TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása Comparison of hard cutting and grinding

Kujbus Tamás IV. éves gépészmérnök hallgató

Konzulens: Dr. Kundrák János egyetemi tanár Gépgyártástechnológiai Tanszék

Miskolc, 2011

Tartalomjegyzék

1. Bevezetés……………………………………………………………………………………1 2. Keménymegmunkálások…………………………………………………………………… 1 2.1. Szuperkemény szerszámanyagok………………………………………………….2 2.1.1. A gyémánt………………………….……………………………………….3 2.1.2. A polikristályos gyémánt……………………….…………………………..5 2.1.3. A köbös bórnitrid………………….………………………………………..6 3. A vizsgált fogaskerék paraméterei…………………………………………………………..9 4. A köszörülés vizsgálata…………………………………………………………………….10 5. A keményesztergálás vizsgálata……………………………………………………………14 6. A köszörülés és a keményesztergálás összehasonlítása……………………………………16 6.1. Időráfordítások…………………………………………………………………...16 6.2. Anyagleválasztási jellemzők……………………………………………………..18 6.3. Pontosság és a megmunkált felület érdessége…………………………………...18 6.4. Rugalmasság……………………………………………………………………..19 6.5. Környezetvédelem……………………………………………………………….19 7. Összegzés…………………………………………………………………………………..20 Irodalom………………………………………………………………………………………20

Kujbus Tamás

A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása

2011

1. Bevezetés Kemény, edzett anyagok megmunkálási eljárásait a szakirodalom keménymegmunkálásoknak nevezi. A precíziós vagy ultraprecíziós megmunkálások között, döntően a befejező műveletekben a keménymegmunkálások kiemelt jelentőségűek, mivel a megmunkált felületekkel szemben nagyobbak a funkcionális követelmények. Ezzel párhuzamosan az alkatrészek keményfelületeinek száma és/vagy keménysége is növekedett, mert ezáltal is növelhető volt azok tartóssága, s ezen keresztül a termékek megbízhatósága. Ennek következtében a befejező megmunkálás is több ráfordítással jár. A műveletek csökkentéséhez és/ vagy a gazdaságos megmunkálásához viszont a befejező megmunkálások technológiáját és technikáját is fejleszteni szükséges. Az edzett és a betétben edzett acélok mechanikai tulajdonságait széles tartományban lehet szabályozni és következésképpen befolyásolni a forgácsoló eljárást. Az ötvözőktől és a hőkezeléstől függően az edzett vastartalmú anyagok keménységét 50 és 70 HRC között lehet változtatni. A vastartalmú munkadarab anyagok relatíve nagy keménységét martenzites átalakulással, ill. karbidkiválással lehet elérni. A gyártási láncolatban az edzési folyamatot általában olyan befejező művelet követi, mely az alkatrész végleges geometriáját adja és biztosítja az alkatrészek működését meghatározó minőség kialakítását [1]. TDK dolgozatomat a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt "Befejező precíziós megmunkálások kutatása" elnevezésű részprojekt támogatta.

2. Keménymegmunkálások Az edzett felületeket korábban abrazív eljárásokkal, elsősorban köszörüléssel munkálták meg. A köszörülés régóta használt, elméletében és technikájában jól kidolgozott és megvalósított, széles körben elterjedt és gyakran alkalmazott megmunkáló eljárás. Az utóbbi évtizedekben a befejező műveletek közül a keményesztergálás azért állt az érdeklődés középpontjában, mert új lehetőségeket teremtett a sokáig egyeduralkodó abrazív (elsősorban köszörülő) megmunkálások mellett a keményfelületek megmunkálásában. Az elmúlt két-három évtizedben a forgácsoló megmunkálások kiemelkedő kutatási iránya volt az edzett acélok forgácsolhatóságának vizsgálata. Kezdetben a határozott élű, egyélű szerszámokkal végzett forgácsolás elméleti és technikai-technológiai lehetőségeit vizsgálták.

