Edzett furatok érdességének összehasonlító vizsgálataFelületi érdességként a megmunkálási nyomok, szabályosan ismétlődő érdesség csúcsok és völgyek, karcok, pikkelyek,

MISKOLCI EGYETEM

GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

Edzett furatok érdességének összehasonlító

vizsgálata

Hlavács Krisztián

II. éves MSc. gépészmérnök hallgató

Konzulens:

Dr. Kundrák János

egyetemi tanár

Gépgyártástechnológiai Tanszéke

Miskolc, 2011

Hlavács Krisztián Edzett furatok érdességének összehasonlító vizsgálata

1

1. Bevezetés ............................................................................................................................ 2

2. A megmunkált felületek érdességi jellemzői ..................................................................... 3

2.1. A mértani, a valóságos és az észlelt felület ......................................................................... 4

2.1.1. Megmunkálásból adódó makrogeometriai hibák ......................................................... 4

2.1.2. Megmunkálásból adódó mikrogeometriai hibák .......................................................... 5

2.2. Érdességi jellemzők ............................................................................................................. 6

2.2.1. „Csúcs” paraméterek .................................................................................................... 8

2.2.2. „Átlag” paraméterek .................................................................................................. 11

2.2.3. Hordozóhossz görbe ................................................................................................... 14

3. Keménymegmunkáló eljárások ........................................................................................ 14

3.1. Keményesztergálás ............................................................................................................ 15

3.2. Köszörülés ......................................................................................................................... 15

3.3. A keményesztergálás előnyei a köszörüléssel szemben .................................................... 16

3.4. A kombinált eljárás ........................................................................................................... 17

3.5. A kombinált eljárás előnyei ............................................................................................... 18

4. Vizsgálati feltételek .......................................................................................................... 19

4.1. A munkadarab anyaga ....................................................................................................... 19

4.2. Szerszámgép ...................................................................................................................... 19

4.3. Szerszám ............................................................................................................................ 22

4.4. Forgácsolási adatok ........................................................................................................... 23

4.5. Mérőműszer ....................................................................................................................... 24

5. Mérési eredmények és kiértékelésük ................................................................................ 24

Összegzés ................................................................................................................................. 31


2

1. Bevezetés

A TDK dolgozatomban a keménymegmunkálással végzett forgácsolási eljárásokkal

foglalkoztam, valamint vizsgáltam az említett eljárással megmunkált felületek érdességi

jellemzőit.

Az irodalmi áttekintés során kidolgozom a megmunkált felületek érdességi jellemzőit

külön kitérek a mikrogeometriai jellemzőkre, melyeket az egyenetlenségek magasságával,

formájával (ún. hibrid) és az egyenetlenségek profilirányú méreteivel kapcsolatos jellemzők

szerint csoportosítom. A továbbiakban a ZF Hungária Kft.-nél megismert két

keménymegmunkálási eljárásra, a keményesztergálásra (Pittler szerszámgép) és az

úgynevezett kombinált eljárásra (EMAG szerszámgép) dolgozom ki a TDK dolgozatomat. A

kombinált eljárás magába foglalja a nagyoló keményesztergálást és a simító köszörülést. A

vizsgált esetben csak a fogaskerék furatát munkálják meg az említett eljárással. A dolgozatom

során kitérek a különböző keménymegmunkálási eljárások technológiai adatainak megadására

is. Azon forgácsolási adatokkal gyártott fogaskerekek belső hengeres felületeit vizsgáltam,

amely adatokkal gazdaságosan munkálható meg a fogaskerék. Ezek az adatok, a

megmunkálás során kialakult felületek minőségét befolyásolják. A TDK dolgozatom

befejeztével a kísérleti eredményeket foglalom össze és mutatom be.

A mérések elvégzéséhez a ZF Hungária Kft. nyújtott lehetőséget, ahol a feladatomban

szereplő fogaskerék gyártása zajlik.

TDK tervemet a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt „Befejező precíziós

megmunkálások kutatása” elnevezésű részprojekt támogatta.


3

2. A megmunkált felületek érdességi jellemzői

A forgácsolt felület minőségét a felületi érdességgel (geometriai minőség) és a felületi

réteg állapotával (anyagszerkezettani minőség) szokás jellemezni. A felületi érdességet a

mikroegyenetlenségek magassága és alakja határozza meg. A felületi réteg anyagának

állapota pedig a mikrostruktúrával, a felületi felkeményedéssel és a maradó feszültségek

nagyságával jellemezhető.

A felületiminőség a precíziós megmunkálásnál kiemelt jelentőségű, mert az ilyen

felületekkel rendelkező alkatrészeket nagy értékű gyártmányokba építik be. Ezen

gyártmányok előállítása költséges, sokszor különleges követelményeket kell teljesíteniük

működésük során és az előállításuk is speciális feltételeket igényelt. Ezen alkatrészcsoportba

tartoznak a keménymegmunkálással előállított felületek is. Mivel a keménymegmunkált

felületek érdességi jellemzőit vizsgáltam, ezért szakirodalom alapján összefoglalom mind a

felületi érdesség, mind a keménymegmunkálások legfontosabb jellemzőit.

A forgácsoló megmunkálásoknál létrehozott felület érdességét nagyszámú tényező

befolyásolja: a képződő forgács típusa, a szerszám élgeometriája, a munkadarab anyaga, az

alkalmazott forgácsolási paraméterek, hűtő-kenő anyagok alkalmazása stb.

A szakirodalomban gyakran külön elemzik az elméleti és valóságos érdességet. A felületi

érdesség elméleti mérőszámainak vizsgálatára egyszerűsített modellt alkalmazunk, melynek

segítségével meghatározható a felületi érdesség tényleges értéke.

Az elméleti érdesség meghatározásánál a következő feltételezéseket (elhanyagolásokat)

alkalmazzák:

- a munkadarab anyaga a megmunkált felületen nem deformálható,

- a forgácsoló rendszer abszolút merev,

- a forgácsolószerszám éle egy meghatározott geometriai vonal.

