Gépek működésekor igénybevétel

4. Élettartam növelő megmunkálások(tartósság növelő)

• felületi• felületi réteg• belső keresztmetszet

Felületi mikrogeometria (érdesség) hatással van a:

• kopásállóságra• fáradási tulajdonságokra

feszültséggyűjtés kifáradás• működési tulajdonságokra

Tartósságnövelő megmunkálások célja:

A felületi réteg tulajdonságainak megváltoztatása

elsősorban képlékeny alakítással

Eredményeként megváltoznak a felületi réteg tulajdonságai:

• érdesség (felületi mikrogeometria)• keménység• maradó feszültségek• szövetszerkezet

Felületminőség

A megmunkált felületet érő hatás szerint a tartósságnövelő megmunkálások lehetnek:

• felületvasalás• felülethengerlés• ütőtestes szilárdítás

• nő a keménység• csökken az

érdesség• nő a hordfelület

4.1 Külső hengeres felület felületvasalása

Csúszási súrlódás közbeni jelenségek játszódnak le a vasaláskor, melynek eredményeként:

• a felületi érdesség csökken (Ra)• keménység nő• felületi szilárdság nő

A forgácsoló technológiák: pl.• köszörülés• szuperfiniselés, hónolás• tükrösítés

• a felületi érdességet javítják• a felületi réteg szilárdságtani tulajdonságait rontják

1

2

3

4

• egyetemes eszterga• célgép

Gép:

Felületvasalás

Szerszám:mesterséges vagytermészetes gyémánt

1: feszítő csavar2: mérőóra (erő)3: szerszám4: munkadarab

Vasalószerszám

Gyémánt• kemény• μ kicsi• jó hővezető• kicsi a hőtágulása• nagyon kis érdességűre

munkálható

120°15

0° R1,2;3,4

32

1

a) b)

120°15

0°

R3,35

1

23

hengeres gömbalakú

• 1: vasaló gyémánt• 2: foglaló fém• 3: foglalat

• rugalmas szerszámkonstrukció• merev szerszámkonstrukció

Lehet

Technológiai adatok

v: 25-200 m/minf: 0,02-0,2 mm/minF: 100-600 N

Felületi érdesség

• elméleti maximális érdesség: f2/8r• tényleges elérhető érdesség: 0,04-0,16 m

Kemény anyagokhoz is alkalmazható:

pl. edzett acélok (golyóscsapágy acél, 63-65 HRc)

Felületi érdesség

200 400 6000.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.04 0.08 0.12

100 200 300

F, N

mm/ford

v, m/min

0

f,

Ra

m

F, N

v, m/min

f, mm/ford

100

0.04

200

0.08

300

0.12

200 400 600

5200

4600

4000

34000

HV

M ,M

N/m

2

Keménység

Maradó feszültségek

300

0

-300

-600

-900

-12000 100 200 300 400

köszörülés

esztergálás

esztergálás+vasalás

köszörülés+vasalás

m ,

MN

/m2

l, m

vc= 93 m/minf = 0,08mm/minF= 196 N

4.2 Külső hengeres felület felülethengerlése

• szerszám: kemény (acél), szférikus vagy gyűrű alakú

• gördülő súrlódás történik• kopásállóság és kifáradási határ javul

Jellegzetes gőrgő alakok:

Dg= 20-200 mmR = 0,5-200 mm

Jellegzetes eljárások

1: egygörgős2: egygolyós3: kétgolyós4: kétgörgős5: kétgörgős

ferde6: kétgörgős

simító7: kétgörgős

kúpos8: golyós + eszt.9: görgős + eszt.

