NGB_AJ012_1 Forgácsoló megmunkálás (Forgácsolás és szerszámai)
Szerszámkopás, tribológiai jelenségek, rezgések, szerszáméltartam Dr. Pintér József 2015.
Felhasznált irodalom: Pápai Gábor .ppt prezentációja 2013. Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (Előadásanyag 20072008) – BME Járműgyártás és –Javítás Tanszék, BP Dr Igaz Jenő: Forgácsoló megmunkálás II.1. SZE, Győr 145-211. oldal
A FORG. FOLYAMAT
Bemenő jellemzők
Rendszer jellemzők
Beállítási értékek
-gép
-sebesség
-szerszám
-előtolás
-készülék
-nyersdarab -anyag -geom.
-fogásmélység
-hűtés útinformációk
Kimenő jellemzők
Folyamat jellemzők -erő, teljesítmény -hőmérséklet
-rezgések
-akusztikus emisszió
Folyamat eredménye
-mdb. méret, alak -érdesség -felületi réteg -szerszám KOPÁS -szerszám -gép, készülék
A forgácsolás során az érintkező felületek elsősorban a nagy nyomás, a magas hőmérséklet és a nagy sebesség miatt kopnak. Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008) 3
KOPÁSI FOLYAMAT
KOPÁS
TÖRÉS
IDŐ BEKOPÁS
DEGRESSZÍV
LINEÁRIS KOPÁS
KATASZTROFÁLIS TÖRÉS
PROGRESSZÍV
Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008) 4
Kopáskritériumok a gyakorlatban • Megmunkált felület minősége (érdessége) romlik • Pontosság csökken (csúcs-kopás) • Rezgések erősödnek • Mdb melegedése • Forgácsolóerő nő törés • Szerszám élettartama lecsökken Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
KOPÁSFAJTÁK
KOPÁSFORMÁK - HÁTKOPÁS
ÖSSZKOPÁS
- KRÁTERES KOPÁS DIFFÚZIÓS
ABRAZÍV OXIDÁCIÓS FORG. SEBESSÉG (HŐ) ADHÉZIÓS (FELHEGEDÉSES)
- FÉSÜS KOPÁS - SZÉLKOPÁS (SAROKKKOPÁS) - KIMORZSOLÓDÁS - KITÖREDEZÉS
- PLASZTIKUS DEF. - TÖRÉS
Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008) 6
Kopási jelenségek Adhéziós kopás: a határfelületek között kialakult kötés - mikro felhegedés következtében - jön létre, amikor a kötés a tangenciális mozgás következtében megszűnik és a szerszám felületéről apró részecskék válnak le. alacsony hőfok, sebesség tartományra jellemző ez kopásforma elsősorban ferrites, ausztenites acéloknál. Megjegyzés: az élrátét képződés is
a felhegedés-leválás folyamatán alapul, de nagyobb méretekben. Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
Kopási jelenségek Abrazív kopás: a leggyakrabban előforduló kopás, a két súrlódó felület között, az érdességi csúcsok, vagy a már levált kemény részecskék benyomódnak a felületbe, és mikro forgácsot képezve barázdát húznak abba a köszörüléshez hasonlóan. Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
Kopási jelenségek Diffúziós kopás: kémiai folyamat, mely nagy hőmérsékleten és nyomáson megy végbe, a munkadarab ill. szerszám alkotói kölcsönösen átdiffundálnak megváltoztatva az anyagkopás jellemzőit. acél keményfém szerszámmal történő forgácsolása esetén a szerszámba és a munkadarabba Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter elsősorban kobalt atomok Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008) diffundálnak.
