZU 8000, DBC 50,, illetve BU 200 márkajelû köbös bórnitrid anyagokat ajánlják. A köbös bórnitrid (CBN) a gyémánt után a másogik legkeményebb ismert anyag. Rendkívüli nagy keménysége mellett a szívóssága is elfogadható, a keményfém és a kerámia között helyezkedik el. A hõmérséklet változásra nem érzékeny, 1000 Co-ig jó kémiai és fizikai ellenálló képességgel rendelkezik. Gyártása során hexagonális bórnitridbõl kiindulva, UHP-eljárással, nagy nyomáson és magas hõmérsékleten állítják elõ katalizátor segítségével. A szerszámgyártók simításra ã=6o-os homlokszöget és á=6 o-8o-os hátszöget ajánlanak. Az él – csorbulás elleni védelme miatt – 0,1x-20o-os élfazettával is ellátják. A raszter elektron mikroszkópos (REM) felvételek tanúsága szerint az él lekerekedési

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 26 -

2003.


sugara nem lehet kisebb, mint rN=1,5…5 [ìm], mivel az alkalmazott CBN szemcse mérete 1…2 [ìm]. A szokásos forgácsolási paraméterek tartománya: Ø Fogásmélység ap = 10…60 [ìm], Ø Elõtolás f = 10…50 [ìm], Ø Firgácsolási sebesség vc = 100…180 [m/min]. Az edzett acélok szabályos élgeometriával rendelkezõ szerszámmal történõ ultrapreciziós eszetergálás a köszörüléssel összehasonlítva a következõ elõnyökkel bír: • A megmunkálandó felület alakja gyakorlatilag független a szerszámgeometriától, • A megmunkálás nem igényel hûtõanyagot, ez mind környezetvédelmi, mind gazdasági szempontból jelentõs pozitívum, • A felületi réteg károsodása lényegesen kisebb, mint köszörüléskor, • Sokkal nagyobb anyagleválasztási sebesség érhetõ el, mint köszörüléskor. A jelentõs elõnyök mellett ma még számos hátrányos tulajdonsága is van a keménymegmunkálásnak, ezek: • Kisérletek bizonyítják, hogy a beállítható fogásmélység nem lehet tetszés szerinti kicsi értékû, mert kb. 10-20 µm környékén létezik egy minimális fogásmélység, amelynél kisebb értékek alkalmazása esetén a felületi érdesség nem javul, hanem romlik. • A megmunkálás eredménye rendkívül bizonytalan, ugyanis a forgácsolás körülményeinek esetleges változásaira igen érzékenyen reagál. Ilyen bizonytalansági tényezõ például a megmunkálandó anyag szerkezetének esetleges inhomogenitása. • A legnagyobb problémát az éllekerekedés miatti relatíve nagy minimális fogásmélység okozza. Szeszámanyag szerkezeti okokból az éllekerekedés nagysága nem lehet kisebb, mint 1,5-5 µm, az alkalmazott CBN szemcsék mérete ugyanis általában 1-2 µm körül van. A folyamatban lévõ kutatások célja a szemcseméret csökkentése 1 µm méret alá, ezzel csökkenthetõ az éllekerekedési sugár értéke is. Amíg nagy sebességgel általában elektróda anyagot, grafitot és könnyûfémeket forgácsolnak, addig a szerszámgyártásban felmerült annak szükségessége, hogy marógépeken 62 HRC keménységig edzett acél formaadó elemeket, nagy szilárdságú öntvényeket és más, igen kemény alapanyagokat lehessen 1 minkrométer pontossággal megmunkálni. A különbözõ HSC preciziós maróközpontokon mindenekelõtt a szerszám és formakészítésben lehet maximum 60 %-os idõmegtakarítást elérni, mert ez a megmunkálás megközelítõen köszörülési minõséget eredményez. A HSC marógépeket „motors” orsókkal építik, amelyek 12.000, 40.000 vagy 60.000 f/min fo rdulatszámmal forognak, miközben a megmunkálási pontosság pozicióeltérése 0,001 mm a VDI/DGQ 3441 szerint.

UJ TECHNOLÓGIÁK

- 27 -

2003.

SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM ANYAGISMERETI ÉS JÁRMÛGYÁRTÁSI TANSZÉK FORGÁCSOLÓ MEGMUNKÁLÁS

Recommend Documents