Technológiai adatok

vc: 30-90 m/minF: 200-200000 N

• pneumatikus• hidraulikus• rugós

Felületi érdesség: Ra= 0,01-1 mkb. tizedére csökken

e

r

e

r

f f

Megelőző érdesség Görgő sugara

1: eredeti érdesség: Rz= 80 m2: eredeti érdesség: Rz= 40 m.

z

Erő, előtolás

Rm

z ,

1000 2000F , N

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1

2

Rz,

µm

fogások száma 2 4 6 8 10 12 14 16

12

10

8

6

4

2

0

Fogások száma

A keményedett réteg vastagsága: 0,2-20 mm

• geometriai viszonyoktól

• technológiai adatoktól• anyagminőségtől

Függ:

1

22 1121

33

4

a

larctgal

alRa

FeH

l: a képlékenyen alakított réteg vastagságaF: görgőerőa: az érintkezési ellipszist helyettesítő kör sugara: poisson számReH: folyáshatár

Ábrázolva az összefüggést

Ha =0,3 és efa

akkor 3

13E

RFa

ahol

rDdR gw

1221

„a” ismeretében F/a2ReH leolvasható

Pontszerű érintkezést feltételezve: eHR

Fl2

4.3 Külső hengeres felületek ütőtestes szilárdítása

• szabad vagy korlátozott mozgású testek ütődnek a felülethez

• a réteg tulajdonságai dinamikus kölcsönhatás miatt változnak meg

Elterjedt eljárások:

• szabad ütőtestes: sörétezés• Kötött elhelyezésű:

- szilárdítás forgó ütőtestekkel- szilárdítás vibrációs ütőtestekkel

• Sűrített levegő nyomása• Forgó lapátkerék röptető ereje• Gravitáció (saját tömeg)

Sörétezés

Ezek eredménye: mozgási energiával szilárdítanak

Sörét: legtöbbször öntöttvas 0,5-5 mm

v: 70-150 m/sRa: 6,3-25 ml: 0,2-0,5 mm

Technológiai adatok:

Pneumatikus sörétező

Gravitációs sörétezés Forgó ütőtestes felületszilárdítás

• Szerszám: tárcsa szerű, a kerületén elhelyezett gyűrű vagy golyó alakú ütőtestekkel

• Gép: pl. eszterga, az ütőtestes berendezés a késtartó helyére fogható

munkadarab

alaptárcsa

alakos gyűrűütőtest

felfogócsap

1: alaptárcsa2: oldaltárcsa3: golyókosár4: acélgolyó5: szorítócsavar6: munkadarab

• ütőtestek alakja és mérete• az átfedés nagysága „h” • v: kerületi sebesség• ütőtestek száma• anyaga (acélgolyó)• f, vw• Fogásszám• munkadarab anyaga

Az eljárást befolyásoló tényezők:

sü

w w

k n iNd f n

A mikrogeometriát a fajlagos ütésszám határozza meg:

k: a golyók száma

Elérhető érdesség, Ra= 0,02-0,05 m

Az alakváltozás mértékére hat még:

• az ütőerő nagysága• az ütési impulzus

A felületi réteg tulajdonságait befolyásolja:• a munkadarab anyaga• ütések száma• ütési impulzus• szilárdítási technológia

Nü: 30-70 ütés/mm2

h: 0,05-0,8 mmF: 5-120 N

Technológiai adatok:

h

A keménység nagymértékben növekszik

1: vsz: 41 m/s; h=0,15 mm2: vsz: 41 m/s; h=0,05 mm3: vsz: 15 m/s; h=0,15 mm4: vsz: 15 m/s; h=0,05 mm

4.4 Belső hengeres felületek hideg képlékeny megmunkálása

Cél:

• mikrogeometria• pontosság• felületi réteg tulajdonságai

(keménység, hordozó felület,maradó feszültségek)

Vasalás

• Golyóval vagy• kúpos alakító elemmel

F

merev (tömör) merev (szerelt)

hátsó kúp

kalibráló kúp

alakító kúp

Kettős kúpos alakító elem:

Vasalás történhet rugalmas elemmel is(ld. Külső felület vasalása)