A tényleges érdesség azokból az egyenetlenségekből áll, melyek a megmunkált felületen a

szerszám csúcsának áthaladása után visszamaradnak. Ezeket az egyenetlenségeket

analitikusan elemezni szinte lehetetlen, ezért azokat mérésekkel határozzák meg. Az elméleti

és a tényleges profil viszonyait illusztrálja az 1. ábra.[1]


4

f f

elméleti profil

tényleges profil

1. ábra

Érdesség viszonyok

A mérőműszerek és a számítástechnika fejlődésével ma már sokkal pontosabban leírhatók

a felületek érdességi jellemzői a megmunkálások után. Az eddigi 2D-s mérőszámok azok,

amelyekkel széles körben elterjedtek és a mai napig alkalmazottak az ipari üzemekben. Ezzel

együtt meg kell jegyezni, hogy a 3D-s érdességmérő műszerekkel mért érdességi jellemzők

egyre gyakrabban szerepelnek a szakirodalomban és a legfejlettebb üzemekben is

alkalmazzák. A TDK tervemben azokat az érdességi jellemzőket vizsgáltam, amelyekkel a

vizsgált alkatrészt ellenőrizni szokták.

2.1. A mértani, a valóságos és az észlelt felület

A szilárd testek felületének makro és mikrogeometriai jellemzőit, a felület minőségére

vonatkozó alapfogalmakat, jelöléseket és vizsgálati módszereket magyar és nemzetközi

szabványok rögzítik. Mértani vagy névleges felület a rajzdokumentációkban előírt, illetve a

gyártási eljárással meghatározott szabályos, hibamentes felület, melynek nincsenek

egyenetlenségei - alakhibája, hullámossága és érdessége. [10]

2.1.1. Megmunkálásból adódó makrogeometriai hibák

A makrohibák azok az egyenetlenségek, makrogeometriai eltérések, amelyeknél a hibák a

test névleges felületétől való eltérést jelentik, nagyságuk nagyobb területre terjednek ki. Ezek

a munkadarab valóságos felülete és névleges felülete közötti eltérések. Az alakhibák az egy

felületre vonatkozó hibák, pl. az egyenetlenség-, síklapúság-, köralak-, hengeresség-eltérés,

ovalitás, kúposság, hordósság, fogaskerekeknél az evolvens hiba. Mérésük és számszerű

értékelésük hossz-és szögméréssel, valamint különféle idomszeres méretellenőrzésekkel,

különleges mérőgépekkel végezhető el.

Helyzethibák: két felület közötti helyzet eltérése az ideálishoz képest, pl. a párhuzamosság-

eltérés, merőlegesség-eltérés, hajlásszög-eltérés, egytengelyűség-eltérés, szimmetria-eltérés,

pozíció-eltérés, tengelymetsződés-eltérés, radiális ütés, homlokütés, osztáshiba stb.


5

Hullámosság: a valóságos felületnek viszonylag nagy térközű, kis amplitúdójú ismétlődő

felületi egyenetlensége. Hullámhossz-tartománya az alakhibákéhoz viszonyítva kicsi (kb. 0, 5

– 1 mm). A hullámosságot az érdesség értékelésekor már nem, az alakhiba értékelésekor még

nem veszik figyelembe. A hullámosságra jellemző a periodikus ismétlődés. A hullámosság

oka gyakran a szerszámgép, a szerszám és a munkadarab rendszerének kisfrekvenciájú

lengése. A hullámosság értékelésére alkalmasak a mikrogeometriai vizsgálatok, illetve a

sávszűrős érdességmérő műszerek.

2.1.2. Megmunkálásból adódó mikrogeometriai hibák

A felület kis részén található egyenetlenségek a mikrohibák, a mikrogeometriai eltérések.

Ezek: -A megmunkálási nyomok, szabályosan ismétlődő érdességcsúcsok és völgyek

(érdesség),

-Karcok, pikkelyek, dudorok az érdesség barázdák oldalfelületén található apró

eltérések (érdesség),

-A szövetszekezet felületen megjelenő mintázata pl. a krisztallitok miatt (mikro-

érdesség). [10]

-A kristályszerkezet felületen megjelenő mintázata, a felületen megjelenő atomrácsok,

molekula szerkezetek egyenetlensége miatt (szubmikro-érdesség).

Felületi érdességként a megmunkálási nyomok, szabályosan ismétlődő érdesség csúcsok és

völgyek, karcok, pikkelyek, dudorok az érdesség barázdák oldalfelületén található apró

eltérések megjelenését tartjuk számon amelyet a 2. ábra szemléltet.

2. ábra

Az észlelt és a valóságos profil értelmezése


6

Hullámosságnak nevezzük a valóságos felületnek viszonylag nagy térközű, kis amplitúdójú

ismétlődő felületi egyenetlenségét melyet a 3. ábra mutat. [2]

3. ábra

A hullámosság értelmezése

2.2. Érdességi jellemzők

A legyártott alkatrészek felületeit gondosan nagyítva, például mikroszkóp alatt

megvizsgálva megállapíthatjuk, hogy a felület még a leggondosabb megmunkálással sem lesz

tökéletesen sima és egyenes, a rajzon szereplő mértani felület csak megközelíthető, ám

tökéletesen soha nem valósítható meg. Ennek oka a megmunkáló gépek, illetve szerszámok

pontatlansága, a szerszámok megmunkálás közbeni kopása, a gép, a szerszám és a

munkadarab rezgése, lengése stb. A megmunkálás közbeni technológiai paraméterek is

jelentősen befolyásolják az elérhető felületi érdességet, pl. az előtolás nagysága, a szerszám

típusa stb., valamint a szakértelem, szakmai hozzáállás is. Csatlakozó alkatrészeken az

illesztés típusa meghatározza a szükséges felületminőséget, illetve az adott illesztés is csak

megfelelő, a tűrésnagysághoz illeszkedő felületi érdesség előírásával érhető el, ezért az

alkatrészek felületi érdességét mindig egyértelműen meg kell adni. A felületi érdesség

nagymértékben befolyásolja az alkatrészek élettartamát is.

