Gépek működésekor igénybevétel
4. Élettartam növelő megmunkálások(tartósság növelő)
• felületi• felületi réteg• belső keresztmetszet
Felületi mikrogeometria (érdesség) hatással van a:
• kopásállóságra• fáradási tulajdonságokra
feszültséggyűjtés kifáradás• működési tulajdonságokra
Tartósságnövelő megmunkálások célja:
A felületi réteg tulajdonságainak megváltoztatása
elsősorban képlékeny alakítással
Eredményeként megváltoznak a felületi réteg tulajdonságai:
• érdesség (felületi mikrogeometria)• keménység• maradó feszültségek• szövetszerkezet
Felületminőség
A megmunkált felületet érő hatás szerint a tartósságnövelő megmunkálások lehetnek:
• felületvasalás• felülethengerlés• ütőtestes szilárdítás
• nő a keménység• csökken az
érdesség• nő a hordfelület
4.1 Külső hengeres felület felületvasalása
Csúszási súrlódás közbeni jelenségek játszódnak le a vasaláskor, melynek eredményeként:
• a felületi érdesség csökken (Ra)• keménység nő• felületi szilárdság nő
A forgácsoló technológiák: pl.• köszörülés• szuperfiniselés, hónolás• tükrösítés
• a felületi érdességet javítják• a felületi réteg szilárdságtani tulajdonságait rontják
1
2
3
4
• egyetemes eszterga• célgép
Gép:
Felületvasalás
Szerszám:mesterséges vagytermészetes gyémánt
1: feszítő csavar2: mérőóra (erő)3: szerszám4: munkadarab
Vasalószerszám
Gyémánt• kemény• μ kicsi• jó hővezető• kicsi a hőtágulása• nagyon kis érdességűre
munkálható
120°15
0° R1,2;3,4
32
1
a) b)
120°15
0°
R3,35
1
23
hengeres gömbalakú
• 1: vasaló gyémánt• 2: foglaló fém• 3: foglalat
• rugalmas szerszámkonstrukció• merev szerszámkonstrukció
Lehet
Technológiai adatok
v: 25-200 m/minf: 0,02-0,2 mm/minF: 100-600 N
Felületi érdesség
• elméleti maximális érdesség: f2/8r• tényleges elérhető érdesség: 0,04-0,16 m
Kemény anyagokhoz is alkalmazható:
pl. edzett acélok (golyóscsapágy acél, 63-65 HRc)
Felületi érdesség
200 400 6000.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.04 0.08 0.12
100 200 300
F, N
mm/ford
v, m/min
0
f,
Ra
m
F, N
v, m/min
f, mm/ford
100
0.04
200
0.08
300
0.12
200 400 600
5200
4600
4000
34000
HV
M ,M
N/m
2
Keménység
Maradó feszültségek
300
0
-300
-600
-900
-12000 100 200 300 400
köszörülés
esztergálás
esztergálás+vasalás
köszörülés+vasalás
m ,
MN
/m2
l, m
vc= 93 m/minf = 0,08mm/minF= 196 N
4.2 Külső hengeres felület felülethengerlése
• szerszám: kemény (acél), szférikus vagy gyűrű alakú
• gördülő súrlódás történik• kopásállóság és kifáradási határ javul
Jellegzetes gőrgő alakok:
Dg= 20-200 mmR = 0,5-200 mm
Jellegzetes eljárások
1: egygörgős2: egygolyós3: kétgolyós4: kétgörgős5: kétgörgős
ferde6: kétgörgős
simító7: kétgörgős
kúpos8: golyós + eszt.9: görgős + eszt.