D

F

f0

d

Golyós:

vffF

F

F

f

Hengerlés

• Golyóval vagy• kúpos alakító elemmel

3

2

1

kosár

alakító elem(görgő)

támasztó kúp

alakító elem(golyó)

l

/2

szerszám

Morse

olaj kenés

12345 67 8

fúrórúdbefogó

Furathengerlő szerszám konstrukciója

fffn n

n

n

Ütőtestes

Ritkán, inkább csak nagyátmérők esetén

5. Fogazatok megmunkálása határozott élgeometriájú szerszámokkal

FejkörGördülõkörOsztókör

HatárkörLábkör

Fogfelület

FejszalagFogárok

HatárpontFogtõfelület Fenékszalag

Fog

Fogprofil

Alapkör

5.1 Alapfogalmak

A fogazatok kapcsolódása

Fogaskerék hajtások csoportosítása

Egyenes külső Egyenes belső Külső kúpfogazat

Fogasléc Fogasív

Tányérkerék, síkkerék

w

w

Metsződő tengely,kúpkerékpár

Metsződő tengely,csavarkerékpár

Metsződő tengely,csavarkerékpár

Hipoid kerékpár

a w

Toroid hajtópárHengeres csigahajtópár

5.2 Fogazatmegmunkáló eljárások felosztása

• marás• Vésés• üregelés

a) Profilozó eljárások

b) Lefejtő eljárások

Megmunkálás „alakátvitellel”Fogprofil = Fogárok normálmetszeti profilja

egy szerszámmal egy modul és fogszám gyártható

• a fogprofil burkolóvágások révén jön létre• főmozgás, előtoló mozgás, lefejtő mozgás (gördülés)• egy szerszámmal többféle fogszám gyártható• A lefejtés lehet:

• folyamatos• szakaszos

5.3 Profilozó eljárások

a) Marás tárcsamaróval v. ujjmaróval (modulmaróval)

.

h

n forg.

előtolóosztó

r 0

vn

h

forg.n

h

H

r0

h

r0

h

V• Mindig osztással megy végbe• Szerszám homlokszöge = 0• Egyetemes gépek és készülékek• Nagy átmérőjű munkadarabok• A marókat készletekben gyártják

Jellegzetességek:

Zárt nyílfogazat készítése ujjmaróval

• Oldalmegosztás• Fogásmegosztás

Jellegzetes változatok (tárcsamarásra):

N

tg

N-N

N

tgB

df

H

d0

V

H

h

h

Fogprofil tárcsamaró geometriája

b) Vésés, üregelés

Profilozó eljárás

Osztó-profilozó (1,2)profilozó (3,4)

1) Tárcsával-marás -köszörülés2) Újjmaróval marás3,4) Üregelés, kivágás,hideghúzás

21

34

z1

komplett • Komplett profilozás is lehetséges (egyetlen húzással)

• Többnyire kisméretű darabok• Nagysorozat v. tömeggyártás

üregelés

vésés

• Egyedi gyártás• Szakaszos előtolás• Osztómozgás

5.4 Lefejtő eljárások (1890-1910)

maxR

„Valódi” fogaskerék megmunkálás:

8-15 vágás

• A mdb és a szerszám egymáson gördül• A profil ún. burkolóvágások révén jön létre (lefejtés)• A szerszám terhelése egyenlőtlen

Hengeres fogazatokhoz:

• gyalulás• vésés• marás

Ismételten a fogazatok kapcsolódásáról

w

w

f w

vc

vc

f w

ff

t

a

vc

f f

ff

Maag FellowsPfauter

Fogaskerék megmunkálás lefejtéssel

5.4.1 Lefejtő fogvésés (Fellows eljárás)

mdb.

sz.

i= zzv

löket

gyorselőtolásmunkadarab

nosztó

forg

.v

szerszám

mozg.fogásv.

előtolásn

kiemelése miatt

asztalmozgása szerszám

löketvégi

i=zs/zw=nw/ns

Lefejtő fogvésés

Lefejtő fogvésés

.