Az alkatrész felületének érdességét úgy mérhetjük mechanikai eszköz segítségével, hogy a

felületérdesség-mérő műszer nagyon kis lekerekítési sugarú (1-2 μm) tapintó érzékelőjét a

felületen végigvezetjük. Az észlelt, illetve rögzített felületprofil a tapintócsúcs lekerekítése

miatt azonban nem a valóságos profil lesz, hanem annak egy torzított mása, de ezt fogadjuk el

a valódi profilnak. A gyakorlatban a felületi érdesség mérőszámaként célszerű olyan jellemzőt

választani, amely viszonylag egyszerűen és megbízhatóan mérhető, ugyanakkor a mért, illetve

számított jellemzővel a különböző felületek érdessége összehasonlítható. A gyakorlatban két


7

mérőszám terjedt el, az egyik az átlagos érdesség, a másik pedig az egyenetlenség-magasság,

ezeket a továbbiakban kifejtem.[10]

A működő felületek mikrogeometriai jellemzése a gyakorlati méréstechnikában döntően

két dimenzióban valósul meg. A síkbeli (2D-s) mikrogeometriai paraméterekhez kapcsolódó

fogalom meghatározásokat és a jellemzőket nemzetközi szinten is szabványosították (ISO

4287:1997, ASME B46.1). A gépalkatrészekre vonatkozó rajzi előírások szabályait az ISO

1302:2002 szabvány tartalmazza. [11]

E szabványok alapján a jellemzők három fő csoportba sorolhatók:

- az egyenetlenségek magasságával kapcsolatos jellemzők (Ra, Rt, Rz, Rq, Rsk, Rku, Rp, Rv,

Rc),

- az egyenetlenségek profilirányú méreteivel kapcsolatos jellemzők (RSm),

- az egyenetlenségek formájával kapcsolatos (ún. hibrid) jellemzők (R_q).

A paramétereket, melyek a következőkben ismertetésre kerülnek a szabvány és a

szakirodalom következőképpen különbözteti meg: R - érdesség, W - hullámosság, P - a nem

szűrt profil. Ezek betűjele mellé írjuk a paramétert jelző kis betűt, például: a, t, p stb. A 4.

ábra azt a koordináta rendszert ábrázolja, amelyben a felületi egyenetlenségek paramétereit

definiáljuk. [3]

4. ábra

A felületi egyenetlenségekre alkalmazott koordinátarendszer


8

A vizsgált felület érdességének 2D-s kiértékeléséhez profilmetszetet alkalmaznak, továbbá

definiálják a következő fogalmakat: alapvonal, alaphossz, mérési hossz, középvonal,

tetővonal, illetve fenékvonal.

Az alapvonal az észlelt profil síkjában lévő, az értékelés céljára kiválasztott vonal, melytől

a profil egyes pontjainak a távolságát mérjük. Az alapvonal tulajdonképpen síkgörbe, kis

szakasza egyenesnek vehető, a vizsgálat céljából „kiegyenesítjük” (szűrjük).

Az alaphossz (vonatkoztatási hossznak) az érdesség kiértékelésére kijelölt hossz.

Rögzítésével a hullámosság és az érdesség különválasztható, az érdesség az egyéb

szabálytalanságok mellőzésével értékelhető.

A mérési hossz az érdességi kiértékelési hossz meghatározásához, méréstechnikailag

szükséges felületszakasz minimális hossza, mely egy vagy több alaphosszat tartalmazhat.

Értékét a rajzon előírt paraméter értékének megfelelően kell megválasztani, ezt a szabvány

leírja.

A középvonal az a vonal, mely a valóságos profilt az alaphosszon belül úgy osztja ketté,

hogy a profileltérések négyzetösszege a minimumot adja, vagyis a felette lévő kiemelkedések

és az alatta lévő „völgyek” területe megegyezik.

Tetővonal illetve fenékvonal az észlelt profil az alaphosszon belüli legmagasabb illetve

legmélyebb pontján megy át és párhuzamos a középvonallal.

A felületi mikrogeometria magassági jellemzői

2.2.1. „Csúcs” paraméterek

A profil középvonaltól mért maximális csúcsmagassága: Rp (alaphosszon értelmezve). A

valóságos profil legmagasabb pontja és a középvonal közötti távolság az alaphosszon belül (5.

ábra). [11]


9

5. ábra

A felület csúcs méretei [14]

A profil középvonaltól mért maximális völgymélysége: Rv (alaphosszon értelmezve). A

valóságos profil legmélyebb pontja és a középvonal közötti távolság az alaphosszon belül (6.

ábra).

6.ábra

A felület völgy méretei [14]

Az egyenetlenség-magasság (Rz) (7.ábra) meghatározásánál az alaphosszon belül egy

tetszőleges alapvonaltól megmért öt legmagasabb pont távolságának összegéből ki kell vonni

az öt legmélyebb pont távolságának összegét, majd a kapott értéket el kell osztani öttel. A


10

DIN szabvány az Rz értékét úgy határozza meg, hogy a vizsgált profilt öt egyenlő részre

osztva a szakaszokon vesszük a maximális eltéréseket, majd azokat átlagoljuk. [11]

7.ábra

Az egyenetlenség-magasság értelmezése [15]

A profilelemek közepes magassága: Rc (alaphosszon értelmezve). A valóságos profil

legmagasabb és legmélyebb pontja közötti távolságok közepes magassága az alaphosszon

belül (8. ábra). [11]

8.ábra

A profil közepes magasságának értelmezése [14]


11

Maximális egyenetlenség: Rt (kiértékelési hosszon értelmezve).

A valóságos profil legmagasabb és legmélyebb pontja közötti távolság a kiértékelési

hosszon belül.

9.ábra

A profil maximális magassága [14]

2.2.2. „Átlag” paraméterek

A profil közepes eltérése: Ra

Az átlagos érdesség a tényleges profil és a középvonal közti Zi távolságok abszolút

értékeinek számtani átlaga.

Az átlagos érdesség (Ra) meghatározásánál egy meghatározott alaphosszon egyenlő

távolságokban meghatározzák a kiemelkedések és bemélyedések alapvonaltól mért távolságát,

majd előjel nélkül a kapott értékeket átlagolják. Általános esetben vagy az Ra vagy az Rz

értéket adják meg a rajzokon. [11]


12

Simasági mérőszám: Rq, melyet a profileltérések négyzetes középértéke szerint számolunk.

Ferdeségi mérőszám: Rsk

A ferdeségi mérőszám (Rsk) a megmunkált felületet csúcsokra és völgyekre tagolja, és az

eltérések eloszlását méri (a profil vizsgálati szakaszán). Az Rsk paraméter relatív

összehasonlítást ad a megmunkált felületről: ha a mért profil csúcsai nagyobbak, mint a

völgyek mélységei, akkor a felület pozitív ferdeségű. Ha azonban a völgyek mélyebbek a

csúcsok nagyságnál, akkor a ferdeség negatív. Ez a típusú felületértékelési paraméter nagyon

fontos műszaki és a gyakorlati jelentést hordoz a valós működő felületekről. [12]

Lapultsági mérőszám: Rku

A mérőszám a magasságeloszlás-görbéjének csúcsosságát, hegyességét, tehát szórását

jellemzi. Utal a felület egyenletességére. Nagy értéke azt jelenti, hogy a felület nagy része

egyenletes.


