gep 2013 2(1)

8/19/2019 gep 2013 2(1)

1/80

A GÉPIPARI TUDOMÁNYOS EGYESÜLET MŰSZAKI FOLYÓIRATA

2013/2.76 oldal

LXIV. évfolyam

8/19/2019 gep 2013 2(1)

2/80

Innovatív anyagtechnológiák A tudományos műhely vezetője: Dr. Tisza Miklós

e-mail: [email protected]

tel: +3646 565 164

Az Innovatív anyagtechnológiák tudományos mű-helyben folyó kutatások fő célkitűzései röviden az alá b- biakban foglalhatók össze. 1. Hegesztés

a. korszerű technológiával gyártott, nagyszilárdsá-gú acélok, valamint alakítható és hegeszthetőszerkezeti fémes anyagok és ötvözetek , valaminthidegalakítás után újrakristályosított és különféle alakítási mértékkel megmunkált finomlemezekhegeszthetőségi vizsgálata;

b. szakaszos energiabevitel technológia jellemzői-nek vizsgálata , ömlesztő hegesztési és ellenállás ponthegesztési kísérletek végzése szakaszosenergiabevitellel alakítatlan és különféle alak í-tást elszenvedett finomlemezeken. A technológiaoptimalizálása a legfontosabb céljellemzők f i-gyelembevételével;

c. számítógéppel segített hegesztés technológia ter-vezés alkalmazása különféle eljárásokhoz, he-gesztő eljárások kapcsolt termikus és mechanikaifolyamatainak elemzése a SysWeld végeselemes program rendszerrel.

2. Hő- és felületkezelés a. a termokémiai felülettechnológiák kutatás-

fejlesztésével kapcsolatosan a stratégia irányvo-nalak, irányelvek kidolgozása a régió érintettgazdasági szereplőivel és azok szervezeteivel(kamara, klaszterek) együttműködve;

b. k ísérleti program kidolgozása és megvalósításahagyományos és a korszerű, továbbfejlesztett

termokémiai eljárások összehasonlító elemzésére 3. Képlékenyalakítás

a. alakíthatósági elemzések különös tekintettel akorszerű nagyszilárdságú acélok, Al-ötvözetek ésegyes nehezen alakítható fémek vonatkozásában;

b. az állapottényezők (feszültségi állapot, hőmér-séklet és alakváltozási sebesség) hatását haszno-sító képlékeny alakító eljárások, valamint a gyors prototípusgyártás és az egyedi, illetve kis sor o-zatgyártás eljárásainak vizsgálata, fejlesztése;

c. számítógépes technológiai és szerszámtervezésimódszerek kidolgozása, alakító technológiák ésszerszámaik végeselemes modellezése.

CNC vezérlésű láng- és plazmavágó berendezés

MTS 810 típusú elektrohidraulikus anyagvizsgálógép

Optikai alakváltozás mérő rendszerrel felszerelt kom p-lex lemezvizsgáló berendezés

Befejező precíziós

megmunkálások kutatása A tudományos műhely vezetője: Dr. Kundrák János


tel: +36 46 565 160Az Innovatív anyagtechnológiák tudományos

műhelyben folyó kutatások fő célkitűzései röviden azalá bbiakban foglalhatók össze.

1. Határozott és határozatlan élű szuperkeményszerszámokkal végzett precíziós forgácsolómegmunkálások vizsgálata.

2. Különböző anyagminőségekf orgácsolhatóságának elméleti és kísérletivizsgálata.

3. Különböző élanyagú forgácsolószerszámokkopásának elméleti és kísérleti vizsgálata. Aszerszámkopás és éltartam modellezése.Éltartamösszefüggések megadása.

4. Elméleti érdesség meghatározása különböző egyés többélű szerszámokkal forgácsolt felületekre. Algoritmus és szoftver kidolgozása a forgácsoltfelület érdességének tervezésére az érdességimérőszámok elméleti értékei alapján.

5. Határozott élű és abrazív szerszámokkalmegmunkált felületek pontosságának ésfelületminőségének vizsgálata. Összehasonlítóelemzések végzése, eljárásválasztásszempontjainak megadása és ajánlatokkidolgozása.

6. Kísérletek végzése a forgácsolási adatokoptimális értékének meghatározására, a befejezőmegmunkálási eljárások összehasonlítására éskiválasztására.

7. A hűtés-kenés csökkentésének, ill. elmaradásánakhatása a forgácsolás folyamatjellemzőire(forgácsolóerő, kontakthőmérséklet, szerszám-kopás, rezgés és szerszáméltartam), afelületminőségére, a hőmérsékleti tényezők re.

EMAG megmunkáló központ

Talyrond 365 típusú alak- és helyzethiba vizsgáló berendezés

-

- -

3. TM Gépészeti és alternatív üzem-anyag

kutatások energetikai mérő-cella, szélcsator-

na és numerikus szi-muláció együttes alkal-

mazásával.

A tudományos műhely vezetője:

Dr. Szabó Szilárd


tel: +3646 565 111, 1260 m.

A tudományos műhelyben öt kutatás-fejlesztési témaszerepel, ezek:1. K+F.: Fűtött vagy gyorsuló mozgást végző henger

vizsgálata szélcsatornában és numerikus szimuláció-val. Alapkutatási téma, amelynek gyakorlati hasznaáramlásba helyezett körszelvényű gépészeti berende-zések rezgésanalízisénél, illetve hőátadási tulajdon-ságainál van szerepe.

2. K+F.: Belső- és külsőégésű motorokkal kapcsola-tos mérések és numerikus vizsgálatok. Stirling moto-rokkal és hagyományos belső égésű motorokkal kap-csolatos gépészeti, hőtani és üzemanyag-vizsgálatok.

3. K+F.: Energetikai gépek és rendszerek vizsgálata. Áramlás-éshőtechnikai gépek és azokból álló rendszerekkel, pl. szél- és vízturbi-nákkal kapcsolatos elméleti és laboratóriumi elemzések.

4. K+F.: Forgó áramlástechnikai gépekben kialakuló áramlás vizs-gálata. Forgó áramlástechnikai gépekben kialakuló áramlás nom-struktúrájának és globális jellemzőinek meghatározása laboratóriumimérés és numerikus szimuláció együttes alkalmazásával.