1


Kujbus Tamás

2011

Ekkor az alkatrészekre vonatkozó követelmények még többnyire extrémnek minősülő feltételek mellett voltak elérhetőek. Az intenzív kutató és fejlesztő munka eredményeként ezek a feltételek a precíziós megmunkálásokban ma már megszokottá váltak, a megmunkálások pontosságának, az alkatrészek minőségének javítása még olyan anyagok esetében is eredményeket hozott, amelyek korábban a nehezen megmunkálható anyagok közé voltak sorolva. Az

edzett

felületek,

szuperkemény

szerszámanyaggal

végzett

széleskörű

ipari

megmunkálásának a legfőbb akadálya kezdetben annak magas ára volt. A hagyományos szerszámokhoz viszonyított ára idővel kedvezőbbé vált, ami három tényezőre vezethető vissza: a szerszámok konstrukciójának és alkalmazástechnikájának változására; a technológiai hatékonyság kedvező alakulására; a szárazmegmunkálás, mint környezetbarát megmunkálás jelentőségének növekedésére. A köbös bórnitrid (CBN) szerszámok hozzáférhetőségének javulása ezt a megmunkálást (keményforgácsolás) iparilag jelentős eljárássá tette. A

keményesztergálási

műveletek

az

abrazív

eljárásokhoz

viszonyítva

nagyobb

anyagleválasztási sebességet eredményeznek, és nagyobb rugalmasságot nyújtanak. A kutatások

napjainkra

bizonyították,

hogy

vitathatatlan

műszaki,

gazdasági,

és

környezetvédelmi előnyei vannak számos alkatrész befejező megmunkálásában. Ezért gyorsan elterjedt a köszörülés alternatív műveleteként is, így aránya az anyagszétválasztó megmunkálásokban (műveletekben) növekszik [1]. 2.1. Szuperkemény szerszámanyagok A

természetes

gyémántot,

valamint

azokat

a

mesterségesen

előállított

forgácsolószerszám élanyagokat, amelyek tulajdonságaiban a természetes gyémántot jól megközelítik

elérik

vagy

bizonyos

vonatkozásban

meghaladják

szuperkemény

szerszámanyagoknak nevezzük [2]. Ennek alapján szintetikus úton előállított szuperkemény anyagnak tekintjük az alábbiakat: -a polikristályos gyémántot (PCD); -a polikristályos köbös bórnitridet (CBN); -a cermetet; -a kerámiákat. A jelenleg alkalmazott forgácsoló szerszámél anyagok piramisát az 1. ábra mutatja.

2

Kujbus Tamás


2011

1. ábra A forgácsoló szerszámél anyagok „piramisa” [2]

2.1.1. A gyémánt A gyémánt a legtisztább ásványi szén és a természetben előforduló legkeményebb anyag. Kristályrácsa a felületen  2  a élű középpontos hexaéder, amelynek belsejében egy    2 

tetraéder csúcspontjain még további négy atom helyezkedik el [3].

2. ábra A gyémánt kristályrácsa [3] A gyémánt a legkeményebb valamennyi ásványi- és szerszámanyag közül, így a kopással szembeni ellenállóképessége meghaladja a többi anyagét, mint azt az 1. táblázat mutatja.