13

A felületi mikrogeometria profil irányú paraméterei

Az egyenetlenségek közepes hullámhossza: RSm

ahol az xsi a profil és a középvonal olyan két metszéspontjának a távolsága, melyek között

a profilnak csak egy kiemelkedése és egy bemélyedése található (10. ábra).

10.ábra

Az egyenetlenségek profilirányú méretei [14]

A felületi mikrogeometria formai paraméterei

A profil hajlásának négyzetes középértéke: Rq

A profil hajlásának (dőlésének) négyzetes középértékét adja meg a mintavételi felületen

belül.


14

2.2.3. Hordozóhossz görbe

Fontos alakjellemző a hordozóhossz, amely a profilon belül valamilyen c magasságban a

középvonallal egyenközű (akkor mondhatnánk párhuzamost, ha az alapvonal egyenes lenne)

vonalszakasznak a munkadarab anyagán belül megtett szakaszainak összege.

11.ábra

A hordozóhossz és a hordozóhossz görbe [14]

Viszonylagos hordozóhossz: Rmr(c)

Ahol ηp- hordozóhossz, a profil egy c magasságában meghúzott vonal által a profil

kiemelkedésekből kimetszett „anyagszakaszok” összege, ln - a mérési hossz.[11]

3. Keménymegmunkáló eljárások

A keménymegmunkáló eljárások alatt azokat az eljárásokat értjük, amelyekkel 45 HRC,

vagy annál nagyobb keménységű felületeket munkálnak meg. Hosszú időn keresztül az

abrazív (köszörülési) eljárások voltak a meghatározóak. A forgácsoló szerszámanyagok

fejlesztésének eredményeként és/vagy a szuper kemény szerszámok kifejlesztésével

létrejöttek a feltételei a keményfelületek határozott élű szerszámmal való forgácsolásra is.


15

3.1. Keményesztergálás

A keményesztergálás (12. ábra) olyan új anyagleválasztó eljárás, amely edzett felületek készre

munkálására alkalmazható, precíziós pontossági- és felületminőségi követelmények mellett. A

keményesztergálás szerszámanyagai a szuperkemény szerszámok (a polikristályos köbös

bórnitrid – PCBN, és a gyémánt – mesterséges vagy természetes). Ezekkel a szerszámokkal a

nagykeménységű és/vagy nehezen megmunkálható anyagokat munkáljuk meg, például a

szerszámgyártásban befejező megmunkálásként a keményfémeket, gyors- és

szerszámacélokat valamint kerámiákat.

12. ábra

Keményesztergálás munkatere

Az ipari gyakorlatban az edzett felületek befejező megmunkálási eljárásaként még jelenleg is

széles körben alkalmazott a köszörülés, mely elméletileg jól kidolgozott, technikájában jól

megvalósított eljárás. A keményesztergálás képességei és lehetőségei azonosak lévén a

köszörüléssel, gyakran felvetődik a kérdés, hogy melyiket alkalmazzuk a kettő közül. Az eddigi

ipari és kutatási tapasztalatok számos előnyt írhatnak a keményesztergálás javára.[2]

3.2. Köszörülés

Edzett furatok napjainkban is legelterjedtebb befejező megmunkálása a köszörülés (13.

ábra). Ez a határozatlan forgácsoló élekkel végzett megmunkálás a legrégebbi eljárás, amit az

emberiség alkalmazott. A szerszám mikroszerkezete rendkívül összetett, az éleknek sem a

számuk sem a geometriájuk, sem a munkadarabhoz viszonyított helyzetük nem


16

meghatározott. Egy időben nagyszámú abrazív szemcse érintkezik a munkadarabbal, a teljes

anyagleválasztás nagyon sok egyedi forgácsképzési mechanizmus összegeként adódik.

Itt túlnyomóan finom megmunkálási eljárásról van szó, amelynél a forgácsképződés

mikrométer nagyságrendű. Elsősorban befejező megmunkálás, de a korszerű

nagyteljesítményű szerszámok és gépek alkalmasak előkészítő és nagyoló műveletekhez is

[3].

13. ábra

Furatköszörülési eljárás

A köszörülés magas gyártási minőséget, és nagy eljárásbiztonságot jelent. Jóllehet lassabb

művelet és műveleti önköltsége magasabb. Szükség van hűtő-kenő folyadékra, amely növeli a

műveleti önköltséget, és szennyezi a környezetet. Kevésbé rugalmas, mint a

keményesztergálás, mert az egyes felületekhez más-más korong kell. Növeli a műveleti időt a

korongszabályozások szükségessége is. Megbízhatósága és csekély szórású minőségtartó

képessége miatt azonban ismételten előtérbe került alkalmazása. [4]

3.3. A keményesztergálás előnyei a köszörüléssel szemben

- csökkennek a műveleti idők

- korongszabályozás miatti időveszteségek nincsenek

- nincs hűtő – kenő folyadék illetve az ezzel járó költségek megszűnek (pl.

köszörülési iszap, mint veszélyes hulladék)

- környezetbarát technológia

- hatékonyabb technológia a köszörülésnél, ezért gazdaságosabb, olcsóbbá teszi

az edzett acélok megmunkálását

- a keményesztergált felületek gyakorlatilag azonos pontossággal rendelkeznek,

mint a köszörültek.


17

- a felületek méret - és alakpontosságát (hengeresség, körkörösség, és az alkotók

párhuzamossága) tekintve ISO IT5 – 6-os minőségűek

- az egyre szigorodó környezetvédelmi előírásokat is teljesíti

- a keményesztergálás forgácsolási hulladéka újrahasznosítható

- csökkennek a termelési költségek

3.4. A kombinált eljárás

A kombinált eljárás előnye, hogy egyesíti a keményesztergálás és a köszörülés előnyeit.