5. K+F.: Műszaki hőátviteli és energetikai folyamatok vizsgálata.Hőjelenséggel kíséret energetikai folyamatokra vonatkozó elemzé-sek, mint például LED-ek által termelt hő, vagy hűtőszekrény tech-nikai körfolyamatában szereplő szerkezeti elemek hőtani számításimódszereinek kidolgozása.

8/19/2019 gep 2013 2(1)

3/80

TISZT ELT OLVASÓ!

Lassan a végéhez közeledik a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt,

melynek keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfi-nanszírozásával valósultak meg azok a kutatások, melyek a 4-es Kiválósági Központkeretében Innovációs Gépészet i Tervezés és Technológiák címmel folytak a MiskolciEgyetemen. A központ célja a kutatási potenciál fejlesztése olyan kutatásokkal, ame-lyek innovatív modellezést, tervezést és technológiai folyamatokat valósítanak meg. Ezösszhangban van az Európai Unió azon törekvésével, amely az innováció serkentésére,a leghatékonyabb környezetbarát technológiák alkalmazására, fejlesztésére irányul.A Kiválósági Központ hét tudományos műhelyre tagozódik, melyek egy-egy tanszék körészerveződnek. Ezek a következők: Mechanikai Technológiai, Gépgyártástechnológiai,Áramlás- és Hőtechnikai Gépek, Vegyipari Gépek, Mechanikai, Gép- és Termékterve-zési, valamint az Anyagmozgatási és Logisztikai Tanszék. Az itt dolgozó oktatók BSc,MSc és doktorandusz hallgatókat is bevontak a kutatásokba, amelyek így jó lehetőséget

biztosítottak arra, hogy a fiatalok megismerkedjenek a tudományos munkával. A közelkét éve működő központ programjához kapcsolódva nem egy hallgató nyújtott már ki-emelkedő teljesítményt, illetve készített színvonalas TDK dolgozatot, PhD értekezést.

Az egyes tudományos műhelyek témái nagyon sokrétűek, interdiszciplináris jellegűek,sokszor még egy adott témán belül is. A tervezés témakörében olyan tervezési, model-lező eljárásokat fejlesztettek ki, amelyek hatékonyabban és megbízhatóbban modelle-zik a szerkezeteket és jelenségeket, jobb tervezési megoldásokat adnak. Foglalkoztakszerkezetek és rendszerek optimális méretezésével. Vizsgálták a termékéletpályát, aműszaki rendszerek hajtáslánc felépítését, a környezettudatos elvekhez és az alternatívüzemanyag használatához is kapcsolódtak kutatások, valamint áramlás és hőtechnikailaboratóriumi és numerikus modellezéshez is számos kutatás kötődött. A gépészetitechnológiák területén a környezetbarát, szerves vegyipari, illetve a folyamatos techno-lógiák vizsgálata és energiaracionalizálás történt. Jelentősek a professzionális mecha-nikai anyagvizsgálatok, valamint a számítógéppel segített technológiai folyamatterve -zés és modellezés, valamint a befejező precíziós megmunkálások, és a nagyszilárdságúacélok hegesztése területén elért eredmények is.

Felvetődik az, hogy hol jelennek meg az eredmények, az eddigi eredmények alkalma -zása hol történhet? A Tudományos Műhelyeken belül működő húsz K+F téma nagyonszerteágazó. Néhány közülük az alapkutatásokhoz közelít, míg mások inkább a gya-korlatban alkalmazhatók, egyesek már most látványos eredményt hoztak, mások távlatieredményekkel kecsegtetnek. Annak érdekében, hogy ezeket az eredményeket a szak -mai közönség is megismerhesse, a műhely kutatói jelentős számú publikációt készítet-tek el és jelentettek meg hazai és külföldi konferenciákon, hazai és külföldi szakmaifolyóiratokban. Természetesen az oktatásba is beépítésre kerülnek az eredmények. Eza cikkgyűjtemény is ezt a célt szolgálja, bemutatva a Kiválósági Központ TudományosMűhelyeinek legújabb tudományos eredményeit.

Prof. Dr. Jármai Károly

egyetemi tanár, a Kiválósági Központ vezetője

A szerkesztésért felelős: Vesza József. A szerkesztőség címe: 3534 Miskolc, Szervezet utca 67.Telefon/fax: +36-46/379-530, +36-30/9-450-270 • e-mail: [email protected]

Kiadja a Gépipari Tudományos Egyesület, 1027 Budapest, Fő u. 68. Levélcím: 1371 Bp. Pf.: 433.Telefon: 202-0656, fax: 202-0252, e-mail: [email protected], internet: www.gte.mtesz.hu

A GÉP folyóirat internetcíme: http://www.gepujsag.huKereskedelmi és Hitelbank: 10200830-32310236-00000000

Felelős kiadó: Dr. Igaz Jenő ügyvezető igazgató.Gazdász Nyomda Kft. 3534 Miskolc, Szervezet u. 67. Tel.: (46) 379-530, e-mail: [email protected].

Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Rt. Hírlap Üzletága 1008 Budapest, Orczy tér 1.Előfizethető valamennyi postán, kézbesítőknél, e-mailen: [email protected], faxon: 303-3440. További információ: 06 80/444-444

Egy szám ára: 1260 Ft. Dupla szám ára: 2520 Ft.

Külföldön terjeszti a Kultúra Könyv és Hírlap Külkereskedelmi Vállalat,

H–1389 Budapest, Pf. 149. és a Magyar Média, H–1392 Budapest, Pf. 272.Előfizethető még közvetlenül a szerkesztőségben is.

INDEX: 25 343 ISSN 0016-8572A megjelent cikkek lektoráltak.

A kiadvány a Nemzeti Kulturális Alap támogatásával jelenik meg.