Kopási jelenségek Oxidációs kopás: magas hőmérsékleten a környezet levegőjével a legtöbb fém oxidálódik, a keletkező oxidok tulajdonságai igen különbözőek. A wolfram és a kobalt porozus könnyen leváló réteget alkot, melyet a forgács visz magával. Fáradásos kopás: a váltakozó hő- és mechanikai terhelés következtében jön létre Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
Kopási jelenségek A forgácsolás során a következő tényezők befolyásolják a kopást: a munkadarab anyaga a szerszám élének anyaga a szerszám élgeometriája a technológiai adatok (sebesség, előtolás,…) a hűtés – kenés Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
Kopás típusok 11
2
10
5
7
6
3
1 4
8
9
1 = Hátkopás 2 = Kráteres kopás (B – B) 3 = Főél hasítékos kopása 4 = max. hasítékos kopás 5 = Oxidációs vájat a mellékélen 6 = Plasztikus deformáció (C) 7 = Élrátét (A – A) 8 = Fésűs repedések 9 = Kifáradásos repedés 10 = kitöredezés fogáson kívül 11 = Szerszámcsúcs roncsolás
Élsisak - élfelrakódás • Forgácsolási sebesség növelése • Előtolás növelése • Bevonatos keményfém • Pozitív élgeometria • Felrakódás-gátló hűtőfolyadék használata, vagy a hűtés megszüntetése
Hátkopás • Kopásállóbb keményfém • Forgácsolási sebesség csökkentése • Előtolás növelése • Intenzívebb hűtés
Kráteres kopás • Kopásállóbb keményfém • Bevonatos lapka • Forgácsolási sebesség csökkentése • Pozitív élgeometria • Intenzívebb hűtés
Szerszám kopások
VB – HÁTKOPÁS KT – KRÁTERMÉLYSÉG KB – KRÁTER SZÉLESSÉG
KM – KRÁTER KÖZÉPTÁVOLSÁG
16
Oxidációs vájat a mellékélen • Bevonatos (Al2O3), kopásálló lapka • Jó kenőhatású és fokozott hűtés • Forgácsolási sebesség csökkentése
Él plasztikus deformációja • • • •
Kopásálló keményfém Forg. seb. csökkentése Előtolás csökkentése Hűtőemulzió, intenzív hűtés • Nagyobb csúcs-sugarú lapka • Nagyobb csúcs-szögű lapka
Főél hasítékos kopása • Bevonatos (Al2O3), kopásálló lapka • Forgácsot egyenlőtelnül kell elosztani (homloklap-forgácstörő kialakítás) • Forgácsolási sebesség csökkentése • Beállítási szög csökkentése
Forgácsoló él rideg kitöredezése • Szívósabb keményfém lapka • Eltérő élgeometria alkalmazása • Fogás kezdetén csökkentett előtolás • Kevésbé intenzív forgácsolási feltételek
Forgácsolóél (fogáson kívüli) sérülése • Előtolás változtatása • Élgeometria változtatása (forgácstörő) • Szívósabb keményfém
Fésűs repedés • Levegős hűtés • Szívósabb lapka • Forgácsolási sebesség csökkentése
Kifáradásos repedés a hátfelületen • Szívósabb keményfém • Szerszám be- és kilépés változtatása • Forgácsolási feltételek változtatása • Élgeometria módosítása • Előtolás módosítása
Forgácsolóél-, szerszámcsúcs roncsolása • Szívósabb keményfém • Nagyobb csúcs-sugár • Nagyobb csúcs-szögű lapka • Más élgeometria • A fogás elején csökkentett előtolás
Kopások a forgácsoló lapkán
Hátkopás
Kráteres kopás
Szélkopás
Fésüs kopás forrás: Coromant
25
Kopások a forgácsoló lapkán
Kitöredezés háton
Plasztikus deformáció
forrás: Coromant