A keményesztergálás során mindössze forgács keletkezik, minthogy nem alkalmaznak hűtő-

kenő folyadékot, így szárazmegmunkálásnak minősül. Az elkopott szerszámot vagy

félreteszik vagy újrahasználják élezés után, de nem keveredik össze más anyagokkal.

Köszörüléskor abrazív és kötőanyag részecskék válnak le a megmunkálás és a szabályozás

műveletei során. Ezek a kis részecskék keverednek a hűtő-kenő folyadékkal, a forgáccsal, az

egyéb szűrt részecskékkel és ún. köszörülési iszap keletkezik. Ezt az iszapot szétválasztani

lehetetlen. Ezért ez a maradék különböző az egészségre és a környezetre – ártalmas anyagokat

tartalmaz. Ugyanakkor olyan alkatrészeknél, melyek felülete kiemelkedő pontosságot igényel,

nagy biztonsággal alkalmazható a köszörülés. Az EMAG gépen megvalósuló kombinált

eljárás során kiküszöbölhető a felfogási hiba, csökkennek a mellékidők, amelyet a 14.ábrán

láthatunk. [13]

14.ábra

EMAG VSC 400 DS munkatere


18

3.5. A kombinált eljárás előnyei

- Függőleges tengelyű keményesztergálás és köszörülés – vizes és száraz – egy

felfogásban, egy gépen.

- A munkadarab részei az esztergálás során megbízhatóan lesznek megmunkálva és

amennyiben a minőség, illetve előírás megköveteli, úgy a keményesztergálás után

köszörülést is alkalmazhatunk, mint befejező eljárást. Az ennél a gépnél

alkalmazott „HDS”- technológia költségoptimalizált gyártási módszer.

- Magasabb munkadarab minőség és magasabb termékminőség, mert a munkadarab

egy felfogásban készül el. A köszörülési ráhagyás megközelítőleg 0,02mm-től az

átmérő függvényében változik.

- Időtakarékos simítóeljárások, mivel a köszörűkorong kis anyagleválasztás során

sokkal kevésbé kopik.

- A „HDS”- technológia a hagyományos köszörüléssel szemben kevés anyag

leválasztását is lehetővé teszi, hogy száraz vagy csak minimális mennyiségű

kenőolajjal is lehessen köszörülni. A köszörűiszap költséges eltávolítása

megszűnik.

- Az eljárás megbízhatóságát növelhetjük és egyidejűleg jobb felületminőséget

érhetünk el köszörüléssel, mint csak keményesztergálással.

- Az egyszerű keményesztergálással szemben, csavarmentes felületeket

munkálhatunk meg köszörüléssel, egy gépen belül.

- A sima felületek hátoldalai keményesztergálással könnyen megmunkálhatók.

- Komplex kontúrvonalakat, amelyek lekövetése köszörűkoronggal bonyolult vagy

lehetetlen, azokat gyorsan és egyszerűen lehet esztergálással megmunkálni.

- Kis elmozdulások = minimális mellékidők = alacsony darabköltség

- Jól megközelíthető munkatér, gyorsabb beállítás.

- Nagyobb pontosság és felületminőség az eljárás magas megbízhatósága mellett.

- Szimmetrikus felépítés

- Merevebb és stabilabb alaptest MINERALIT polimerbetonból.

- Szabadabb forgácsesés

- Egyszerű kapcsolódás más VSC-s munkadarab-tároló rendszerekkel. [13]


19

4. Vizsgálati feltételek

A ZF Hungária Kft. –ben gyártott fogaskerekek forgácsolt furatainak felületi érdességét

vizsgáltam. A vizsgálatok mindegyike ipari körülmények között lett végrehajtva. A

fogaskerék üzemben előírt megmunkálási adataival elemeztem a két eljárást felület érdesség

szempontból.

4.1. A munkadarab anyaga

A munkadarab (15. ábra) anyaga DIN 20MnCr5, 62 HRC-re betétedzett acél. A fogaskerék

befoglaló méretei a következők: az átmérője 181 mm és a szélessége 62 mm, a furat

átmérője 52 mm és a hossza 52,5mm. Az érdességmérést a keményen megmunkált felületen

végeztem el, azaz a fogaskerék furatán. [2]

15. ábra

Fogaskerék

4.2. Szerszámgép

A furat keménymegmunkálása általában az EMAG VSC 400DS típusú gépen történik,

melyen kombinált eljárással munkálja készre a furatot, de szokták a PVSL Pittler

keményeszterga gépen is.


20

EMAG VSC 400DS

A VSC DS/DDS kombinált eszterga- és köszörűközpont egyesíti a függőleges

keményesztergálás előnyeit a köszörülés előnyeivel – egy gépben, egy felfogásban.

Egy szimbiózis, ami magában foglalja az alábbiakat.

- Komplett megmunkálást egy felfogásban

(Magasabb munkadarab-minőség és nagyobb termelékenység)

- A megmunkálások szerszámainak éltartama nagyobb

(Szerszámköltségek minimalizálása)

- Kis mennyiségű köszörűiszap

(A keletkező hulladék kezelési költségeinek minimalizálása

- Jelentős csökkentése a köszörülési ráhagyásnak

Az EMAG VSC 400 DS (16. ábra) gépállványa rendkívül stabil, optimális

rezgéscsillapítási tulajdonságokkal valamint termikus stabilitással rendelkezik. Munkatere

függőleges falakkal határolt, mely a forgácskiszóródástól jól véd. Keresztszánja görgős

csapágyazású valamint lineáris mozgású, játékmentes. A gépállványon található az X-tengely

irányú mozgás megvezetése, ez az esztergálás maximális pontosságáról gondoskodik. A gép

szánhajtásai a munkatér tetején kaptak helyet. A munkatér gondos tervezése biztosítja a

megfelelő forgácskihordást, valamint a munkadarabbefogó elemekhez és a szerszámhoz való

16.ábra

EMAG VSC 400 DS szerszám gép


21

jó hozzáférhetőséget. A gép védve van a munkatér burkolása révén, a tolóajtó biztonsági

ablakkal és elektromechanikus biztonsági zárral van ellátva. A gép munkaterét egy lámpa

világítja meg egy fénycsővel. Automatikus központi olajkenés van a szánokhoz, kis

mennyiségű olajköd-kenés a forgó orsó csapágyai számára. Hűtő aggregát van beépítve a

főorsó motorjának hűtésére. [13]

PVSL Pittler

A Pittler keményeszterga egy függőleges orsóval rendelkező önadagolós 8 tárolóhelyes

revolverfejjel ellátott szerszámgép, ahol a kiszolgálás magazinos rendszerű, ami azt jelenti,

hogy a munkadarab cseréje nem a munkatérben történik, hanem egy külön szállítószalagon. A

PVSL gépet a 17. ábra szemlélteti.