GÉPA GÉPIPARI TUDOMÁNYOS EGYESÜLET

műszaki, vállalkozási, befektetési, értékesítési, kutatás-fejlesztési, piaci információs folyóirata

SZERKESZTŐBIZOTTSÁGDr. Döbröczöni Ádám

elnök Vesza József főszerkesztő

Dr. Jármai KárolyDr. Péter József Dr. Szabó Szilárdfőszerkesztő-helyettesek

Dr. Barkóczi IstvánBányai ZoltánDr. Beke JánosDr. Bercsey Tibor

Dr. Bukoveczky GyörgyDr. Czitán Gábor Dr. Danyi József Dr. Dudás IllésDr. Gáti József Dr. Horváth Sándor Dr. Illés BélaKármán AntalDr. Kulcsár BélaDr. Kalmár FerencDr. Orbán FerencDr. Pálinkás István

Dr. Patkó GyulaDr. Péter LászlóDr. Penninger AntalDr. Rittinger JánosDr. Szabó IstvánDr. Szántó JenőDr. Tímár ImreDr. Tóth LászlóDr. Varga Emilné Dr. Szűcs Edit

8/19/2019 gep 2013 2(1)

4/80

TARTALOM

Kocsisné B. M., Frig yik G., Kuzsella L ., Kuzsella Lné Koncsik Z s.,Szilágyiné Bíró A., Kerekes G.1. Trendek és tervek a hő– és felületkezelés területén ................................................ 3

A Miskolci Egyetem TÁMOP projektjének Innovatív anyagtechnológiák c.Tudományos Műhelye keretében megvalósuló Hőkezelés és Felület technológiák K+Ftéma sokoldalú kutatás-fejlesztési programjáról adnak e cikkben rövid áttekintést. E

projekt eredményei, inf rastu ktúra- és humán erőforrás fejlesztése alapul szolgált egyújabb TÁMOP-projektben a Hőkezelési tématerület kutatásfejlesztési koncepciójá-nak kidolgozásához, és megteremtette a feltételeit nemzetközi együttműködések

bővítésének.

Prém L., Balogh A.2. Autóipari lágyacél vékonylemezek ellenállás-ponthegesztése különbözőenergiabeviteli módokkal .............................................................................................. 7

Az alakítható lágyacél vékonylemezek általában jól ponthegeszthetők, a hegeszthető -ség a hidegalakítás hatására az alakítás mértékével arányosan romlik. A hidegalakí-tás hatására a kötések nyíró-szakító ereje növekszik. A növekedés mértéke elmaradaz alapanyag szilárdságnövekedésének mértékétől és erősen függ a hegesztési beállí-tásoktól. A(z) (extra) kemény munkarenddel történő ponthegesztés során tapasztalha-tó kilágyulás mértéke kisebb, mint lágy munkarend esetében.

Tisza M., Gál G., Kiss A., Kovács P., Lukács Zs.3. Számítógépes mérnöki módszerek a képlékenyalakításban ................................ 11

A TÁMOP projekt keretében a 4. Kiválósági Központ 1. Tudományos Műhelyénektémája az Innovatív anyagtechnológiák. E Tudományos Műhely egy önálló K+Ftémája a Számítógépes technológiai tervezés és modellezés. Ebben a cikkben a szá -mítógépes mérnöki módszereknek a képlékenyalakítás területén való alkalmazásá-

ban a projekt eddigi futamideje alatt elér t eredményekről számoltunk be röviden.

Pálmai Z.4. Az acél nagy gyors deformációjánál fellépő anomália dinamikai vizsgálata ... 15

Az acélok feldolgozásának egyik leggyakoribb technológiájánál, a forgácsolásnálesetenként egy deformációs anomália következtében anyag rakódik a szerszám élére,élsisak (built-up edge: bue) képződik. Ez a periodikusan kialakuló képződmény átve -szi a szerszám élének a szerepét, így befolyásolja a leválasztott réteg vastagságát. Aforgácsképződésre korábban kidolgozott matematikai modell továbbfejlesztésével azidőben változó vastagságú réteg forgácsolását leíró matematika modellt dolgoztunkki. Az egyik adag forgácsolhatóságát kísérleti jelleggel Pb+Te ötvözéssel javítottuk,így az élsisakképződés elkerülhető volt.

Pálmai Z., Szűcs J.

5. A forgácsolószerszám éltartamának meghatározása munkadarab

méretellenőrzéssel sorozatgyártásnál ......................................................................19

Revolver-automatán célzott alkatrészgyártási kísérleteket végeztünk olyan alkatrészkülső hengeres felületének esztergálásával, amelyet e célra terveztünk meg. A szer -számgép és szerszám bemelegedési szakaszát kizártuk a vizsgálatból, a fogácsolás

közben hirtelen keresztmetszet-változás következtében a rugalmas megmunkálórendszer mérettorzító hatását vizsgáltuk, és kompenzáltuk. A legyártott munkadara- bok méreteltérését a szerszá m csúcskopásá ra átszám ítva meghatá roztuk a kopás-görbét, amelyet egy kopásegyenlettel modelleztünk. Az eredmény összhangban volta kontrollként mért maximális hátkopással. A módszer alkalmasnak bizonyult arra is,hogy felhasználásával az alkatrész anyagának forgácsolhatóságát minősítsük.

Szabó O.6. Anyagleválasztási folyamat vizsgálata dörzsköszörülésnél................................. 23

A dörzsköszörülés fajlagos anyagleválasztási sebessége több módon növelhető. Ezáltal nő a gazdaságosan leválasztható ráhagyás értéke is. A szuperkemény szemcse -anyagú, nagyobb szemcseméretű szerszámok jelentős termelékenység- és pontosságnövekedést biztosítanak a hagyományos szemcseanyagú szerszámokhoz képest.

Nagy a szerszámok élett artama és stabilit ása. Sorozat- és tömegg yártásban alkalma -zásuk gazdaságos. További fajlagos anyagleválasztási sebesség emelkedés a forgá -csolási sebesség és szerszámnyomás növelésével valósul meg. Célszerű kétfokozatúdörzsköszörülés alkalmazása.

Hajdú S., Czibere T., Kalmár L .7. Bánki-turbina járókerekében történő áramlás vizsgálata ..................................27

A cikk első felében a kétszeres átömlésű akciós járókerékben kialakuló áramlás egy -dimenziós közelítését tárgyalja. Az áramvonal számítására és ábrázolására kidolgo -zott numerikus eljárás alkalmazásával készült ábrákon jól követhető a különbözőlapáthosszak és üzemállapotok mellett az áramlás középvonala helyzetének az alaku -lása és elemezhető a kilépés perdületessége. A cikk második része numerikus mód-szert ismertet a körrács egyenes rácsra történő leképezésére, amellyel egyrészt a fentemlített alapadatok ismeretében felrajzolható a körrács lapátja, másrészt a kétszeresátömlés sajátosságainak a figyelembevételével felrajzolható a lapát egyenes rácsbelikonform képe is mind a centripetális, mind a centrifugális átömlés esetében.