3

Kujbus Tamás

1. táblázat


2011

Csiszoló, kopásálló anyagok mechanikai és fizikai adatainak összehasonlítása

[3] Mikro-

Szilárdsági

keménység

határ hajlításnál

HV , 2

Természetes gyémánt

határ nyomásnál 2

N/mm

Rugalmassági N/mm2

N/mm

100600

21 - 49

820 - 1220

118000

30

886

72000 - 93000

-

-

-

30

291

29600

15 - 10

57

36500

87

300

-

86000 -

gyémánt

100000

Köbös

80000 -

bórnitrid

92500 37000 45000

Szilícium-

33350 -

karbid

67000

Normál

18000 -

elektrokorund

27000

Sűrűség Hőállóság

modulus E ,

N/mm

Mesterséges

Bórkarbid

2

Szilárdsági

g/cm3

3,01 3,56 3,48 3,54

C

600 - 800

600 - 800

3,5 -

1300 -

3,54

1500

2,48 2,52

500 - 700

3,16 -

1200 -

3,99

1300

3,93 4,01

-

A gyémánt kétszer - ötször keményebb, mint más köszörű vagy szerszámanyag. A hajlítószilárdsága nagyon kicsi, a gyémánt tehát rideg, törik, ezért például nem lehet gyémántbetétes esztergakés esetén 0,5 mm-nél nagyobb fogásmélységgel forgácsolni. A rugalmassági modulusa és a nyomószilárdsága is a gyémántnak a legnagyobb, ezért a fellépő forgácsolóerő hatása legkevésbé torzul, így pontos méretet lehet vele tartani. A gyémánt hőállósága nagyon fontos, mert ha ezen határ felett történik a forgácsolás, akkor a gyémánt oxidálódik, illetve a vasba diffundál, és a szerszám tönkremegy. Kísérletek szerint 500-600C-on még nincs oxidáció, 700-800C-on, illetve annál magasabb hőmérsékleten az oxidáció jelentősen felgyorsul. A forgácsolómegmunkálás során a forgácsolószerszám hőfizikai tulajdonságai jelentősen befolyásolják a szerszám élettartamát. A gyémánt hővezetőképessége a legnagyobb, és ez

4


Kujbus Tamás

2011

lehetővé teszi a hő gyors elvezetését a gyémántszemcse dolgozó felületéről a kötőanyagba, és csökkenti a magas hőmérséklet keletkezését fogácsoláskor. A gyémánt hőkapacitása a többi anyagéval azonos nagyságrendű.

Néhány szerszámanyag fizikai és mechanikai tulajdonságai láthatóak a 2. táblázatban. 2. táblázat

Szerszámanyagok tulajdonságai [1] Megnevezés

Mértékegység Keményfém K10

PCBN

PCD

3,4…4,3

3,5…4,2

Sűrüség

g/cm3

14…15

Keménység

HV30

1500..1700

Rugalmassági modulus

GPa

590…630

580…680

680…810

Törési szívósság

𝑀𝑃𝑎 𝑚

≈10,8

3,7…6.3

6,8…8,8

Hőállóság

°C

800…1200

≈1500

≈600

Hővezető képesség

W/mK

≈100

40…100

≈560

Hőtágulási együttható

10-6/K

≈5,4

3,6…4,9

4,2….4,9

3000…4500 4000…5000

A gyémánt szerszámok alkalmazásának főbb területei: A gyémántot

színesfémötvözetek, kerámiák,

üvegszálborítású műanyagok valamint

szerszámgyártásban keményfém és kerámiaszerszámok köszörülésére, élezésére alkalmazzák, valamint köszörűszerszámok lehúzására, alakos korongok kialakítására. Gépiparban keményfémből, nagyszilárdságú acélból készült alkatrészek, sík-, furat-, palást-, és alakköszörülésére, finommegmunkálására, köszörűszerszámok szabályozására, alakos korongok kialakítására, öntöttvas és acél alkatrészek furatainak dörzsköszörülése.

2.1.2. A polikristályos gyémánt A szintetikus úton előállított poliristályos gyémánt (PCD - Poly Cristal Diamond) a természetes gyémánt után a ma ismert legkeményebb anyag. Tulajdonságai sok vonatkozásban

jól

megközelítik

a 5

természetes

gyémántét.


Kujbus Tamás

Ugyanakkor

a

természetes

gyémánt

anizotrópiájával

2011

(irányfüggő

változó

keménységével) szemben a polikristályos gyémánt izotrópiát, azaz a különböző irányokban gyakorlatilag azonos tulajdonságokat mutat. Ez a felhasználhatóság oldaláról igen kedvező, mert

egyaránt

alkalmas

állandó

keresztmetszetű

forgács

folyamatos

és

változó

keresztmetszetű forgács leválasztására. Gyakorlatilag tehát a megmunkálási módok közül precíziós esztergáláshoz, fúráshoz és maráshoz. A kobalt kötőanyag révén a PCD lapka szívóssága változtatható. Minél nagyobb a Co kötőanyag részaránya, annál szívósabb a lapka. A Co kötőanyag aránya ebben az esetben a 15-20%-ot is eléri. A PCD lapkával valamennyi megmunkálási módban általában csak „nedves” megmunkálás történhet. Természetesen üvegszálas és egyéb műanyagok, kifejezetten rideg és kis hőszilárdságú anyagok szárazon is megmunkálhatók [2].