17.ábra

PVSL Pittler szerszám gép

A függőleges tengelyirányban történő forgácsolás a forgácselvezetés szempontjából

kedvező, mivel a keletkező forgács nem karcolja össze a felületet. A gép felépítése a CNC

esztergákhoz hasonló, bár annak merevsége sokkal nagyobb.

- A maximális munkadarab átmérő 380 mm,

- a rendelkezésre álló teljesítmény 75 kW.

- A gép vezérlése Siemens rendszerű, SINUMERIK 840C szoftver alapján.

A gépen lévő adagolóra általában 15 munkadarabot helyeznek, de mód van akár 30

munkadarab elhelyezésére is. [2]


22

4.3. Szerszám

Az előzőekben említett két gép megmunkáló szerszámait a következőkben részletezem. Az

ISO szabványnak megfelelő váltólapkákat használtam melyek a következők.

A kombinált eljárás szerszámai (18. ábra)

- Nagyoló keményesztergálásnál a lapka típusa: Sumitomo CNGA 120408

NCW-4 BNC80 [5]

- Simító furatköszörülésnél a korong típusa: Tyrolit 97A 602 I5 V112 [6]

18. ábra

a, Tyrolit 97A 602 I5 V112

b, Sumitomo CNGA 120408 NCW-4 BNC80

A keményesztergálás szerszámai (19.ábra)

- Nagyoló lapka: Sumitomo CNGA 120408 NCW-4 BNC80 [5]

- Simító lapka: Mitsubishi CNGA 120408 GSW2 MBC010 [7]

19. ábra

a, Mitsubishi CNGA 120408 GSW2 MBC010

b, Sumitomo CNGA 120408 NCW-4 BNC80


23

4.4. Forgácsolási adatok

A forgácsolási adatokat külön kombinált és külön keményesztergálási eljárásra adtam meg,

a kombinált eljárásnál a nagyolás esztergán történik egy fogásban, a simítás pedig

köszörüléssel kettő fogásban, ezzel ellentétben a keményesztergálásnál csak esztergálást

használunk. [2]

Kombinált eljárás:

- Nagyolás: (1. fogás)

forgácsolósebesség: vc=180 m/min,

fordulatszám: n=1102 1/min

előtolás: f=0,2 mm/ford

fogásmélység: ap=0,078 mm

- Simítás: (2. fogás)

forgácsolósebesség: vc =45 mm/min

munkadarab sebessége: vw=180,5 m/min

munkadarab fordulatszáma: nw=1102 1/min

1. fogás

előtolás: f=0,25 mm/min

fogásmélység: ap =0,01 mm

2. fogás

előtolás: f=0,18 mm/min

fogásmélység: ap =0,008 mm

Keményesztergálás:

- Nagyolás:

forgácsolósebesség: vc =170 m/min,



- Simítás:

forgácsolósebesség: vc =180 m/min,




24

4.5. Mérőműszer

Az érdességmérését a Mitutoyo SurfTest SJ-301 mobil érdesség mérő berendezésen

végezetem, amelyet az 20. ábrán láthatjuk. A mérést minden 5. legyártott darab után

végeztem, így mindkét eljárás esetén is 20-20 darab, mérési eredményt kaptam. A mérési

hossz 2,4 mm volt, az alaphossz 0,8mm. A mérési hossz megfelel a rajzi érdesség előírásra

vonatkozó, szabványban meghatározott hossznak.

20. ábra

Mitutoyo SurfTest SJ-301 [8]

5. Mérési eredmények és kiértékelésük

Az érdességmérést az előbbiekben kifejtett két gépen történő megmunkálás után hajtottam

végre. A felület érdességét meghatározott darabszám után mértem (minden ötödik), az 1.

számú mellékleten belül közlöm külön a keményesztergálás és külön a kombinált eljárás

eredményeit és a szűrt profilokat (Gauss-szűrést alkalmaztam).

A keményesztergálás és a kombinált eljárás után a felületi érdességi paraméterek

változását vizsgáltam. A darabszám függvényében a mérési eredmények mellékletként egy

táblázatban vannak megadva.


25

A táblázat alapján készített diagramokon is jól tükröződik, hogy bármelyik érdességet

veszem figyelembe, a keményesztergálásnál romlik a felületi érdesség, míg kombinált

eljárásnál egy bizonyos intervallumon belül ingadozik. Az érdességek változásait mindkét

eljárásnál a (21, 22, 23, 24). ábra mutatja. A diagramokon megfigyelhető keményesztergálás

esetében, hogy vannak kiugró értékek. Ezen kiugró értékek oka lehet az élrátét képződés –és

leválás. Az átlagos érdesség diagramnál bejelöltem egy élrátét keletkezési és leválási

lehetséges helyét. A maximális egyenetlenség című diagramon látható a kombinált eljárásnál

alkalmazott korongszabályozás.

21. ábra

Átlagos érdesség, (Ra)

22. ábra

Átlagos érdesség, (Rq)


26

23. ábra

Egyenetlenség-magasság, (Rz)

24. ábra

Maximális egyenetlenség, (Rt)

A táblázatnál feltüntetett mérési profilokon látható, hogy a kombinált profil egyenetlen,

míg az esztergált profil szabályos, periodikus jellegű változást mutatnak. Az is látható a

profildiagramokon, hogy a keményesztergálás jellegzetessége minden mérésnél látszik,

melyből azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a forgácsolószerszám kopásától nem függ a

profil periodikussága. A szabályos profil nagyon sok helyen kedvező különösen azt ismerve,

hogy a megmunkált felületi réteg igen kedvező tulajdonságokkal rendelkezik, nyomó maradó

feszültség jön létre, amely a kopásállóságot és az alkatrész élettartamát növeli. De ebből a

szabályosságból adódik a legnagyobb hátránya is, ugyanis a barázdált felület

„mikromenetként” viselkedhet, így az érintkező felületek berágódhatnak és működés közben


27

egyéb problémákat is okozhatnak. A kombinált eljárás során ezt az egyenletes profilt teszik

egyenetlenné köszörüléssel.