Kalmár L.,Hellma nn R., Régert T., Vígh V.8. Uv led modul által keltett hőátviteli folyamat vizsgálata .................................... 31

Az elvégzett mérések és szimulációk összehasonlításával számos anyagjellemzőre és paraméter re fény derült, mely további szimulációkat tesz lehetővé, ezzel hozzájárulvaa nagyteljesítményű berendezések hűtőrendszereinek jobb tervezéséhez és fejleszté-séhez, melynek során a hangsúly a mérésről a szimulációra tolódik, ezáltal jelentősidőbeli és anyagi megtakarításokat eredményezve.

Nagy J., Tolvaj B., Szabó Sz.

9. Palástkondenzátorok osztásának hatása a hűtőkészülékek

energiafogyasztására ................................................................................................. 35

Hűtőbútorok esetén újabban gyakran alkalmazzák az úgynevezett palástkondenzátoro-kat. A cikk a hővezetés differenciálegyenletéből kiindulva arra keresi a választ, hogyvan-e a palásthoz erősített kondenzátorcsövek osztássűrűségének olyan optimuma,amely a minimális energiafelhasználáshoz tartozik.

Döbröczöni Á.10. A műszaki termékek fejlesztésének néhány kérdése ..........................................39

A gépek, mint rendszer és ezek alkatrészei fejlődése, egy összetett tevékenység. Ez acikk néhány eredményt mutat be elsődlegesen a bolygókerekes hajtóművek, az öko-design, a természetes analógiák és optimálás területén.

Kamondi L.11. Hajtásláncok fogazott elemeinek kutatása és fejlesztése ...................................43

Az elmúlt évtizedekben a fogazott elempárok ismét bebizonyították, hogy változatla-nul jelentős szerepet játszanak az erőátvitelben. Funkciói: a mozgás pontos átalakítá -sa, a legnagyobb terhelhetőség a legkisebb méretek esetén, a környezetnek való meg-

felelés. A tanulmány a geometriai, dinamikai és akusztikai eredményeket mutatja betengelykapcsoló, szabad futású kuplung és fogaskerékpár esetén.

Farkas J.

12. Hegesztett t-bordák alkalmazása négy sarkukon támasztott cel lalemezek

minimális költségre való méretezéséhez ..................................................................... 47

Az optimális méretek különböznek a minimális térfogat illetve a minimális költségesetén. Ennek a magas gyártási költségek az okai. A hegesztett T-bordás cellalemezgazdaságosabb, mint a félbevágott hengerelt I-bordás, mert térfogata 31%-kal kisebbés költsége 12%-kal kisebb. A csökkenést az okozza, hogy hegesztett lemezbordákesetén sokkal kisebb lehet a bordák gerinclemez-vastagsága.

Kovács Gy.13. Szálerősítéses műanyag kompozittal erősített acélszerkezetek ........................ 51

A kompozitok egy újabb felhasználási köre a már meglévő vasbeton, fém vagy faszerkezetek utólagos megerősítése. A dolgozat bemutatja az acélszerkezetek utólagoskülső megerősítésére alkalmas FRP erősítési rendszerek típusait, valamint a főbbtervezési alapelveket. Továbbá kiemeli ezen erősítési technika előnyeit, alkalmazásikörét. Végül egyszerű példákon keresztül bemutatja az FRP erősítéses szerkezetielemek lehetséges tönkremeneteli módjait.

Marcsák Gábor Z.14. Web alkalmazás fejlesztése JavaFX környezetben

optimálási problémák megoldására ......................................................................55

A cikkben a heurisztikus optimáló algoritmusok működését, és a használatukbanrejlő sokszínű lehetőségek vizsgálata történt. A nagy bonyolultságú, hagyományoseszközökkel megoldhatatlannak tűnő számítási feladatok elvégzése az a probléma-kör, ahol a metaheurisztikus optimáló algoritmusok a leginkább erősek. Cél, hogytovább bővítsük a web alkalmazásba épített algoritmusok számát, valamint olyan újgyakorlati példákkal szemléltethessük működésüket, mint az utazó ügynök problémamegoldása, különböző szerkezetoptimalizálási, logisztikai, operációkutatási felada-tok. A web alkalmazás a http://users.iit.uni-miskolc.hu/~marcsak/ címen érhető el.

Virág Z., Jármai K.15. Szabványos kör keresztmetszetű többtámaszú tartók optimális méretezése .59

Kör keresztmetszetű többtámaszú tartók méretezésében a feszültségi feltétel, a stabi-litási feltétel és a lehajlási feltétel játszhat jelentősebb szerepet. Csőszerkezeteknélúgy juthatunk el a lehető legkisebb folyóméter tömegekhez, hogy a feltételeketfigyelve csökkentjük a külső átmérőket és a hozzájuk tartozó falvastagságokat. Nagykülső átmérők esetén a falvastagság csökkentésének stabilitási feltétel szab határt,míg kisebb külső átmérők esetén pedig a feszültségi feltétel válik aktívvá, így szabvahatárt a tömeg csökkentésének. A számított eredmények e szerkezet optimális terve -zésénél is megmutatják, hogy bizonyos méret csökkentés már nem hoz további vég -eredmény javulást. Ezért ebben az esetben is igazolható az optimális méretezés létjo-gosultsága és fontossága.

Bokros I., Siménfalvi Z., Szepesi G., Venczel G.16. Keverős reaktorok vizsgálata ................................................................................. 63

Cikkünkben bemutatásra került, hogy egy keverős készülékbe helyezett hőcserélőszerkezet milyen hatással van az eredeti kevertségi állapotra. Vizsgáltuk továbbá a

hőátadási tényező értékének és a keveréshez szükséges teljesítménynek a változását.Bemutattuk a kisminta kísérletek és a számítógépes szimulációk eredményeit, majdadaptáltuk azokat az ipari méretű berendezésre.

Mannheim V.17. Vegyipari környezetvédelmi kutatások a Miskolci Egyetemen .........................67

A vegyipari környezetvédelem területén működő kutatócsoport eredményei várható-an nagymértékben hozzájárulnak a rendelkezésre álló vegyipari technológiák kör -nyezetvédelmi innovációjához, amely által a vállalatok versenyképessége, környezetimenedzsmentje és környezeti vállalati stratégiája fejleszthető. A kutatási eredmé-nyek a vegyipar teljesebb elkötelezettségét jelenthetik az egészség és a környezetvé-delem mellett, amelynek haszonélvezői elsősorban az európai polgárok, a vegyipar, amezőgazdaság (elsősorban a környezetbarát növényvédő szerek és segédanyagokalkalmazása által), a közlekedés és a kereskedelem. További haszonélvezők azok ahatóságok, szolgáltatók, ipari vállalkozások, területek, amelyeket a vegyiparba integ-rált környezetvédelem és a környezetvédelmi jogszabályok által diktált kötelezettsé -gek érintenek.