2.1.3. A köbös bórnitrid A bórnitridnek, ugyanúgy, mint a szénnek két módosulata van: lágy hexagonális és köbös kemény. A bórnitrid vegyi összetétele 43,6% bór és 56,4% nitrogén. A bórnitrid ugyanolyan lágy és síkjai könnyen elcsúsznak egymáson mint a grafitnak. A köbös bórnitrid kristályrácsa nagyon hasonló a gyémántéhoz, csak az a különbség, hogy a gyémántrács egy elem (a szén) atomjából áll, míg a köbös bórnitridrács bór- és nitrogénatomból áll. Minden bóratom 4 nitrogénatomhoz kapcsolódik. A köbös bórnitrid kopásállóság és keménység szempontjából a

műszaki

gyakorlatban

használatos

valamennyi

csiszolóanyagot felülmúlja, csak a gyémánt keménységét nem éri el. [3].

3. ábra A köbös bórnitrid kristályrácsa [3]

6


Kujbus Tamás

3. táblázat

2011

A gyémánt és a köbös bórnitrid fizikai tulajdonságainak összehasonlítása [3]. Jellemző tulajdonságok

Gyémánt

Köbös bórnitrid

Kristályszerkezet

köbös

köbös

Rácsállandó, A

3,5675

3,6165

Atomtávolság, A

1,54

1,56

Elméleti sűrűség, g/cm3

3,51

3,48

3,47...3,54

3,44...3,49

850

1200

100000

92500

Elemi rácshoz tartozó atomok száma

18

18

Elemi rácshoz közvetlenül tartozó atomok száma

8

8

1,76x1023

1,69x1023

Tényleges sűrűség, g/cm3 Hőállóság, C Mikrokeménység, HV 150g terhelésnél, N/mm2

Atomok száma 1cm3-ben

A köbös bórnitridet köszörülésre és határozott élű forgácsolásra alkalmazzák. Keményebb acélok megmunkálásánál, ötvözött, edzhető acélok, különleges gyorsacélok, 12%-nál több krómot tartalmazó krómacélok, valamint titán ötvözetek és bizonyos határok között betétben edzhető acélok megmunkálására alkalmazzák. A köbös bórnitridszemcsés szerszámok alkalmazása számos előnnyel jár, így például: - A köszörülési idő csökkenése és ezzel a gépkapacitás jobb kihasználása. - Az eddiginél jobb alak- és mérettűrés. - A köszörült felület, ill. az élközeli rész szerkezete nem változik, mivel a köszörűszerszám szemcséje nem nyom és a felület nem melegszik fel. - A megköszörült forgácsolószerszámok élettartama növekszik, esetenként 100%-nál jobban. - Vasalapú anyagokat is jól lehet vele megmunkálni, mivel nincs benne szén, ami a megmunkálás magas hőmérsékletén a munkadarabba diffundálna. - A gyémánt kb. max. 850C hőmérsékletével szemben 1200C hőmérsékletet is elviseli a köbös bórnitrid szemcse.

