Upload
others
View
2
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
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.
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
2
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.
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
3
2.1.1. A gyémánt
A gyémánt a legtisztább ásványi szén és a természetben
előforduló legkeményebb anyag. Kristályrácsa a felületen
középpontos hexaéder, amelynek belsejében egy
2
2a élű
tetraéder csúcspontjain még további négy atom helyezkedik el
[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.
2. ábra
A gyémánt kristályrácsa [3]
1. ábra
A forgácsoló szerszámél anyagok „piramisa” [2]
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
4
1. táblázat Csiszoló, kopásálló anyagok mechanikai és fizikai adatainak összehasonlítása
[3]
Mikro-
keménység
HV ,
N/mm2
Szilárdsági
határ
hajlításnál
N/mm2
Szilárdsági
határ
nyomásnál
N/mm2
Rugalmassági
modulus E ,
N/mm2
Sűrűség
g/cm3
Hőállóság
C
Természetes
gyémánt 100600 21 - 49 820 - 1220 118000
3,01 -
3,56 600 - 800
Mesterséges
gyémánt
86000 -
100000 30 886 72000 - 93000
3,48 -
3,54 600 - 800
Köbös
bórnitrid
80000 -
92500 - - -
3,5 -
3,54
1300 -
1500
Bórkarbid 37000 -
45000 30 291 29600
2,48 -
2,52 500 - 700
Szilícium-
karbid
33350 -
67000 15 - 10 57 36500
3,16 -
3,99
1200 -
1300
Normál
elektrokorund
18000 -
27000 87 300 -
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
500-600C-on még nincs oxidáció, 700-800C-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
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
5
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
Sűrüség g/cm3 14…15 3,4…4,3 3,5…4,2
Keménység HV30 1500..1700 3000…4500 4000…5000
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
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 természetes gyémántét.
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
6
Ugyanakkor a természetes gyémánt anizotrópiájával (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]
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
7
3. táblázat 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
Tényleges sűrűség, g/cm3 3,47...3,54 3,44...3,49
Hőállóság, C 850 1200
Mikrokeménység, HV 150g terhelésnél, N/mm2 100000 92500
Elemi rácshoz tartozó atomok száma 18 18
Elemi rácshoz közvetlenül tartozó atomok száma 8 8
Atomok száma 1cm3-ben 1,76x1023 1,69x1023
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 köszörű-
szerszám 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. 850C hőmérsékletével szemben 1200C hőmérsékletet is
elviseli a köbös bórnitrid szemcse.
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
8
A köbös bórnitrid szerszámok alkalmazásának főbb területei:
- Edzett acélok, nagykeménységű ötvözött acélok, öntöttvasak megmunkálása.
- Gyorsacél forgácsolószerszámok megmunkálása.
- Menetszelvények megmunkálása.
- Bonyolult szelvényű forgácsolószerszámok (csigamarók, metszőkerekek, hántoló-
kerekek, 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 nagy-
pontosságú 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.
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
9
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.
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
10
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
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
11
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.
1 3wp
x
d L ZQ
t 60
(mm
3/s),
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:
1 3wp
x
d LA
t 60
(mm
2/s)
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
12
4. táblázat Idők kiszámítása:
Jelölés
Tgépi
min Tcsere,egyéb
min
Talap
min
Tdarab
min
Telők
min
Tműveleti
min külön összesen
N: 0,736
5,343 3 8,434 9,6991 180 10,6 S: 4,698
sorozatnagyságn=200 darab
A gépi főidő meghatározása nagyolásra:
Tgépi fő,N =2 ∙ L3
vf,L,N∙
ZN
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
2200∙
0,2
0,02= 0,736 min
A gépi főidő meghatározása simításra:
3 Sgépi fő,S k
f ,L,S e,S
2 L ZT i
v a
,
ahol:
vf,L,S – simítási hosszirányú előtolósebesség;
Zs – simítási ráhagyás;
ae,S – simítási kettőslöketenkénti fogásmélység;
ik – kiszikráztatási kettőslöketek száma.
Tgépi fő,S =2 ∙ 81
2000∙
0,05
0,001+ 8 = 4,698 min
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
13
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
n+ Tdarab
Telőkészületi 180 min
Tműveleti =180
200+ 9,6991 ≅ 10,6 min
Az anyagleválasztási paraméter gyakorlati értéke a műveleti idő alapján:
Qwp =61 ∙ π ∙ 81 ∙ 0,25
10,6 ∙ 60= 7,77
mm3
s
A felületképzési paraméter meghatározása a műleleti idő alapján:
Awp =61 ∙ π ∙ 81
10,6 ∙ 60= 24,4
mm2
s
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
14
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:
Jelölés
Tgépi
min Tcsere,egyéb
min
Talap
min
Tdarab
min
Telők
min
Tműveleti
min külön összesen
N: 0,41
S: 0,81 1,22 0,2 1,42 1,704 12 1,764
sorozatnagyságn=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
0,24 ∙ 850= 0,41 min
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
15
A gépi főidő meghatározása simításra:
Tgépi fő,S =84
0,12 ∙ 861= 0,81 min
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 + Tpótlék Tpótlék = 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:
Tműveleti =Tel ők
n+ Tdarab
Tműveleti =12
200+ 1,704 = 1,764 min
Az anyagleválasztási paraméter gyakorlati értéke a műveleti idő alapján:
Qwp =61 ∙ π ∙ 81 ∙ 0,25
1,764 ∙ 60= 36,6
mm3
s
A felületképzési paraméter meghatározása a műleleti idő alapján:
Awp =61 ∙ π ∙ 81
1,764 ∙ 60= 146,6
mm2
s
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
16
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.
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
17
Az eredmények oszlopdiagramban bemutatva (5. ábra).
5. ábra
Keményesztergálási és köszörülési időráfordítások
a) idők percben; b) idők százalékosan
0
2
4
6
8
10
12
Gépi főidő Darab idő Műveleti idő
5,34
9,7
10,6
1,221,7 1,76
Köszörülés
Keményesztergálás
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Gépi főidő Darab idő Műveleti idő
100 100 100
22,817,5 16,6
Köszörülés
Keményesztergálás
Idő,
[min
] Id
ő,
[%]
a)
b)
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
18
6.2. Agyagleválasztási jellemzők
A megmunkálási eljárások hatékonyságát vizsgálva az anyagleválasztási jellemzők
gyakorlati értékei is a keményesztergálás mellett szólnak. Ezeket mutatja a táblázat.
Anyagleválasztási
sebesség [mm3/s]
Felületképzési
sebesség [mm2/s]
Köszörülés 7,77 24,4
Keményesztergálás 36,6 146,6
Az eredmények oszlopdiagramban is bemutatva a 6. ábrán.
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).
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Anyagleválasztási sebesség Felületképzési sebesség
7,77
36,624,4
146,6
Köszörülés
Keményesztergálás
[mm3/s] [mm
2/s]
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
19
a) 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 hűtő-
kenő 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.
Kujbus Tamás A keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása 2011
20
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.