Szamosi Z., Siménfalvi Z.18. Mezőgazdasági hulladékok pörkölésére alkalmas berendezé sek és

azok üzemi paraméterei ......................................................................................... 71

A cikkben igyekeztem összegyűjteni azokat a berendezéseket melyek szóba jöhetneka kísérleti berendezés megépítéséhez. A fent felsorolt gépek, illetve technológiákközül kell egy optimális üzemű feltételekkel rendelkezőt választani. Gazdaságiszempontokat is figyelembe véve, illetve elvi lehetőséget kell biztosítani egy olyan

berendezésre melyet ipa ri méretűre, lehet nagy ítani.

8/19/2019 gep 2013 2(1)

5/80

GÉP, LXIV. évfolyam, 2013. 2. SZÁM 3

TRENDEK ÉS TERVEK A HŐ – ÉS FELÜLETKEZELÉSTERÜLETÉN

TRENDS AND PLANS IN HEAT TREATMENT AND SURFACE

ENGINEERING Kocsisné Dr.Baán Mária1 , Dr. Frigyik Gábor 1 , Dr. Kuzsella László2 , Dr. Kuzsella Lászlóné Koncsik Zsuzsanna3 , Szilágyiné Bíró Andrea3 , Kerekes Gábor 4

ABSTRACT

Co-financed by the European Social Fund and im- plemented in the framework of the Hungarian 'Social Renewal Operational Programme' (Társadalmi Megújulás Operatív Program, TÁMOP) the project,titled as „Improving the quality of higher education

based on the works of Centres of Excellence on the strategic research fields of the University of Miskolc”was launched for creating special scientific schools indifferent engineering topics. One of such is focused on“Innovative materials processing”, including four R&D groups: three groups are dedicated for various techno-logical processes like welding, heat-treatment and metal forming, while the fourth group focuses on computeraided design and modelling in materials processingtechnologies. In this paper the research work done in Heat Treatment and Surface Engineering R &D groupwill be overviewed.

1. ELŐZMÉNYEK

A Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és InformatikaiKarának Mechanikai Technológiai Tanszékén a hő- ésfelületkezelés, azon belül is a termokémiai kezelésekszakterülete évtizedek óta meghatározó jelentőségű

kutatás-fejlesztési és oktatási terület. Az elmúlt évekazonban jelentős változásokat és számos nehézséget

hoztak: újra kell gondolnunk szakterületünk helyzetét,lehetőségeit az oktatás és a kutatás-fejlesztés egymásra

épülő rendszerében, meg kell felelnünk a nemzedékvál-tás és a technológiai generációváltás kihívásainak. Egykivételesen nehéz gazdasági helyzetben életben kelltartani és tovább kell fejleszteni ipari kapcsolatainkat, salkalmassá kell válnunk a nemzetközi szakmai vérke-ringésbe való aktívabb bekapcsolódásra.

E publikáció keretében annak az alig több, mint kétéve megkezdett folyamatnak az összegzését mutatjuk be, mely a tanszék múltbeli értékeinek megőrzésénalapulva, a jelen pályázati támogatási és együttműködé-si lehetőségeit maximális hatékonysággal hasznosítva jövőt épít a nemzetközi versenyképesség ir ányába.

1.1. Helyzetelemzés, szakirodalmi áttekintés

Feladattervünkben elsőként egy, a hőkezelés helyze-tét, és azon belül a Tanszék szerepét és lehetőségeit

sokoldalúan bemutató tanulmányt készítettünk, amelyaz alábbi főbb fejezeteket tekintette át:

A hőkezelés és a műszaki felülettechnológiák jelentősége, definíciója, a technológiai eljárá-sok kategorizálása

Nemzetközi trendek a hő- és felületkezelésben,nemzetközi szervezetek (IOM3, IFHTSE) ta-nulmányai és előrejelzései,

Hazai helyzetkép – szakmai szervezetek, ren-dezvények, konferenciák, on-line információ-források

Regionális helyzetkép – ipari kapcsolatok, re-gionális igények, klaszterek

Egyetemi, tanszéki helyzetkép, előzmények -ipari megbízások, publikációk, diplomatervek,

stb. Erőforrások, adottságok a Mechanikai Techno-

lógiai Tanszéken – a Hő- és felületkezelésiSzakcsoport erőforrásai, együttműködés a Tan-szék többi szakcsoportjával, technológiai (mű-helycsarnok) és a felületvizsgálati infrastruktú-ra,

Kapcsolati tőke - Nemzetközi oktatásfejlesztési projektek

Fejlesztési lehetőségek és tervek – infrastruktú-ra-fejlesztés, nemzetközi kutatási és oktatásiegyüttműködés lehetőségei

A helyzetelemző tanulmány munkaanyagát néhánymeghatározó jelentőségű ipari partnerrel egy szakmainap keretében vitattuk meg.

A stratégiai tervezés megalapozását szolgáló helyzet-elemzés másik fő vonulata a szakirodalom áttekintésevolt. Mindenekelőtt a legfrissebb, idegen nyelvű szak-irodalomban a termokémiai kezelések terén a közel-múltban publikált kutatási eredményeket kívántuk ösz-szegyűjteni és rendszerezni. Szakirodalmi adatbázisun-kat annak az elektronikus tanulási felületnek a keretébenhoztuk létre, melyet az oktatás hatékonyabbá, korsze-rűbbé és gyakorlat-orientáltabbá tétele érdekében Tan-székünk számos tantárgyának oktatásában alkalmazunk.

1egyetemi docens, 2egyetemi adjunktus,3egyetemi tanársegéd, 4mérnök-tanár Miskolci Egyetem, Mechanikai Technológiai Tanszék

8/19/2019 gep 2013 2(1)

6/80

4 2. SZÁM GÉP, LXIV. évfolyam, 2013.