7

Kujbus Tamás


2011

A köbös bórnitrid szerszámok alkalmazásának főbb területei: - Edzett acélok, nagykeménységű ötvözött acélok, öntöttvasak megmunkálása. - Gyorsacél forgácsolószerszámok megmunkálása. - Menetszelvények megmunkálása. - Bonyolult szelvényű forgácsolószerszámok (csigamarók, metszőkerekek, hántolókerekek, üregelőtüskék) megmunkálása. - A tömeggyártás termékeinek simító és tükrösítő köszörülése automata és félautomata szerszámgépeken (műszerek és nagypontosságú csapágyak, alkatrészek, menetköszörülés stb.). - Nagyméretű és nagypontosságú alkatrészek simító és tükrösítő köszörülése (szerszámgépágyak, nagypontosságú szerszámgépek főorsói, stb.). - Hőálló, rozsdaálló és erősen ötvözött acélokból (HRC  60) készült nagypontosságú alkatrészek simító és tükrösítő köszörülése. - Bonyolult szelvényű nagypontosságú alkatrészek megmunkálása. - Hő okozta feszültségek érzékeny anyagokból készült alkatrészek megmunkálása. - Nehezen megmunkálható acélokból és ötvözetekből készült alkatrészek tükrösítése (hőálló csapágyacélból készült különleges csapágyak alkatrészei). A szerszámok – a különlegesen nehéz forgácsolási feladatok ellenére –

nagy

kopásállóságuknak köszönhetően hosszú élettartammal bírnak, s ennek alapján alkalmazásuk mind műszaki, mind pedig gazdaságossági szempontból a lehető legjobb megoldás.

8

Kujbus Tamás


2011

3. A vizsgált fogaskerék paraméterei Az általam vizsgált fogaskeréknek magas pontossági és minőségi követelmények kell megfelelnie. A furatban megmunkálás után IT5-IT6 pontosságot és Rz6 µm felületi érdességet kell biztosítani. A gyártási folyamatban a lágyműveletek és hőkezelés elvégzése után 59-63 HRC keménységű felületek kerülnek megmunkálásra a fogaskeréken. Műveletként lehet alkalmazni köszörülést vagy keményesztergálást. Az alkalmazott technológiát a megmunkálással elérhető pontosság és gazdaságosság határozza meg. Hogy kiderüljön melyik technológiát célszerű alkalmazni összehasonlító vizsgálatokat kell végezni.

4. ábra A fogaskerék megmunkálandó furat- és homlokfelülete A fogaskeréken megmunkálásának ezen fázisában a Z4-es és az F3-as felületekről (4.ábra) kell anyagfelesleget eltávolítani. A vizsgálatot csupán a Z4-es felületre korlátozom.

9

Kujbus Tamás


2011

Az eljárások hatékonysága a következő mérőszámok alapján hasonlíthatók össze:  

Az anyagleválasztási sebesség (MRR) - Qw (mm3/s) A felületképzési sebesség (SR) - Aw (mm2/s)

4. A köszörülés vizsgálata A furaköszörülés adatai: köszörűgép: SI-4/A, P=17 kW köszörűkorong: 9A80K7V22 (Tyrolit) technológiai adatok: vc=30 m/s vw=19 m/min vf,L,nagyoló=2200 mm/min vf,L,simító=2000 mm/min ae,nagyoló=0,02 mm/kettős löket ae,simító=0,001 mm/kettős löket kiszikráztatás: is=8 kettőslöket Znagyolási=0,2 mm Zsimítási=0,05 mm

Anyagleválasztási sebesség és felületképzési sebesség elméleti értékének számító képletei: Anyagleválasztási sebesség: Qw=ae·f·vw Felületképzési sebesség: Aw=f·vw

10

Kujbus Tamás


2011

ahol: ae – fogásmélység (mm); f – előtolás (mm/mdb.ford.); vw – munkadarab sebesség (mm/s).

Az elméleti értékek nem mutattak sem értékeikben, sem tendenciájukban érdemi kapcsolatot a megmunkálási időkkel ill. a költségekkel. Ezért a tényleges arányokat jobban tükröző paramétereket, az anyagleválasztás gyakorlati értékeit alkalmazhatjuk.

A Qwp anyagleválasztási paraméter gyakorlati értékét Qwp úgy számoljuk, hogy a ráhagyás anyagtérfogatát osztjuk a leválasztásához szükséges idővel. Ez az idő lehet az ipari gyakorlatban alkalmazott valamely üzemgazdasági időadat, így pl. a gépi főidő, a darabidő, a műveleti idő, a személyi (norma) idő.