Technológiai adatok
vc: 30-90 m/minF: 200-200000 N
• pneumatikus• hidraulikus• rugós
Felületi érdesség: Ra= 0,01-1 mkb. tizedére csökken
e
r
e
r
f f
Megelőző érdesség Görgő sugara
1: eredeti érdesség: Rz= 80 m2: eredeti érdesség: Rz= 40 m.
z
Erő, előtolás
Rm
z ,
1000 2000F , N
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1
2
Rz,
µm
fogások száma 2 4 6 8 10 12 14 16
12
10
8
6
4
2
0
Fogások száma
A keményedett réteg vastagsága: 0,2-20 mm
• geometriai viszonyoktól
• technológiai adatoktól• anyagminőségtől
Függ:
1
22 1121
33
4
a
larctgal
alRa
FeH
l: a képlékenyen alakított réteg vastagságaF: görgőerőa: az érintkezési ellipszist helyettesítő kör sugara: poisson számReH: folyáshatár
Ábrázolva az összefüggést
Ha =0,3 és efa
akkor 3
13E
RFa
ahol
rDdR gw
1221
„a” ismeretében F/a2ReH leolvasható
Pontszerű érintkezést feltételezve: eHR
Fl2
4.3 Külső hengeres felületek ütőtestes szilárdítása
• szabad vagy korlátozott mozgású testek ütődnek a felülethez
• a réteg tulajdonságai dinamikus kölcsönhatás miatt változnak meg
Elterjedt eljárások:
• szabad ütőtestes: sörétezés• Kötött elhelyezésű:
- szilárdítás forgó ütőtestekkel- szilárdítás vibrációs ütőtestekkel
• Sűrített levegő nyomása• Forgó lapátkerék röptető ereje• Gravitáció (saját tömeg)
Sörétezés
Ezek eredménye: mozgási energiával szilárdítanak
Sörét: legtöbbször öntöttvas 0,5-5 mm
v: 70-150 m/sRa: 6,3-25 ml: 0,2-0,5 mm
Technológiai adatok:
Pneumatikus sörétező
Gravitációs sörétezés Forgó ütőtestes felületszilárdítás
• Szerszám: tárcsa szerű, a kerületén elhelyezett gyűrű vagy golyó alakú ütőtestekkel
• Gép: pl. eszterga, az ütőtestes berendezés a késtartó helyére fogható
munkadarab
alaptárcsa
alakos gyűrűütőtest
felfogócsap
1: alaptárcsa2: oldaltárcsa3: golyókosár4: acélgolyó5: szorítócsavar6: munkadarab
• ütőtestek alakja és mérete• az átfedés nagysága „h” • v: kerületi sebesség• ütőtestek száma• anyaga (acélgolyó)• f, vw• Fogásszám• munkadarab anyaga
Az eljárást befolyásoló tényezők:
sü
w w
k n iNd f n
A mikrogeometriát a fajlagos ütésszám határozza meg:
k: a golyók száma
Elérhető érdesség, Ra= 0,02-0,05 m
Az alakváltozás mértékére hat még:
• az ütőerő nagysága• az ütési impulzus
A felületi réteg tulajdonságait befolyásolja:• a munkadarab anyaga• ütések száma• ütési impulzus• szilárdítási technológia
Nü: 30-70 ütés/mm2
h: 0,05-0,8 mmF: 5-120 N
Technológiai adatok:
h
A keménység nagymértékben növekszik
1: vsz: 41 m/s; h=0,15 mm2: vsz: 41 m/s; h=0,05 mm3: vsz: 15 m/s; h=0,15 mm4: vsz: 15 m/s; h=0,05 mm
4.4 Belső hengeres felületek hideg képlékeny megmunkálása
Cél:
• mikrogeometria• pontosság• felületi réteg tulajdonságai
(keménység, hordozó felület,maradó feszültségek)
Vasalás
• Golyóval vagy• kúpos alakító elemmel
F
merev (tömör) merev (szerelt)
hátsó kúp
kalibráló kúp