A felületi érdesség szempontjából mind a két eljárás megfelel, mivel a műszaki rajzon

előírt érdesség (Rz=4µm) mindkét eljárással elérhető. A kombinált eljárásnál az

egyenetlenség-magasság érdességi mérőszáma az első mérésnél 2,22µm lett, az utolsó

mérésnél pedig 1,91µm lett, ez jól tükrözi azt, hogy egy bizonyos intervallum között

ingadozik az érdesség, ami annak az eredménye, hogy minden harmadik darab után

korongszabályozást hajtanak végre, ezért a köszörűkorong forgácsolóképessége gyakorlatilag

minden megmunkálásnál ugyanaz és nem függ a szemcse kopásától. Ennek azonban van

következménye is, mégpedig az, hogy a köszörűkorong szabályozási ideje nem egy sorozatot,

hanem gyakorlatilag minden munkadarabot terhel. A profil aszimmetriája a kombinált

eljárásnál negatív, ami jobb folyadék megtartó képességet mutat, amit a 25. ábra szemléltet.

[9]

25. ábra

Ferdeségi mérőszám, (Rsk)

A keményesztergálásnál az egyenetlenség-magasság az első mérésnél 1,73µm, a utolsó

mérésnél pedig 3,77µm lett. Az első mérési eredmény azt mutatja, hogy a

keményesztergálással jobb felületet lehet kialakítani, mint a kombinált eljárással, de ez csak

az első 20 darabig van így utána romlik a keményeszterga által kialakított felület érdessége,

ami azzal magyarázható, hogy a határozott élű szerszámmal megmunkált daraboknál a

szerszám kopásával egyenes arányban romlik a felület érdessége, mert a kopott dolgozó él

belemásolódik a munkadarab felületébe. A keményesztergálásnál az Ra értékei nem haladták


28

meg a 0,7 µm-t az Rq értékei pedig a 0,85 µm-t, ezzel szemben a kombinált eljárásnál is

vizsgálva ezt a két mérőszámot megfigyelhető, hogy az Ra nem lépte túl a 0,3 µm-t és az Rq

pedig a 0,35 µm-t.

A továbbiakban az Rz Ra arányát vizsgáltam meg, amit a 1. táblázat szemléltet. A szerszám

kopásával az Rz Ra arány 2 egységgel változott, ez az arány közel azonos a hagyományos

esztergán tapasztalt aránnyal, míg a kombinált eljárás esetében csak 0,6-del változott.

1.táblázat

Rz Ra viszonyai

Kombinált eljárás Keményesztergálás

A következőkben a hordfelületi görbék elemzésére térek ki. A hordozóhossz görbék alakját

tekintve a kombinált eljárásnál normál gauss eloszlású, míg a keményesztergálásnál

mechanikailag nehezen kezelhető (26. ábra).

26. ábra

Hordozóhossz görbék

a, Kombinált eljárás hordozóhossz görbéje

b, Keményesztergálás hordozóhossz görbéje


29

A keményesztergálásnál az úgynevezett Plowed ridge profil jellegzetessége miatt jól

látszik a görbéken a „könyök rész” ami egyfajta szabálytalan hullám, esetleg törés, amit a 27.

ábrán szemléltetek. A keményesztergálás 85. darabját vettem példaként, amin bemutatom ezt

a jellegzetességet a felvett érdességi profilon és a hordozóhossz görbén.

27. ábra

A „Plowed ridge” jelenség szemléltetése

Végül a lapultsági mérőszámmal (Rku) foglalkoztam, amelynél azt vizsgáltam, hogy a

hordozóhossz görbék, hogyan változnak keményesztárgálásnál a szerszám kopásának

függvényében. A keményesztergálásnál a szerszámok kopásával arányosan úgymond

csúcsosodik a görbe, ezt szemlélteti a 28. ábra.

28. ábra

A lapultsági mérőszám változásai keményesztergálásnál

Végeredményben leszűrhető, hogy mindkét eljárásnak megvannak a sajátosságai amellett,

hogy mindkét eljárással megmunkálható a kívánt érdesség.


30

Irodalomjegyzék:

[1] Dr.Dudás I: Gépgyártástechnológia I. Műszaki Könyvkiadó, 2007 oldalszám: 219.

[2] ZF Hungária Kft. dokumentációi

[3] Wilfred König: Köszörülés, dörzsköszörülés, tükrösítés, Műszaki Könyvkiadó, Budapest,

1983.

[4] Prof. Dr. Kundrák János: Expansion of the capabilities of hard machining

[5] Sumitomo katalógus (A keményesztergálási és kombinált eljárás nagyoló esztergáláshoz.

2011)

[6] Tyrolit katalógus (Kombinált eljárás simító megmunkálásához. 2011)

[7] Mitsubishi katalógus (Keményesztergálás simító megmunkálásához. 2011)

[8] Mitutoyo Surftest SJ-301 katalógus

[9] Humienny Z., Bialas S., Osanna P. H., Tamre M., Weckenmann A., Blunt L., Jakubiec

W.: Geometrical product specifications. Warsaw University of Technology Printing

House, 2001, Warsaw, Poland.

url hivatkozások:

[10] http://sdt.sulinet.hu (letöltés ideje: 2011. szeptember 26.)

[11] http://www.szie.hu/file/tti/archivum/farkasg_disszertacio.pdf (letöltés ideje: 2011.

szeptember 26.)

[12] http://www.forgacsolaskutatas.hu/innovacio/termelekenyseg_es_minoseg_novelese

(Sipos-Biró-Tomoga) (letöltés ideje: 2011. október 28.)

[13] http://www.emag.com/ (letöltés ideje: 2011. július 11.)

Szabvány hivatkozások:

[14] ISO 4287:1997

[15] JIS’82, JIS’94

http://sdt.sulinet.hu/

http://www.szie.hu/file/tti/archivum/farkasg_disszertacio.pdf

http://www.forgacsolaskutatas.hu/innovacio/termelekenyseg_es_minoseg_novelese

http://www.emag.com/


31

Összegzés

A TDK tervem témája a ZF Hungária Kft.-nél megmunkált fogaskerék keményen

megmunkált felületének a vizsgálata volt két különböző eljárás esetében. A szakirodalmi

áttekintés részében először a felület érdesség mérőszámait, azon belül a csúcs- és átlag

paramétereket, illetve további lényeges paramétereket és összefüggéseket részleteztem.