Q wp 

d1   L3  Z (mm3/s), t x  60

ahol: d1 -a furat átmérője (mm); L3 - a furat hossza (mm); Z – sugárirányú ráhagyás (mm); tx - amely lehet: tm - gépi főidő (min); tp.- műveleti idő (min); top.- darabidő (min); ts - személyi (norma) idő (min). Az Aw felületképzési paraméter gyakorlati értékét (Awp) úgy számoljuk, hogy az elkészítendő felület nagyságát, osztjuk az elkészítéshez szükséges idővel:

A wp 

d1   L3 (mm2/s) t x  60

11


Kujbus Tamás

2011

4. táblázat Idők kiszámítása: Tgépi min

Jelölés külön

összesen

Tcsere,egyéb min

Talap min

Tdarab min

Telők min

Tműveleti min

3

8,434

9,6991

180

10,6

N: 0,736 5,343 S: 4,698

sorozatnagyságn=200 darab

A gépi főidő meghatározása nagyolásra: Tgépi fő,N =

2 ∙ L 3 ZN ∙ , vf,L,N ae,N ahol: L3 – furat hossza; vf,L,N – nagyolási hosszirányú előtolósebesség; Zn – nagyolási ráhagyás; ae,N – nagyolási kettőslöketenkénti fogásmélység. Tgépi fő,N =

2 ∙ 81 0,2 ∙ = 0,736 min 2200 0,02

A gépi főidő meghatározása simításra:

Tgépi fő,S 

 2  L3  ZS   ik  ,  vf ,L,S  a e,S  ahol: vf,L,S – simítási hosszirányú előtolósebesség; Zs – simítási ráhagyás; ae,S – simítási kettőslöketenkénti fogásmélység; ik – kiszikráztatási kettőslöketek száma. Tgépi fő,S =

2 ∙ 81 0,05 ∙ + 8 = 4,698 min 2000 0,001 12

Kujbus Tamás


A teljes gépi főidő meghatározása: Tgépi fő=Tgépi fő,N+Tgépi fő,S Tgépi fő = 0,736 + 4,698 = 5,434 min

Az alapidő meghatározása: Talap=Tgépi+Tcsere, egyéb Tcsere, egyéb  3 min Talap = 5,434 + 3 = 8,434 min A darabidő meghatározása: Tdarab=1,15∙Talap (ha a gépi főidő > 1,5 perc) Tdara b = 1,15 ∙ 8,434 = 9,5991 min A műveleti idő meghatározása: Tműveleti =

Telőkészületi + Tdarab n

Telőkészületi  180 min Tműveleti =

180 + 9,6991 ≅ 10,6 min 200

Az anyagleválasztási paraméter gyakorlati értéke a műveleti idő alapján: 61 ∙ π ∙ 81 ∙ 0,25 mm3 Qwp = = 7,77 10,6 ∙ 60 s

A felületképzési paraméter meghatározása a műleleti idő alapján: Awp

61 ∙ π ∙ 81 mm2 = = 24,4 10,6 ∙ 60 s

13

2011


Kujbus Tamás

2011

5. A keményesztergálás vizsgálata Az esztergálás adatai: esztergagép: PITTLER PSVL-2/1-1 R lapka: nagyoláshoz Mitsubishi CNGA120408 TA4 MB8025 simításhoz Sandvik CNGA 120404 S0103A 7015 forgácsolás adatai:

nagyoláshoz vc=162,9 m/min f=0,24 mm/ford ap=0,1 mm simításhoz

vc=165 m/min f=0,12 mm/ford ap=0,04 mm

5. táblázat Az idők kiszámítása: Tgépi min

Jelölés

külön

összesen

Tcsere,egyéb min

Talap min

Tdarab min

0,2

1,42

1,704

Telők Tműveleti min min

N: 0,41 1,22

12

1,764

S: 0,81 sorozatnagyságn=200 darab

A gépi főidő meghatározása nagyolásra: Tgépi fő,N =

L4 , f ∙ nw ahol: L4=L3+2 mm; L3 – a megmunkált felület hossza; nw – a munkadarab fordulatszáma; f – előtolás. Tgépi fő,N =