alakító kúp
Kettős kúpos alakító elem:
Vasalás történhet rugalmas elemmel is(ld. Külső felület vasalása)
D
F
f0
d
Golyós:
vffF
F
F
f
Hengerlés
• Golyóval vagy• kúpos alakító elemmel
3
2
1
kosár
alakító elem(görgő)
támasztó kúp
alakító elem(golyó)
l
/2
szerszám
Morse
olaj kenés
12345 67 8
fúrórúdbefogó
Furathengerlő szerszám konstrukciója
fffn n
n
n
Ütőtestes
Ritkán, inkább csak nagyátmérők esetén
5. Fogazatok megmunkálása határozott élgeometriájú szerszámokkal
FejkörGördülõkörOsztókör
HatárkörLábkör
Fogfelület
FejszalagFogárok
HatárpontFogtõfelület Fenékszalag
Fog
Fogprofil
Alapkör
5.1 Alapfogalmak
A fogazatok kapcsolódása
Fogaskerék hajtások csoportosítása
Egyenes külső Egyenes belső Külső kúpfogazat
Fogasléc Fogasív
Tányérkerék, síkkerék
w
w
Metsződő tengely,kúpkerékpár
Metsződő tengely,csavarkerékpár
Metsződő tengely,csavarkerékpár
Hipoid kerékpár
a w
Toroid hajtópárHengeres csigahajtópár
5.2 Fogazatmegmunkáló eljárások felosztása
• marás• Vésés• üregelés
a) Profilozó eljárások
b) Lefejtő eljárások
Megmunkálás „alakátvitellel”Fogprofil = Fogárok normálmetszeti profilja
egy szerszámmal egy modul és fogszám gyártható
• a fogprofil burkolóvágások révén jön létre• főmozgás, előtoló mozgás, lefejtő mozgás (gördülés)• egy szerszámmal többféle fogszám gyártható• A lefejtés lehet:
• folyamatos• szakaszos
5.3 Profilozó eljárások
a) Marás tárcsamaróval v. ujjmaróval (modulmaróval)
.
h
n forg.
előtolóosztó
r 0
vn
h
forg.n
h
H
r0
h
r0
h
V• Mindig osztással megy végbe• Szerszám homlokszöge = 0• Egyetemes gépek és készülékek• Nagy átmérőjű munkadarabok• A marókat készletekben gyártják
Jellegzetességek:
Zárt nyílfogazat készítése ujjmaróval
• Oldalmegosztás• Fogásmegosztás
Jellegzetes változatok (tárcsamarásra):
N
tg
N-N
N
tgB
df
H
d0
V
H
h
h
Fogprofil tárcsamaró geometriája
b) Vésés, üregelés
Profilozó eljárás
Osztó-profilozó (1,2)profilozó (3,4)
1) Tárcsával-marás -köszörülés2) Újjmaróval marás3,4) Üregelés, kivágás,hideghúzás
21
34
z1
komplett • Komplett profilozás is lehetséges (egyetlen húzással)
• Többnyire kisméretű darabok• Nagysorozat v. tömeggyártás
üregelés
vésés
• Egyedi gyártás• Szakaszos előtolás• Osztómozgás
5.4 Lefejtő eljárások (1890-1910)
maxR
„Valódi” fogaskerék megmunkálás:
8-15 vágás
• A mdb és a szerszám egymáson gördül• A profil ún. burkolóvágások révén jön létre (lefejtés)• A szerszám terhelése egyenlőtlen
Hengeres fogazatokhoz:
• gyalulás• vésés• marás
Ismételten a fogazatok kapcsolódásáról
w
w
f w
vc
vc
f w
ff
t
a
vc
f f
ff
Maag FellowsPfauter
Fogaskerék megmunkálás lefejtéssel
5.4.1 Lefejtő fogvésés (Fellows eljárás)
mdb.
sz.
i= zzv
löket
gyorselőtolásmunkadarab
nosztó
forg
.v
szerszám
mozg.fogásv.
előtolásn
kiemelése miatt
asztalmozgása szerszám
löketvégi
i=zs/zw=nw/ns
Lefejtő fogvésés
Lefejtő fogvésés
.