Kitöredezés csúcson 26
KOPÁS AZ IDŐ FÜGGVÉNYÉBEN
27
KOPÁSOK KOPÁS VB
(Δ)
ÉLTARTAM KRITÉRIUM MEGENGEDETT KOPÁS KRITIKUS KOPÁS
DOMINÁNS KOPÁS
v1 > v2 > v3
lgt
α
m=tgα
T
VBMEG
m - éltartamkitevő
3
T
Δmax
2
T 1
t (IDŐ)
T1 T2 ÉLANYAG – MDB. ANYAG
T3
ÉLGEOMETRIA
ÁLLANDÓ
f, a
v3 v2 v1
lgv
C
TAYLOR EGYENLET v · Tm = Cv
Cv - sebességállandó
28
A kopás folyamata
Taylor éltartam egyenlet Igaz…: 105-109. oldal
Különböző élanyagok éltartam egyenesei
Valós élettartam – sebesség görbe lg T
Néhány munkadarab anyag éltartam egyenese
lg T
lg T
acél Al-Si Mg
CA HSS
öv
HW
lg v
lg v lg T
Éltartam egyenes
lg v
BŐVÍTETT TAYLOR EGYENLET
v=
Cv xv
b
yv
m
·h ·T
Éltartam mérési pontjai és jellegzetes szórásképe lg v
Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
31
MUNKADARAB ANYAGÁNAK HATÁSA AZ ÉLTARTAMRA
Rm KORREKCIÓ:
500-600 1,69
FELÜLET: KÉRGES, REVÉS
700-800
800-900 [N/mm2]
1
0,81
KORR: 0,7-1,0
SZERSZÁM ANYAGA
ÉLGEOMETRIÁJA
GÉP TELJESÍTMÉNY, ÁLLAPOT, BEÁLLÍTHATÓSÁG Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
32
ÉLTARTAMOT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK -MUNKADARAB
-ANYAGA -FELÜLETE (REVE, KÉREG) -SZERSZÁM -ÉLANYAG -ÉLGEOMETRIA -SZERSZÁMGÉP -TELJESÍTMÉNY
-ÁLLAPOT (DINAMIKAI, TULAJDONSÁGOK) -BEÁLLÍTHATÓSÁG 33
ÉLTARTAMOT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK
34
GAZDASÁGOS ÉLTARTAM (költség optimális forgácsolási sebesség meghatározása)
KÖLTSÉG K
DB. KÖLTSÉG SZERSZÁMHOZ KÖTŐDŐ KÖLTSÉG (KSZ)
KMIN
GÉPHEZ KÖTŐDŐ KÖLTSÉGEK (KG) ÁLLANDÓ KÖLTSÉGEK VK
V
OPT
K = F(v)
dK
dv
= 0 → vK
OPT
KSZ 1 TK =( – 1)(tcs+ ) OPT KG m tcs – SZERSZÁM CSERE IDŐ m – TAYLOR - KITEVŐ
Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
35
P
P – PRODUKTIVITÁS (TERMELÉKENYSÉG)
PMAX
tcs – SZERSZÁM CSERE IDŐ m – TAYLOR - KITEVŐ VP
TP
OPT
=(
OPT
V A termelékenység a sebesség növelésével növekszik, de megnő a kopás is, gyakrabban kell cserélni a szerszámot. Egy tcs sebesség határ felett a gyakoribb csere miatt már csökken a termelékenység
1 – 1)∙ m
Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
36
A költségminimumot az optimális sebesség mellett a megengedett legnagyobb előtolás és forgásmélység biztosítja, melynek nagyságát a munkadarab,- gép -, szerszám - oldali korlátok határozzák meg. Az ábra esztergálás esetére mutatja be a korlátokat kijelölve az alkalmazható tartományt.
Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
37
Rezgések forgácsolás közben
A FORG. FOLYAMAT Bemenő jellemzők
Rendszer jellemzők
Kimenő jellemzők
Beállítási értékek
Folyamat jellemzők
Folyamat eredménye
-gép
-sebesség
-erő, teljesítmény
-szerszám
-előtolás
-hőmérséklet
-mdb. méret, alak
-készülék
-fogásmélység
-REZGÉSEK
-érdesség
-nyersdarab
-hűtés
-akusztikus emisszió
-anyag -geom.
útinformációk
-felületi réteg Kopás -szerszám -gép, készülék
REZGÉSEK GÉPEN KÍVÜLI ERŐ KÜLSŐ GERJESZTÉS
REZGÉSEK A SZERSZÁMGÉPEN
GÉPEN BELÜLI ERŐ
FORG. ERŐ ALAPZAJ
VÁLTOZÓ FORG. ERŐ MEGSZAKÍTOTT EXCENTRIKUS MDB.