84 = 0,41 min 0,24 ∙ 850 14

Kujbus Tamás


2011

A gépi főidő meghatározása simításra: Tgépi fő,S =

84 = 0,81 min 0,12 ∙ 861

Az összesített gépi főidő: Tgépi ∑ = Tgépi ,N + Tgépi ,S = 0,41 + 0,81=1,22 min

Alapidő meghatározása: Talap = Tgépi ∑ + Tcsere + Tegy éb

Tcsere=0,2 min

Talap = 1,22 + 0,2 = 1,42 min A darabidő meghatározása: Tdarab = Talap + Tpótl ék

Tpótl ék = 0,2 ∙ Talap , mivel Tgépi ∑ ≤ 1,5 min Tdarab = 1,42 + 0,2 ∙ 1,42 = 1,704 min

Előkészületi idő: 𝑇𝑒𝑙ő𝑘  12 min

A műveleti idő meghatározása: T Tműveleti = elnők + Tdarab Tműveleti =

12 + 1,704 = 1,764 min 200

Az anyagleválasztási paraméter gyakorlati értéke a műveleti idő alapján: 61 ∙ π ∙ 81 ∙ 0,25 mm3 Q wp = = 36,6 1,764 ∙ 60 s

A felületképzési paraméter meghatározása a műleleti idő alapján: Awp =

61 ∙ π ∙ 81 mm2 = 146,6 1,764 ∙ 60 s 15

Kujbus Tamás


2011

6. A köszörülés és a keményesztergálás összehasonlítása A számítások szerint a keményesztergálásnál a műveleti idők mindig kisebbek, mint köszörülésnél. Így a keményesztergálás gazdaságossága az időráfordítások alapján kedvezőbb. Ha figyelembe vesszük, hogy köszörülésnél korongszabályozásra, a homlok megmunkálásához síkköszörű adapterre vagy síkköszörűgépre van szükség, akkor az eredmény teljesen egyértelmű. 6.1. Időráfordítások A fogaskerék időráfordításait a táblázat mutatja. 6.táblázat Gépi főidő [min] Darab idő [min] Műveleti idő [min] Köszörülés

5,34

9,7

10,6

Keményesztergálás

1,22

1,7

1,76

Százalékosan kifejezve az eredményeket: 

a keményesztergálás gépi főideje a köszörülésnek 22,8 %-a,



a keményesztergálás darab ideje a köszörülésnek 17,5 %-a,



a keményesztergálás műveleti ideje a köszörülésnek 33,8 %-a.

16

Kujbus Tamás


2011

Az eredmények oszlopdiagramban bemutatva (5. ábra).

Köszörülés 12


10,6 9,7

Idő, [min]

10 8 5,34 6 4

2

1,76

1,7

1,22

0 Gépi főidő

Darab idő

Műveleti idő

a)

100

100

100

100

90 80

Idő, [%]

70 60 Köszörülés

50


40 30

22,8

17,5

16,6

20 10 0 Gépi főidő

Darab idő

Műveleti idő

b)

5. ábra Keményesztergálási és köszörülési időráfordítások a) idők percben; b) idők százalékosan

17

Kujbus Tamás


2011

6.2. Agyagleválasztási jellemzők A megmunkálási eljárások hatékonyságát vizsgálva az anyagleválasztási jellemzők gyakorlati értékei is a keményesztergálás mellett szólnak. Ezeket mutatja a táblázat. Anyagleválasztási 3

Felületképzési

sebesség [mm /s]

sebesség [mm2/s]

Köszörülés

7,77

24,4


36,6

146,6

Az eredmények oszlopdiagramban is bemutatva a 6. ábrán.