.
teljes fogásmélység
1
2
mdb. szerszám
1
2
h
Fogásmélység beállítása: begördüléssel, a mdb. 1-1/4 fordulat alatt készül el
Vezérlőtárcsávalvalósítják meg
1.pont: h=02.pont: h=hmax
Szerszáma: a metszőkerék (változó profileltolású éllel rendelkező „fogaskerék”)
• Egyszerű mozgásviszonyok• Bonyolult szerszám
Elemi fogazat: x=0
v
szekrénykos
szerszám
állvány
forgó tárgyasztal
munkadarab
Fogmetsző gép kinematikai elrendezése
Ferde fogazatok is megmunkálhatók: +mozgás a szerszámnak (spirál)sz-mdb ellentétes emelkedésűek
Belső fogazatok is megmunkálhatók.
13
2 Ferde fogazat előállítása metszőkerékkel,
Cserélhető csavarvezetéksegítségével1. csavarvezeték,2. vezetőhüvelyt
forgató kerék,3. vezetőcsap
Lefejtő fogvésés, belső fogazat 5.4.2 Lefejtő foggyalulás (Maag eljárás)
• Nagyobb pontosság• Kisebb termelékenység• Nagyon bonyolult
mozgások (mechanika)• Legegyszerűbb
szerszám
mdb
i (kin. kapcs.)
Lefejtő foggyalulás Visszalöketnél a kés kiemel (billen). + vforg.
a
0
123
4 5
I.II.
III.
0 0 0
0
velőt. fogásvételimozgás
n
III.II. I.123
4 5 ismétlésMaag-eljárásmozgás-ciklusa
A megmunkálás kinematikája:
1-2: begördítés (1. fog kialakul)
3: további fogakmegmunkálása
4: gyors visszagördülés
5: gyors kigördülés+ osztás amegfelelőfogszámmal
hosszúlökethossz
mdb.
rövidlökethossz
a ) b )
ráfutás
vésés
kifutásmdb.
ráfutás
kifutás
vésés
Ferde fogazat gyalulása: egyenesfogú v. ferdefogú fésűskéssel
Hvsz vforg.
szerszám
r
2A0
ps
ha f
H
2
A
r11
h
0
Maag fésűskés geometriai kialakítása:
20
25,12
0
00
mhh
tS
mp
fa
• Sík felületek határolják• Mindenütt névleges
profillal bír• Sokszor és könnyen
újraélezhető (csak szilárdsági limitje van)
12
< 0
°
Egyszerű élezhetőséghát- és homlokfelületen
Maag eljárás belső fogazatokhoz nem használható
5.4.3 Lefejtő fogmarás (Pfauter eljárás)
• Nagyobb termelékenység
• Kisebb pontosság• Egyszerű mozgások• Bonyolult szerszám• A főmozgás forgó,
ez nagy előny• Szinte minden
mozgás folyamatos
Szerszám:Csavarfelületre vitt lécprofil
Lefejtő fogmarás,Pfauter
v
v tang.előtolás
ax. előtolás
diff.
+ s
osztó
=forgó 90°
vrad. fogásvételv. előtolás
vtang. előtolás
a
vt is lehet(szakaszos, v, folyamatos)a maró egyenletes terhelése érdekében)
Pl. diagonál marás
d=+/- a+b
ft
fax
lefejtőmaró
mdb.