On-line adatbázisunk így gyors és sokoldalú kereshető-séget, digitális elérhetőséget biztosít a szakcsoport té-materületével foglalkozó oktatók, kutatók és hallgatókszámára. Hallgatóink féléves feladatok, TDK munkák éskomplex feladatok, továbbá szakmai gyakorlatok, szak-dolgozatok és diplomaterv feladatok keretében folyama-tosan hozzájárulnak a szakmai tudástár, az on-line szak-

irodalmi adatbázis bővítéséhez. Az elektronikus tanulásikörnyezet sokoldalú funkcionalitásának köszönhetőenlehetőség van arra, hogy a hallgatók munkájának ered-ményességét értékeljük, illetve, hogy a hallgatók meg- jegyzéseket, értékeléseket írhassanak a cikkekhez, vagyakár azok részleges vagy teljes fordítását is csatolhassákaz egyes publikációkhoz.

1.2. Infrastruktúra, erőforrások

A műszaki felülettudomány komplex szemléletmódúmegközelítése, és ehhez kapcsolódóan a felületvizsgála-

ti módszerek fejlesztése a Mechanikai TechnológiaiTanszéken a 90-es évek közepén, egy EU támogatásúTEMPUS projekt keretében vette kezdetét. Elsőként afelületi rétegek adhéziós kötéserősségének összehasonlí-tó vizsgálatára alkalmas karcvizsgálat vizsgálattechnikailehetőségét teremtettük meg, számos szubsztrát-bevonatrendszer viselkedésének vizsgálatára kerülhetett enneksegítségével sor. Az elmúlt években vizsgálattechnikailehetőségeink egy újabb, rendkívül sokoldalú és korsze-rű berendezéssel bővültek. Többfunkciós modulárismikro-nano felületvizsgáló berendezésünk alkalmastöbbféle mozgástípus megvalósításával, különbözőkörnyezeti körülmények között tribológiai kísérletek

(pin-on-disc, karcvizsgálat) elvégzésére. Az UNMT-1moduláris mikro-nano felületvizsgáló berendezés kör-mozgást megvalósító tribológiai vizsgálatokhoz használtmodulja 350 °C-ig fűthető kamrával is fel van szerelve.

1. ábra. Lineáris alternáló mozgástmegvalósító tribológiai elrendezés

az UNMT-1 berendezésben

Berendezésünk emellett alkalmas a felületek geomet-riai és mechanikai tulajdonságainak (nanokeménység,nanokarc, rugalmassági modulus) jellemzésére a Nanoanalyser modul segítségével.

Az UNMT-1 berendezés különböző moduljainak al-kalmazásával lehetőségünk nyílik a különféle hőkezelé-si és felülettechnológiai eljárásokkal célszerűen módosí-

tott anyagszerkezeti jellemzők és anyagtulajdonságokfeltérképezésére, az alkalmazott technológiák hatásánakkomplex jellemzésére

1.3. Nemzetközi trendek elemzése

Kutatás-fejlesztési stratégiánk kialakításában mesz-szemenően támaszkodtunk nemzetközi szakmai szerve-zetek tanulmányainak és előrejelzéseinek elemzésére.

Kiemelést érdemel ezek közül az InternationalFederation of Heat Treatment and Surface Engineeringszakmai világszervezetének Global 21 projektje.

A projekt keretében 2005-ben egy kérdőívet bocsátot-tak útjára, mely jelenleg is elérhető, on-line kitölthető azIFHTSE honlapján. A beérkező válaszok képezik az

alapját különböző szempontú elemzések, tanulmányokkészítésének – pl. geopolitikai változások és hatásaik feltérképezése, tudomány és technológia összefüggései,gazdasági adatok és trendek értékelő elemzése, stb. AzIFHTSE szakfolyóiratában megjelenő tematikus publi-kációk és elemzések mellett [1, 2] fontos szerep jut anemzetközi konferenciákon elhangzó előadásoknak ésműhelyvitáknak is – e projekt támogatásával egy ilyenműhelyvitán ismertethettük nemzetközi együttműk ö-désben megvalósult eddigi eredményeinket. [3]

A projekt keretében kiemelt szerepet kap a nemzetkö-zi együttműködés további fokozása, a gazdasági kérdé-sekkel, kiemelten az energia és a környezet aspektusai-val kapcsolatos megfontolások középpontba állítása, azalkatrészek és szerkezetek gyártásában egyre szüksége-sebbé váló, valóban interdiszciplináris és multidiszcipli-náris megközelítés kialakítása.

A Global 21 projekt egy olyan periódusban elemzi aszakmai területünket meghatározó változásokat, amely- ben a gazdasági világválság méginkább felgyorsította avárt hatások érvényesülését, megkérdőjelezhetetlennétéve az energia- és környezet–központú fejlesztés szük-

ségességét. A felülettechnológiák egyik legjelentősebbinnovációjának tekintett plazmatechnológiák fokozot-tabb elterjedése épp ezeknek a szempontoknak az elő-térbe kerülése miatt lenne kívánatos hazánkban is.

A nemzetközi elemzések is alátámasztják: a járműipar

kiemelt jelentőséggel bír a hő- és felületkezelés innová-ciós folyamataiban [4, 5] e szektor termelési értékénekmintegy 70%-a közvetlenül, vagy közvetett módonkapcsolódik a járműiparhoz [1]. Ennek megfelelőenspeciális figyelmet fordítottunk e publikációk, illetve a prognosztizált fejlesztési trendeket bemutató cikkekelőrejelzéseire [6,7].

8/19/2019 gep 2013 2(1)

7/80


2. KUTATÁSI PROGRAM A HŐ- ÉSFEKÜLETKEZELÉS K+F TÉMÁBAN

Kísérleti programunk megvalósításában is fontos sze-repet játszanak a fiatal kutatók és hallgatók. A projektidőtartama alatt számos komplex feladat, TDK és

szakdolgozat a nitridálás témaköréhez kapcsolódott.

Kutatásaink célja, hogy párhuzamos kísérletivizsgálatok révén összehasonlítsuk a hagyományos és akorszerű, továbbfejlesztett termokémiai eljárások

eredményességét, gazdaságossági és környezetvédelmihatásaikat. A kutatási eredmények oktatásba való becsatornázása mellett kiemelt jelentőséget fordítunk többcélú képzési tartalmak kidolgozására, a MinSE(International Master in Heat Treatment and SurfaceEngineering) tananyag-moduljainak részleges magyarnyelvű adaptációjára. Kutatás-fejlesztési programunkfontos további célja a technológia-transzerfeltételrendszerének megteremtése, és a nemzetközi

K+F tevékenységbe való intenzívebb bekapcsolódástcélzó kutatási pályázatok előkészítése.