.

teljes fogásmélység

1

2

mdb. szerszám

1

2

h

Fogásmélység beállítása: begördüléssel, a mdb. 1-1/4 fordulat alatt készül el

Vezérlőtárcsávalvalósítják meg

1.pont: h=02.pont: h=hmax

Szerszáma: a metszőkerék (változó profileltolású éllel rendelkező „fogaskerék”)

• Egyszerű mozgásviszonyok• Bonyolult szerszám

Elemi fogazat: x=0

v

szekrénykos

szerszám

állvány

forgó tárgyasztal

munkadarab

Fogmetsző gép kinematikai elrendezése

Ferde fogazatok is megmunkálhatók: +mozgás a szerszámnak (spirál)sz-mdb ellentétes emelkedésűek

Belső fogazatok is megmunkálhatók.

13

2 Ferde fogazat előállítása metszőkerékkel,

Cserélhető csavarvezetéksegítségével1. csavarvezeték,2. vezetőhüvelyt

forgató kerék,3. vezetőcsap

Lefejtő fogvésés, belső fogazat 5.4.2 Lefejtő foggyalulás (Maag eljárás)

• Nagyobb pontosság• Kisebb termelékenység• Nagyon bonyolult

mozgások (mechanika)• Legegyszerűbb

szerszám

mdb

i (kin. kapcs.)

Lefejtő foggyalulás Visszalöketnél a kés kiemel (billen). + vforg.

a

0

123

4 5

I.II.

III.

0 0 0

0

velőt. fogásvételimozgás

n

III.II. I.123

4 5 ismétlésMaag-eljárásmozgás-ciklusa

A megmunkálás kinematikája:

1-2: begördítés (1. fog kialakul)

3: további fogakmegmunkálása

4: gyors visszagördülés

5: gyors kigördülés+ osztás amegfelelőfogszámmal

hosszúlökethossz

mdb.

rövidlökethossz

a ) b )

ráfutás

vésés

kifutásmdb.

ráfutás

kifutás

vésés

Ferde fogazat gyalulása: egyenesfogú v. ferdefogú fésűskéssel

Hvsz vforg.

szerszám

r

2A0

ps

ha f

H

2

A

r11

h

0

Maag fésűskés geometriai kialakítása:

20

25,12

0

00

mhh

tS

mp

fa

• Sík felületek határolják• Mindenütt névleges

profillal bír• Sokszor és könnyen

újraélezhető (csak szilárdsági limitje van)

12

< 0

°

Egyszerű élezhetőséghát- és homlokfelületen

Maag eljárás belső fogazatokhoz nem használható

5.4.3 Lefejtő fogmarás (Pfauter eljárás)

• Nagyobb termelékenység

• Kisebb pontosság• Egyszerű mozgások• Bonyolult szerszám• A főmozgás forgó,

ez nagy előny• Szinte minden

mozgás folyamatos

Szerszám:Csavarfelületre vitt lécprofil

Lefejtő fogmarás,Pfauter

v

v tang.előtolás

ax. előtolás

diff.

+ s

osztó

=forgó 90°

vrad. fogásvételv. előtolás

vtang. előtolás

a

vt is lehet(szakaszos, v, folyamatos)a maró egyenletes terhelése érdekében)

Pl. diagonál marás

d=+/- a+b

ft

fax

lefejtőmaró

mdb.

lefejtőmaró

erf

Diagonális marás

mdbi,=

z öz

szv

f

mdb

A lefejtő fogmarás kinematikai lánca

Zö: maró bekezdésekszáma

Z: mdb fogszáma

n

v

v

ax

l

h

v

rad

vax

v

Kivitelezési módszerek:• Alulról felfelé (egyenirányú marás)

termelékenyebb• Csak axiális előtolással• Axiális és radiális előtolással (l út

csökkentése)Rsz

x R sz -x

,

o

f

x

mf

Az előtolás és az érdesség kapcsolata

ford.] [mm/mdb sinα

R8X'f

R8sinαfX'sinαXX'