F-v JELLEGGÖRBE ÉLRÁTÉT
ÖNGERJESZTÉS
GYÁRTÁSI SZERELÉSI HIBÁK
KIEGYENSÚLYOZATLANSÁG, CSAPÁGY FOGASKERÉK HIBÁK
KAPCSOLÓDÁSI HELYZET
REGENERATÍV HATÁS
NYÍRÁSI FOLY. FORGÁCSTÖRÉS
REZGÉSEK ÖNGERJESZTÉS
n2 n1
REZGÉS AMPLITÚDÓ
REZGÉS AMPLITÚDÓ
KÜLSŐ GERJESZTÉS
HATÁR FORGÁCSSZÉLESSÉG
b
b FORGÁCS SZÉLESSÉG
FORGÁCS SZÉLESSÉG
WECK
REZGÉSEK HATÁR FORGÁCSSZÉLESSÉG bh=f (GÉP, MDB/SZERSZÁM, FORG. FOLYAMAT) GÉP
MDB / SZERSZÁM
FORGÁCSOLÁSI FOLY.
ÜZEMI KÖRÜLM. IRÁNYFÜGGŐSÉG 1. ALAP, FELÁLLÍTÁSI KÖRÜLM. 2. ALKATRÉSZEK HELYZETE 3. ORSÓ FORDSZ. 4. SZÁN-, ASZTAL MOZGÁS 5. JÁTÉKOK, FESZÜLTSÉGEK, NEMLINEARITÁSOK, ELŐFESZÍTÉS, ILLESZTÉSEK 6. ÜZEMI HŐMÉRSÉKLET
1.
MDB. MEREVSÉG
1.
MDB. ANYAGA
2.
MDB. TÖMEGE
2.
ÉLGEOMETRIA
1. DINAMIKUS ERŐ 3. IRÁNYA (FŐÉL ELHELYEZKEDÉSI 4. SZÖG, 5. TERELŐSZÖG
MDB. BEFOGÁSA
3.
SZERSZÁM KOPÁSÁLLÓSÁG
4.
CSÚCSRÁDIUSZ
5.
2. MDB-SZERSZÁM 6. KONFIGURÁCIÓ
SZERSZÁM TÖMEGE
FORGÁCS SZÉLESSÉG
6.
ELŐTOLÁS
7.
SZERSZÁM BEFOGÁSA
7.
MDB. ANYAGÉLANYAG PÁROSÍTÁS
8.
HŰTŐ-KENŐ ANYAG
GEOMETRIA BEFOLYÁSA
MDB. ÁTMÉRŐ
SZERSZÁM MEREVSÉG
Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
REZGÉSEK
REGENERATÍV REZGÉS (RATTERN)
m – tömeg c – csillapítás k – rugóállandó F – forg. erő
FORGÁCS VASTAGSÁG VÁLTOZÁSA
FORGÁCS SZÉLESSÉG (b) VASTAGSÁG (v) HATÁSA AZ AMPLITÚDÓRA
REZGÉSEK
FORGÁCSOLÁSI SEBESSÉG ÉS HOMLOKSZÖG HATÁSA AZ AMPLITÚDÓRA BALI
REZGÉSEK HATÁSA A MEGMUNKÁLT FELÜLETRE ESZTERGÁLÁSKOR:
REZGÉSEK
REZGÉSEK HATÁSA A MEGMUNKÁLT FELÜLETRE ESZTERGÁLÁSKOR:
REZGÉSEK
Forgácsolt felület minősége
A FORG. FOLYAMAT Bemenő jellemzők
Rendszer jellemzők
Kimenő jellemzők
Beállítási értékek
Folyamat jellemzők
Folyamat eredménye -MDB. MÉRET ALAK
-gép
-sebesség
-erő, teljesítmény
-szerszám
-előtolás
-hőmérséklet
-készülék
-fogásmélység
-rezgések
-nyersdarab
-hűtés
-akusztikus emisszió
-anyag -geom.
útinformációk
-ÉRDESSÉG -felületi réteg Kopás
-szerszám -gép, készülék
Forrás: Dr. Szmejkál Attila – Ozsváth Péter Járműszerkezeti Anyagok és Megmunkálások II. (2007-2008)
ÉRDESSÉG
HAGYOMÁNYOS
ÉRDESSÉG
WIPER
Újabban előszeretettel használják a WIPERgeometriájú keményfém lapkákat, mert ezekkel a termelékenység változatlanul hagyása mellett a felületi érdesség akár felére csökkenthető. A technológiai paraméterek (a, f) változatlanul hagyása mellett az érdesség hozzávetőleg felére csökken: Rmax ≈ 2Rmaxw. Lásd Videót!
Forgácsolás egyívű és WIPER csúcssugarú szerszámmal
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