160

146,6

140 120 100 80

Köszörülés

60 24,4

40 20

36,6


7,77

0 Anyagleválasztási sebesség 3

[mm /s]

Felületképzési sebesség 2

[mm /s]

6. ábra Az anyagleválasztási sebesség és a felületképzési sebesség 6.3. Pontosság és a megmunkált felület érdessége A két eljárással megmunkált felületeket összevetve látható és megállapítható, hogy hasonló érdességi értékek mellett eltérő a topográfia. Keményesztergált felület érdességi profilja szabályosan ismétlődő. Mind a felület mikroprofiljának magassági pontjai mind azok egymástól való távolsága közel állandó, míg köszörülésnél nagyon egyenetlen (7. ábra).

18


Kujbus Tamás

a)

2011

b)

7. ábra Jellegzetes köszörült (a) és keményesztergált (b) felület [4] A keményesztergált felület nagyobb hordozófelülettel rendelkezik, a felszíni rétegben kialakuló nyomó feszültség a kopásállóság szempontjából előnyösebb. Az IT5 vagy IT6 méretpontosság sorozat megmunkálásánál is biztosítható. Az előírt méret-, alak- és helyzetpontosság keményesztergálással a befogó erő kis értékei mellett biztosíthatóak [4].

6.4. Rugalmasság A keméynforgácsolás egyik fő előnye a köszörüléssel szemben, hogy több felületet, bonyolult geomertiájú alkatrész képes megmunkálni egy befogásban. Köszörülésnél a megmunkálandó

felületek

számának

növekesésével

nökkeszik

az

alkalmazandó

szerszámgépek és befogások száma, plusz meg kell említeni olyan járulékos műveletet mint a korongszabályozás, ami rontja az eljárás rugalmasságát. Ezeket összevetve látható, hogy a keményesztergálás sokkal rugalmasabb megmunkálási eljárás, mint a köszörülés. 6.5. Környezetvédelem Ökölógia szempontból ismét alternatívája lehet a keményesztegálás a köszörülésnek, köszönhetően a korszerű (PCBN) szerszámanyagoknak, élgeomertia fejlődésének, korszerű szerszámgépek, vezérlések, szerszám- és munkadarab-befogó rendszerek, nem igényel hűtőkenő folyadékot. Ezzel a hűtéssel-kenéssel felmerülő környezeti, egészségügyi és gazdasági problémákat is kiküszöböli. Szükség esetén léteznek olyan opciók, amelyekkel a környezet terhelése nélkül lehetséges hűtést alkalmi. Ilyen a sűrített levegővel és a minimálkenéssel történő hűtés.

19

Kujbus Tamás


2011

7. Összegzés Összefoglalásként elmondható: az összehasonlító kísérlet azt mutatta, hogy a vizsgált fogaskerék megmunkálásakor a keményesztergálás lehetséges alternatíva lehet a köszörülés kiváltására. A keményesztergálás előnye a nagy anyagleválasztási sebesség és felületképzési sebesség. Biztosíthatóak az előírt felület érdességi és pontossági jellemzők, melyek kevesebb felfogásban, kisebb időszükséglet mellett hozhatóak létre. További előnye a nagy rugalmasság, mely az univerzális szerszámalkalmazásnak köszönhető. Egyetlen szabályos éllel

különböző

kontúrokat

tudunk

előállítani.

Keményesztergálással,

mint

szárazmegmunkálással, környezetbarát módon váltható ki a köszörülés, ugyanis elmarad a köszörüléskor keletkező iszap környezetszennyező hatása, illetve kezelési költsége. Csupán a forgács újrahasznosítását kell megoldani.

Felhasznált irodalom [1]

Dr. Kundrák János: Kemény edzett anyagok megmunkálása G1.06 tananyagmodul

[2]

Dr. Gégényi János: Perecíziós megmunkálások gyémánt és köbös bórnitrid szerszámokkal

[3]

Dr. Szakács György – Dévényi Miklós: Kemény és szuperkemény Anyagok alkalmazása

[4]

Kundrak, J., Bana, V.: "Geometrical accuracy of machining of hardened bore holes", WESIC 2003 4th Workshop on European Scientific and Industrial Collaboration, University of Miskolc, Hungary, pp. 473-480.

20

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

Recommend Documents