2fRRX

0

SZmf

SZ

02

mf0

2mf2

SZSZ

Ellentámasz

Lefejtõ elõtolás

Munkadarabszán

FogásvételElõtolás

MarófejDönthetõ marószán

Állvány

Radiális elõtolás

lefejtõmozgása

Lefejtő fogmaró gép felépítése

sík

kúpos oldalfelület

szabályozás gyémánttal

nsz

A szerszám újraélezése

A hátfelület „hátraesztergált”A homlokszög g=0o

Jellemző Fellows Maag Pfauter

Termelékenység ++ + +++

Pontosság ++ +++ +

Mozgásviszonyog bonyolultsága

++ +++ +

Szerszám bonyolultsága +++ + +++

Belső fogazat + - -

Ferde fogazat + + +

Lefejtő eljárások összehasonlítása

6. Fogazatok befejező megmunkálása határozottélgeometriájú szerszámokkal

• Mindig simító megmunkálást jelent• Kéregkeményített vagy edzett fogazatok is megmunkálhatók • Kinematikailag azonos a hagyományos lefejtőmarással• Jó termelékenység, jóval nagyobb, mint köszörülésnél• Pontosság jó: IT 6-8• Ráhagyás 0,1-0,3 mm

6.1 Hámozó lefejtő marás (pontossági fogmarás)

Szerszám: keményfém lapkás, lefejtő fogmarónagy negatív homlokszöggel !!

forrasztott v.betétes kivitel

30 °A negatív 30o biztosítja• Kis forgácsvastagság• Kis deformáció• Kis hőképződés• Jó Ra (0,8-6,3 m)

Gondos előmunkálás !!

Műszaki előfeltételek:

• Munkadarabok gondos előmunkálása

• Megfelelő gépválasztás• Pontos készülékezés

ráhagyáselőfogazás

végállapotElőmunkálás:

Csak a fogoldalonlegyen forgácsolás

s e

0.1m p r

1.4m

Az előfogazáshoz speciális marót használnak(Protuberanz maró)

Gép:

• kellően merev.• maró léptetésre legyenlehetőség

• diagonális marást kellalkalmazni (kopás)

6.2 Foghántolás

• Nemesített kerekekhez• Csoportkerekek kisebbik kerekéhez• Szokás még: Cementálás – hántolás – nagyfrekvenciás edzés• Éles szélű barázdákkal ellátott felületű fogaskerékkel

(szerszámmal) történő összejáratás • Szerszám: hántolóléc vagy hántolókerék (egyenes vagy

ferdefogú)

hántolandó kerék

A

A

hántoló kerék

0.75

-0.1

mm

0.75

-0.1

mm

legördülőmozgás

tengelyirányú mozgás

. +

nézet

• 10-12o-os kitérő tengelyek

• Összegördülés + tengely irányú mozgás

• Homlokszög=0o

fogirányra merőleges fogak esetén

• Homlokoldallal párhuzamos fogaknál a homlokszög nem 0

• hátszög=0o !!!!

• Nagyon kis ráhagyás0,025-0,05 mm

• Csökkenti a profilhibát és az alaposztás hibát

• Összegzett osztáshiba és az ütés nem javul

• Nagyon termelékenynéhány sec.

• Van kiegészítő mozgás is• A munkadarab csúcsok

között• A szerszámot

nekinyomjuk• A szerszám forgatja a

munkadarabotForgácsolás a csúszási viszonyok következtében

ab

ca

bc

abc

ab

a: mdb kezdeti pozíciójab: hántolókerékc: mdb végpozíciója

: tengelykeresztezõdési szög: diagonális szög

A hántoló eljárás módjai

Gép: foghántoló gép

• párhuzamos• diagonál

• merőleges• haránt

• Pontosság IT 5-7• Ra 0,8-0,02 um

6.3 Fogazatok jellegzetes hőkezelései

• A furat és a fogazat deformációt szenved

Cementálás (+edzés = betétedzés)

• C = max. 0,2 % ezt visszük fel kb 0,8%-ra• Rétegvastagság. 0,5-1,5 mm

Nitridálás

• Gázban vagy sófürdőben

Indukciós edzés• Csak a fogfelületet

6.4 Kiegészítő fogazatmegmunkálások

• Foggömbölyítés (célgépek)• fogsarkítás• Homlokél letörés • Sorjázás• foglekerekítés

7. Fogazatok megmunkálása határozatlan élgeometriájú szerszámokkal

7.1 Fogköszörülés profilos tárcsakoronggal

Problémák:

• A korong kopásával a fog vastagodik

• Korongszabályozás nehézkes

• Pontatlan

Köszörülés egy koronggal

r i

r b

·

·

köszörűkorong

Köszörűkorong érintkezése a munkadarabbal A szakaszon kedvezőtlen a szögtartományban kedvezőbb köszörülési feltételek vannak.