2.1. Gáz- és plazma karbonitridálás kísérletiösszehasonlító vizsgálata

A párhuzamos kísérleti vizsgálatokkal a hagyományosés a kor szerű, továbbfejlesztett termokémiai eljárásokösszehasonlító elemzését végeztük. A ferrites állapotbanvégzett karbonitridálás két technológiaváltozatának(gáz- és a plazmanitridálás) alkalmazásával elemeztük akialakult rétegek tulajdonságait, szerkezetét és rétegvas-tagságát, továbbá a két eljárás költséghatékonyságát és

környezeti hatásait. A gázközegű karbonitridálást aTanszéken, míg a plazmanitridálás kísérleti megvalósí-tását e projekt keretében a marosvásárhelyi Plazmatermcéggel való közel két évtizedes együttműködésünk kere-tében tudtuk megoldani.

2.2. Infrastruktúra-fejlesztés

A technológia-transzfer eszközhátterének megterem-tésére egy párhuzamos TIOP pályázat keretében megva-lósult beszerzés kínált lehetőséget.

Plazmanitridálásra és karbonitridálásra alkalmas hő-

kezelő berendezésünk 2012. év végén került átadásra.Főbb műszaki adatai: 10-30 kVA teljesítmény, 500, 750és 1000V üzemi feszültség, Φ 500 mm/ 2000 mm mér e-tű munkatér, a retorta kettős alumínium reflektor ernyő-

vel és köpennyel ellátott. Megfelelő vákuum- és szabá-lyozó rendszerekkel felszerelt, korszerű kemence, melyenergia-takarékossági és környezetvédelmi szempont-okból kedvező technológiai megoldásokat k ínál. A berendezés kialakítása során kiemelt szempont volt atovábbfejlesztésre való alkalmasság, lehetővé téve ezzelaz aktív ernyős technológiák kutatás-fejlesztését, anemzetközi K+F tevékenységbe való bekapcsolódást.

2.ábra. Prof. Dr.Kolozsváry Zoltán a berendezéstkifejlesztő Plasmaterm cégnél tett szakmai

tanulmányutunk során egy hasonl ó, már működőberendezéssel ismertetett meg bennünket .

2.3. Oktatás-fejlesztés

Tanszékünk az elmúlt másfél évtizedben számos,egymásra épülő nemzetközi projek tben vállalt aktívszerepet, melyek döntően korszerű tananyagok és okta-tási programok fejlesztését célozták. A többcélú, modu-lárisan alkalmazható tananyagelemek az EU támogatásúInnovate és MinSE (International Master in HeatTreatment and Surface Engineering) projektekben avilág vezető szakembereinek közreműködésével kerül-tek kidolgozásra. A nemzetközi képzési program mo-duljainak részleges magyar nyelvű adaptációja lehető-séget biztosít e digitális tananyagok révén a szellemi potenciál országos szintű növelésére, multiplikátor hatáselérésére.

3. STRATÉGIAI TERVEK

3.1. Kutatási terv járműipari fejlesztések területén

Az első fejezetben ismertetett, e K+F téma keretébenkidolgozott helyzetelemző tanulmány és a kutatás-fejlesztés stratégiai irányainak meghatározását támogatószakirodalmi elemzések jelentősen hozzájárultak ahhoz,hogy Tanszékünk egy négy intézmény alkotta konzorci-um élén sikeres pályázatot nyújtott be a ”Nemzetköziközreműködéssel megvalósuló alap- és célzott alapkuta-tási projektek támogatása” tárgyú pályázati felhívásra.A TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0029 azonosítószámú, Járműipari anyagfejlesztések: célzott alapkuta-tás az alakíthatóság, hőkezelés és hegeszthetőség téma-

8/19/2019 gep 2013 2(1)

8/80


köreiben című projektünk 2013 januárjában indul, öttémakörének egyike a Hő- és felületkezelés alábbi K+Ftémáira irányul:- Innováció és technológia-transzfer a termokémiai

felületmódosító eljárások területén – A járműiparbanáltalánosabban alkalmazott felületmódosító eljárások(indukciós edzés és betétedzés) felváltásának lehe-

tősége az alacsonyabb hőmérsékletű, ezért kisebbtorzulást előidéző nitridálással, ezen belül is a haté-konyab b és gazdaságosabb, környezetkímélő plaz-ma-nitridálással. E területen a legaktuálisabbnak te-kintett kutatási témakör az aktív ernyő alkalmazásá-nak elméleti hátterét és lehetőségeit vizsgálja, mely-lyel a komplex geometriával rendelkező munkada-rabok kezelésér e nyílik lehetőség.

- Járműiparban használatos hűtőközegek hűtési telje- sítményének meghatározását és a hűtési eljárás o p-timalizálását megalapozó mérési és számítógépes szimulációs módszer fejlesztése. Célunk olyan méré-si és számítógépes szimulációs módszer kidolgozá-

sa, valamint hazai bevezetése, mely az autóiparibanhasználatos hűtőközegek hűtési teljesítményénekmeghatározását és az optimális hűtési eljárás kidol-gozását teszi lehetővé, és alkalmat kínál a hűtőköze-gek kutatását célzó nemzetközi projektekbe való be-kapcsolódásra.

- Korszerű és komplex felületvizsgálati módsz erekkidolgozása a hő - és felületkezelési technológiák ku-tatásfejlesztése céljából. A felülettechnológiák kuta-tásfejlesztése és optimalizálása nem nélkülözheti akorszerű és komplex felületvizsgálati módszerek al-kalmazását. Célunk, hogy szisztematikus vizsgála-tokkal összefüggéseket tárjunk fel a mikro-nano jel-

lemzők és a járműiparban alkalmazott felületkezeltalkatrészek illetve szerszámok gyakorlati, ipari ko- pásvizsgálati eredményei között.

