a keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása · szuperkemény szerszámanyagok a...

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.


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.


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]


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


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.


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]


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.


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.


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.


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


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)


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


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


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


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


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.


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


Idő,

[min

] Id

ő,

[%]

a)

b)


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


[mm3/s] [mm

2/s]


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.


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.

a keményesztergálás és a köszörülés összehasonlítása · szuperkemény szerszámanyagok a...

Documents