Köszörülés két koronggal

Kedvezőbb, mert a korong a palásttal forgácsol

A0

A A A A0 0A

F0

F0 F F F0F

Fogásvétel iránya

radiálisaxiális legördülésAxiális: egyenletes kopás, nagy hőRadiális: egyenletlen kopás, kisebbhőfejlődés

lehúzó szerszámgyémánt bevonatolt

fogoldal felület

köszörûkorong profilja

profilozó köszörûkoronga fog jobb oldalán

köszörûkorong

fog

homlokfogaskerék

profilozó köszörûkoronga fog bal oldalán

Profilozó korongog szabályozása7.2 Lefejtő fogköszörülés

7.2.1 Lefejtő fogköszörülés egy koronggal (Niles)

.vk

12

3

osztókör

.vk

12

3

osztókör

• Korong: egyenes profilú, kettős kúpos

• Korongszabályozás könnyű• Közepes pontosság• Közepes termelékenység• Ferde fogazathoz is

alkalmas

Lefejtő fogköszörülés egy koronggal (Niles)

1

B1 A2

BAL PROFIL7 mm

Túl- és ráfutás

1. .

Holt út

1

B1 12

A

.

1B

1

JOBB PROFIL5mm

TúlfutásKigördülés

osztás

Begördülés 2

..

5mmRáfutás

A BEÁLLÍTANDÓ ÁGYSZÁN ELMOZDULÁS

• Bal profil köszörülése B1-A2• Túlfutás és visszaút (kb 5 löket)• Jobb profil köszörülése B2-A1• Kigördülés + osztás• Begördülés + ráfutás• Bal profil köszörülése

Mozgásciklus

7.2.2 Lefejtő fogköszörülés , Maag eljárás

• A korong független a modultól

• Kis érintkezési hossz (pontszerű)

• Korongszabályozás minden 2 sec-ban

• Alacsony hőmérséklet

• Kis termelékenység• Nagy pontosság• Bonyolult gép• Ra =0,8-0,01 m• IT 3-6

d

gybc

g

gy

bk

gy

köszörűkorongok

gördítő bak

acélszalag(gördítőszalag)

munkadarab

gördítőszán

előtolószán

Maag fogköszörülés mozgásviszonyai

ra

kl

l o

b

gördülő szalag

alapkör

1

2 2

1

0o-os Maag fogköszörülés mozgásviszonyai

• A korongok nincsenek bedöntve• Nem azonos fogárokban dolgoznak• Az alsó pontok összekötője érinti az alapkört

• termelékenyebb

7.2.3 Lefejtő fogköszörülés csigakoronggal, Reishauer

• Szerszám: trapézprofilú csigakorong

• A szabályozás ideje eléri a főidőt• Szerszám és mdb között kötött

kinematikai kapcsolat van• Nagyon termelékeny• Legkevésbé pontos

Internal threadExternal thread

Alapfogalmak

CrestRoot

Thread angle

CrestRoot

8. Menetek megmunkálása ISO Metrikus menet

Externalthread

Internalthread

Center of thread assembly

60o

Osztás, P

P/4

P/8

Example :“knuckle thread form”

Különféle menetprofilok Menetmegmunkálási módok

8.1 MenetesztergálásKörkések

Menetesztergálás

Működő szögek menetesztergáláskor A szerszám profil a menet tengely- vagy normálmetszetiProfiljával egyezik meg

Menetesztergálás egyidejűleg több fogárok megmunkálásával Belső hengeres felületek menetesztergálása