lefejtőmaró
erf
Diagonális marás
mdbi,=
z öz
szv
f
mdb
A lefejtő fogmarás kinematikai lánca
Zö: maró bekezdésekszáma
Z: mdb fogszáma
n
v
v
ax
l
h
v
rad
vax
v
Kivitelezési módszerek:• Alulról felfelé (egyenirányú marás)
termelékenyebb• Csak axiális előtolással• Axiális és radiális előtolással (l út
csökkentése)Rsz
x R sz -x
,
o
f
x
mf
Az előtolás és az érdesség kapcsolata
ford.] [mm/mdb sinα
R8X'f
R8sinαfX'sinαXX'
2fRRX
0
SZmf
SZ
02
mf0
2mf2
SZSZ
Ellentámasz
Lefejtõ elõtolás
Munkadarabszán
FogásvételElõtolás
MarófejDönthetõ marószán
Állvány
Radiális elõtolás
lefejtõmozgása
Lefejtő fogmaró gép felépítése
sík
kúpos oldalfelület
szabályozás gyémánttal
nsz
A szerszám újraélezése
A hátfelület „hátraesztergált”A homlokszög g=0o
Jellemző Fellows Maag Pfauter
Termelékenység ++ + +++
Pontosság ++ +++ +
Mozgásviszonyog bonyolultsága
++ +++ +
Szerszám bonyolultsága +++ + +++
Belső fogazat + - -
Ferde fogazat + + +
Lefejtő eljárások összehasonlítása
6. Fogazatok befejező megmunkálása határozottélgeometriájú szerszámokkal
• Mindig simító megmunkálást jelent• Kéregkeményített vagy edzett fogazatok is megmunkálhatók • Kinematikailag azonos a hagyományos lefejtőmarással• Jó termelékenység, jóval nagyobb, mint köszörülésnél• Pontosság jó: IT 6-8• Ráhagyás 0,1-0,3 mm
6.1 Hámozó lefejtő marás (pontossági fogmarás)
Szerszám: keményfém lapkás, lefejtő fogmarónagy negatív homlokszöggel !!
forrasztott v.betétes kivitel
30 °A negatív 30o biztosítja• Kis forgácsvastagság• Kis deformáció• Kis hőképződés• Jó Ra (0,8-6,3 m)
Gondos előmunkálás !!
Műszaki előfeltételek:
• Munkadarabok gondos előmunkálása
• Megfelelő gépválasztás• Pontos készülékezés
ráhagyáselőfogazás
végállapotElőmunkálás:
Csak a fogoldalonlegyen forgácsolás
s e
0.1m p r
1.4m
Az előfogazáshoz speciális marót használnak(Protuberanz maró)
Gép:
• kellően merev.• maró léptetésre legyenlehetőség
• diagonális marást kellalkalmazni (kopás)
6.2 Foghántolás
• Nemesített kerekekhez• Csoportkerekek kisebbik kerekéhez• Szokás még: Cementálás – hántolás – nagyfrekvenciás edzés• Éles szélű barázdákkal ellátott felületű fogaskerékkel
(szerszámmal) történő összejáratás • Szerszám: hántolóléc vagy hántolókerék (egyenes vagy
ferdefogú)
hántolandó kerék
A
A
hántoló kerék
0.75
-0.1
mm
0.75
-0.1
mm
legördülőmozgás
tengelyirányú mozgás
. +
nézet
• 10-12o-os kitérő tengelyek
• Összegördülés + tengely irányú mozgás
• Homlokszög=0o
fogirányra merőleges fogak esetén
• Homlokoldallal párhuzamos fogaknál a homlokszög nem 0
• hátszög=0o !!!!
• Nagyon kis ráhagyás0,025-0,05 mm
• Csökkenti a profilhibát és az alaposztás hibát
• Összegzett osztáshiba és az ütés nem javul
• Nagyon termelékenynéhány sec.
• Van kiegészítő mozgás is• A munkadarab csúcsok
között• A szerszámot
nekinyomjuk• A szerszám forgatja a
munkadarabotForgácsolás a csúszási viszonyok következtében
ab
ca
bc
abc
ab
a: mdb kezdeti pozíciójab: hántolókerékc: mdb végpozíciója
: tengelykeresztezõdési szög: diagonális szög
A hántoló eljárás módjai
Gép: foghántoló gép
• párhuzamos• diagonál
• merőleges• haránt
• Pontosság IT 5-7• Ra 0,8-0,02 um
6.3 Fogazatok jellegzetes hőkezelései
• A furat és a fogazat deformációt szenved
Cementálás (+edzés = betétedzés)
• C = max. 0,2 % ezt visszük fel kb 0,8%-ra• Rétegvastagság. 0,5-1,5 mm
Nitridálás
• Gázban vagy sófürdőben
Indukciós edzés• Csak a fogfelületet
6.4 Kiegészítő fogazatmegmunkálások
• Foggömbölyítés (célgépek)• fogsarkítás• Homlokél letörés • Sorjázás• foglekerekítés
7. Fogazatok megmunkálása határozatlan élgeometriájú szerszámokkal
7.1 Fogköszörülés profilos tárcsakoronggal
Problémák:
• A korong kopásával a fog vastagodik
• Korongszabályozás nehézkes
• Pontatlan
Köszörülés egy koronggal
r i
r b
·
·
köszörűkorong
Köszörűkorong érintkezése a munkadarabbal A szakaszon kedvezőtlen a szögtartományban kedvezőbb köszörülési feltételek vannak.