A következőkben a keménymegmunkálási eljárástípusokat ismertetem. A

keménymegmunkálási eljárásoknál kitértem a hagyományos köszörülési eljárásra, a

keményesztergálási eljárásra, valamint ennek a kettőnek a kombinációjára az úgynevezett

kombinált eljárásra. A dolgozatomat a vizsgálati feltételek meghatározásával folytattam,

kitértem a keményen megmunkált felület befoglaló méreteire, a munkadarab anyagára, a

megmunkálási művelet elvégzésére használt szerszámgépekre és az azon befogott

szerszámokra, valamint a forgácsolási adatokra. A továbbiakban az érdesség mérésére

szolgáló mérőműszert mutattam be. A TDK dolgozatom befejező részében a mérési

eredményeket adtam meg és értékeltem ki.

A kiértékelésénél arra a következtetésre jutottam, hogy mind a kombinált mind a

keményesztergálási eljárással megmunkálható az előírt érdesség, de mégis a vizsgált

fogaskerék gyártásánál a két eljárás közül a kombinált eljárás a preferált, mert a felület

érdesség szempontjából ez az eljárás mutat egyenletesebb minőséget.

Köszönetnyilvánítás:

Először köszönettel tartozom a ZF Hungária Kft. munkatársainak, hogy lehetőséget adtak a

nyári szakmai gyakorlat sikeres teljesítéséért. Külön köszönöm a segítséget Keresztes

Tibornak. A legnagyobb köszönettel Dr. Kundrák János egyetemi tanárnak tartozom, aki a

tanácsaival nagyban elősegítette a TDK terv kiírás feltételeinek teljesítését.


32

MELLÉKLET

1. számú melléklet

Mérési eredmények és mérési profilok


33

Kombinált eljárás

Érdességi jellemzők Mérési profil

Hordozóhossz

görbe

1

Ra 0,26µm Rp 0,76µm

Rz 2,22µm Rv 1,46µm

Rq 0,33µm Rsk -0,82

Rt 2,63µm Rku 4,97

5



Rq 0,30µm Rsk -0,38

Rt 2,39µm Rku 3,51

10



Rq 0,26µm Rsk -0,24

Rt 1,98µm Rku 3,15

15



Rq 0,26µm Rsk -0,76

Rt 2,04µm Rku 4,18

20



Rq 0,26µm Rsk -0,84

Rt 2,34µm Rku 4,70

25



Rq 0,31µm Rsk -0,63

Rt 2,00µm Rku 3,47

30



Rq 0,24µm Rsk -0,58

Rt 1,98µm Rku 3,85


34


Érdességi jellemzők Mérési profil Hordozóhossz

görbe

35



Rq 0,28µm Rsk -0,68

Rt 2,15µm Rku 3,91

40



Rq 0,28µm Rsk -0,67

Rt 2,75µm Rku 4,76

45



Rq 0,29µm Rsk -0,96

Rt 2,09µm Rku 4,83

50



Rq 0,26µm Rsk -0,73

Rt 2,17µm Rku 4,74

55



Rq 0,28µm Rsk -0,69

Rt 2,17µm Rku 3,61

60



Rq 0,24µm Rsk -0,41

Rt 1,62µm Rku 3,07

65



Rq 0,23µm Rsk -0,48

Rt 1,79µm Rku 3,74


35



Hordozóhossz

görbe

70



Rq 0,29µm Rsk -0,50

Rt 2,32µm Rku 3,86

75



Rq 0,28µm Rsk -0,81

Rt 2,99µm Rku 5,22

80



Rq 0,26µm Rsk -0,41

Rt 1,76µm Rku 3,22

85



Rq 0,30µm Rsk -0,84

Rt 2,58µm Rku 4,45

90



Rq 0,29µm Rsk -0,80

Rt 2,81µm Rku 5,00

95



Rq 0,30µm Rsk -0,51

Rt 2,34µm Rku 3,68

100



Rq 0,27µm Rsk -0,68

Rt 2,15µm Rku 4,32


36

Keményesztergálás


görbe

1



Rq 0,42µm Rsk 0,33

Rt 1,81µm Rku 2,15

5



Rq 0,36µm Rsk -0,21

Rt 1,67µm Rku 2,52

10



Rq 0,38µm Rsk 0,08

Rt 1,75µm Rku 2,47

15



Rq 0,35µm Rsk 0,15

Rt 1,70µm Rku 2,28

20



Rq 0,33µm Rsk 0,35

Rt 1,72µm Rku 2,66

25



Rq 0,40µm Rsk 0,16

Rt 2,07µm Rku 2,48

30



Rq 0,45µm Rsk 0,49

Rt 2,25µm Rku 2,47


37



Hordozóhossz

görbe

35



Rq 0,47µm Rsk 0,78

Rt 2,48µm Rku 3,20

40



Rq 0,48µm Rsk 0,46

Rt 2,42µm Rku 2,81

45



Rq 0,57µm Rsk 1,49

Rt 3,02µm Rku 5,38

50



Rq 0,49µm Rsk 0,84

Rt 2,72µm Rku 4,42

55



Rq 0,53µm Rsk 0,62

Rt 2,98µm Rku 4,38

60



Rq 0,56µm Rsk 0,58

Rt 3,18µm Rku 4,28

65



Rq 0,60µm Rsk 0,97

Rt 3,27µm Rku 4,58


38



görbe

70



Rq 0,62µm Rsk 0,78

Rt 3,16µm Rku 3,66

75



Rq 0,72µm Rsk 1,56

Rt 3,65µm Rku 5,70

80



Rq 0,71µm Rsk 0,37

Rt 3,72µm Rku 3,57

85



Rq 0,84µm Rsk 0,72

Rt 4,96µm Rku 4,28

90



Rq 0,75µm Rsk 0,73

Rt 4,39µm Rku 4,25

95



Rq 0,74µm Rsk 0,98

Rt 4,06µm Rku 4,74

100



Rq 0,69µm Rsk 1,11

Rt 3,84µm Rku 4,91


39

Documents

Edzett furatok érdességének összehasonlító vizsgálataFelületi érdességként a megmunkálási nyomok, szabályosan ismétlődő érdesség csúcsok és völgyek, karcok, pikkelyek,