Szerszámkopás, tribológiai jelenségek, rezgések, szerszáméltartam

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


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


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.


37

Rezgések forgácsolás közben

A FORG. FOLYAMAT Bemenő jellemzők

Rendszer jellemzők

Kimenő jellemzők


Folyamat jellemzők

Folyamat eredménye

-gép

-sebesség

-erő, teljesítmény

-szerszám

-előtolás

-hőmérséklet

-mdb. méret, alak

-készülék

-fogásmélység

-REZGÉSEK

-érdesség

-nyersdarab

-hűtés


-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


REZGÉSEK

REGENERATÍV REZGÉS (RATTERN)

m – tömeg c – csillapítás k – rugóállandó F – forg. erő

FORGÁCS VASTAGSÁG VÁLTOZÁSA

„Bizonyára sokan tapasztalták már, hogy szerszámgépek egyes műveleteinél a szerszámvibráció olyan nagy, hogy nem csak az elkészített felület lesz rossz minőségű, hanem akár szerszámtörés is bekövetkezhet. Azonban – ha nem is történik törés -, a megmunkálás során keletkező vibrációk ronthatják a szerszám élettartamát. A jelenség vizsgálata ezért elengedhetetlen. A folyamat megértése után pedig fontos, hogy olyan módszerek kerüljenek kidolgozásra és alkalmazásra, melyekkel gyorsan lehet kiküszöbölni a nem kívánt rezgéseket.

A rezgéseknek két fő forrása különböztethető meg. Az egyik, mikor a gép-készülékmunkadarab-szerszám rendszer sajátfrekvenciája és a periodikusan változó forgácsoló erő által gerjesztett rezgés frekvenciája, vagy egy felharmonikusának frekvenciája elegendően közel van egymáshoz. Ebben az esetben rezonancia alakul ki. A rezgés másik oka az úgynevezett regeneratív hatás lehet. A megmunkálás során a fogásmélység, forgácsszélesség nem állandó, csak bizonyos mértékű elhanyagolások mellett. Ezeket az elhanyagolásokat is figyelembe kell azonban venni, mikor a regeneratív rezgéseket vizsgáljuk. A fogásmélység befolyásolja az ébredő forgácsoló erőket, a forgácsoló erő hatására pedig deformálódik a szerszám. A deformáció eredményeképpen megváltozik a fogásmélység, ami a következő fordulat során eltérő nagyságú erőhatást ébreszt. Emiatt a ciklikusság miatt nevezik regeneratív rezgésnek ezt a jelenséget. Mikor instabillá válik a folyamat, kialakul a “chatter”-nek nevezett öngerjesztett rezgés”. Forrás: Lehotzky Dávid TDK dolgozata 2011.

44

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


Folyamat jellemzők

Folyamat eredménye -MDB. MÉRET ALAK

-gép

-sebesség

-erő, teljesítmény

-szerszám

-előtolás

-hőmérséklet

-készülék

-fogásmélység

-rezgések

-nyersdarab

-hűtés


-anyag -geom.

útinformációk

-ÉRDESSÉG -felületi réteg Kopás

-szerszám -gép, készülék


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!

Szerszámkopás, tribológiai jelenségek, rezgések, szerszáméltartam

Recommend Documents