Köszörülés két koronggal
Kedvezőbb, mert a korong a palásttal forgácsol
A0
A A A A0 0A
F0
F0 F F F0F
Fogásvétel iránya
radiálisaxiális legördülésAxiális: egyenletes kopás, nagy hőRadiális: egyenletlen kopás, kisebbhőfejlődés
lehúzó szerszámgyémánt bevonatolt
fogoldal felület
köszörûkorong profilja
profilozó köszörûkoronga fog jobb oldalán
köszörûkorong
fog
homlokfogaskerék
profilozó köszörûkoronga fog bal oldalán
Profilozó korongog szabályozása7.2 Lefejtő fogköszörülés
7.2.1 Lefejtő fogköszörülés egy koronggal (Niles)
.vk
12
3
osztókör
.vk
12
3
osztókör
• Korong: egyenes profilú, kettős kúpos
• Korongszabályozás könnyű• Közepes pontosság• Közepes termelékenység• Ferde fogazathoz is
alkalmas
Lefejtő fogköszörülés egy koronggal (Niles)
1
B1 A2
BAL PROFIL7 mm
Túl- és ráfutás
1. .
Holt út
1
B1 12
A
.
1B
1
JOBB PROFIL5mm
TúlfutásKigördülés
osztás
Begördülés 2
..
5mmRáfutás
A BEÁLLÍTANDÓ ÁGYSZÁN ELMOZDULÁS
• Bal profil köszörülése B1-A2• Túlfutás és visszaút (kb 5 löket)• Jobb profil köszörülése B2-A1• Kigördülés + osztás• Begördülés + ráfutás• Bal profil köszörülése
Mozgásciklus
7.2.2 Lefejtő fogköszörülés , Maag eljárás
• A korong független a modultól
• Kis érintkezési hossz (pontszerű)
• Korongszabályozás minden 2 sec-ban
• Alacsony hőmérséklet
• Kis termelékenység• Nagy pontosság• Bonyolult gép• Ra =0,8-0,01 m• IT 3-6
d
gybc
g
gy
bk
gy
köszörűkorongok
gördítő bak
acélszalag(gördítőszalag)
munkadarab
gördítőszán
előtolószán
Maag fogköszörülés mozgásviszonyai
ra
kl
l o
b
gördülő szalag
alapkör
1
2 2
1
0o-os Maag fogköszörülés mozgásviszonyai
• A korongok nincsenek bedöntve• Nem azonos fogárokban dolgoznak• Az alsó pontok összekötője érinti az alapkört
• termelékenyebb
7.2.3 Lefejtő fogköszörülés csigakoronggal, Reishauer
• Szerszám: trapézprofilú csigakorong
• A szabályozás ideje eléri a főidőt• Szerszám és mdb között kötött
kinematikai kapcsolat van• Nagyon termelékeny• Legkevésbé pontos
Internal threadExternal thread
Alapfogalmak
CrestRoot
Thread angle
CrestRoot
8. Menetek megmunkálása ISO Metrikus menet
Externalthread
Internalthread
Center of thread assembly
60o
Osztás, P
P/4
P/8
Example :“knuckle thread form”
Különféle menetprofilok Menetmegmunkálási módok
8.1 MenetesztergálásKörkések
Menetesztergálás
Működő szögek menetesztergáláskor A szerszám profil a menet tengely- vagy normálmetszetiProfiljával egyezik meg
Menetesztergálás egyidejűleg több fogárok megmunkálásával Belső hengeres felületek menetesztergálása