3.2. Nemzetközi kutatás-fejlesztési kapcsolatokbővítése

A befejezéséhez közeledő, jelen TÁMOP projektünkkiváló lehetőséget biztosított eredményeinkdisszeminációjára hazai és nemzetközi szakmai rendez-vényeken és publikációkban, tovább bővítve ezzelszakmai kapcsolat-rendszerünket. Korábbi nemzetközi projektjeinkben stratégiai partnerséget alakítottunk kiszámos felsőoktatási intézménnyel és iparvállalattal,továbbá a hő- és felületkezelés szakmai világszerveze-tével. E szövetségnek 2012 januárjától a Miskolci Egye-tem tagja, és felkérést kaptunk az IFHTSE oktatási portáljának kifejlesztésére.A soron következő projekt hő- és felülettechnológiáktémacsoportjának kutatási terve erre a biztos háttérreépülve kíván nemcsak új, a régió versenyképességétnövelő, a továbbhasznosítás lehetőségeit magában hor-dozó alapkutatási eredményeket elérni, hanem egyúttalaz intézmény kutatás-menedzsment képességeit és in-novációs potenciálját is növelni és a fiatal kutatók gene-

rációját felkészíteni a nemzetközi szakmai életbe valóaktív, sikeres bekapcsolódásra.

4. ÖSSZEFOGLALÁS

A Miskolci Egyetem „A felsőoktatás minőségének

javítása Kiválósági Központokra alapozva a MiskolciEgyetem stratégiai kutatási területein” című projektjé-nek Innovatív anyagtechnológiák c. Tudományos Műhe-lye keretében megvalósuló Hőkezelés és Felülettechno-lógiák K+F téma sokoldalú kutatás-fejlesztési program- járól adtunk e cikkben rövid áttekintést. E projektünk eredményei, infrastuktúra- és humán erőforrás fejleszté-se alapul szolgált egy újabb TÁMOP-projektben a Hő-kezelési tématerület kutatásfejlesztési koncepciójánakkidolgozásához, és megteremtette a feltételeit nemzet-közi együttműk ödéseink bővítésének.

5. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

A cikkben ismertetett kutatómunka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként – az ÚjMagyarország Fejlesztési Terv keretében – az EurópaiUnió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfi-nanszírozásával valósul meg.

6. IRODALOM

[1] Z. Kolozsvary, R.B.Wood,: IFHTSE Global 21:Heat treatment and surface engineering in the first

decades of the twenty-first century. Proceedings ofthe 1st Mediterranean Conference on HT Sharm ElSheikh , Dec.1-3 2009 p.26

[2] Kolozsvary, Z. :GLOBAL 21 A synthesis ofIFHTSE survey study on the state of the art andexpected developments in heat treatment andsurface engineering. Proceedings of the 18th Inter-national Congress on HTSE, Rio de Janeiro, 2010

[3] M. Kocsis Baán:Technology and KnowledgeTransfer in Surface Engineering, supported byinternational programmes, 19th IFHTSECongress, Glasgow ,17-20 October, 2011,

[4] Funatani K.; The Trend in Automotive Materials.

The state of steel and processing technologies andfuture tasks JSHT V48, N6, p.128 -135, (2008)[5] J. Vetter, G.Barbezat, J. Crummenauer, J. Avissar:

Surface treatment selections for automotiveapplications, Surface & Coating technology 200(2005) pp. 1962-1968

[6] T. Bell, C. X. Li; Active Screen Plasma Nitridingof Materials Proceedings of the 15th IFHTSECongress, Vienna, 2006

[7] E.D.Doyle, P.Hubbard: Innovation in NitridingProceedings of the 1st Meditteranean Conferenceon Heat Treatment and Surface EngineeringDec.1-3, 2009; Sharm El Shekh; Egypt

8/19/2019 gep 2013 2(1)

9/80


AUTÓIPARI LÁGYACÉL VÉKONYLEMEZEKELLENÁLLÁS-PONTHEGESZTÉSE KÜLÖNBÖZŐ

ENERGIABEVITELI MÓDOKKAL

DIFFERENT TYPES OF ENERGY INPUT FOR RESISTANCESPOT WELDING OF AUTOMOTIVE MILD STEEL SHEETS

Prém László*, Dr. Balogh András**

ABSTRACT

During the last twenty years the advanced and ultrahigh strength steels came to the front in automotiveindustry. In spite of that fact, mild steel sheets have beenapplied in a modern car fabrication in proportion of 25to 30°%. The unalloyed steel elements are exposed tocold forming, which technology influences the weldabil-ity of this material. This paper presents some differenttypes of energy input, when these mild steel sheets are spot welded.

1. BEVEZETÉS

Annak ellenére, hogy az elmúlt körülbelül húsz év- ben az autóiparban a saját tömeg csökkentése, az ala-csonyabb üzemanyag-fogyasztás és a kisebb mér tékűkárosanyag kibocsátás érdekében előtérbe került a kor-szerű nagyszilárdságú (U-AHSS és X-AHSS) acélokfelhasználása, ma még a személygépkocsik tömegének30-50 %-a jól alakítható lágyacéllemezből készül.Ezeknek a lágyacél elemeknek a jellegzetes alakításitechnológiája a képlékeny hidegalakítás, legfontosabbkötőeljárása pedig az ellenállás-ponthegesztés. A hide-gen jól alakítható lágyacél vékonylemezek jól ponthegeszthetők, de a hidegalakítás a hegesztett kötés

egyes tulajdonságait előnytelenül befolyásolhatja. Jelencikk különböző nyújtottsági mértékű DC01 acél vé-konylemez különböző energiabeviteli móddal történőellenállás-ponthegesztési jellegzetességeivel foglalko-zik.

2. AUTÓIPARI VÉKONYLEMEZEK

Az autógyártás tipikusan az a terület, ahol a vékony-lemezek felhasználása az önhordó vázszerkezetnél és akarosszériaelemeknél kiemelt fontossággal bír. A gép-

járműipar speciális igényeinek megfelelően fejlesztett,ún. autóipari vékonylemezek feldolgozása döntően

képlékeny alakítással történik. A hidegalakításra valóalkalmasságon túl a ponthegeszthetőségre és a tervezettfelületvédelemre való alkalmasság emelhető ki.

A személyautók és a nagyobb tömegű haszongé p- járművek 21. századi tervezésének legfontosabb köve-telménye a saját tömeg csökkentése, melyet a kiélezett piaci versenyhelyzet és az egyre szigorodó környezet-védelmi normáknak való megfelelés tesz elkerülhetetle-nül fontossá. Az előbbi szempontok teljesülését az 1.ábrával szemléltetjük.

1. ábra. Különféle szerkezeti anyagok részaránya egyalsókategóriás gépkocsin belül

Az 1. ábrán [1] látható, hogy 32 év alatt egy átlagosgépkocsinál az alumínium részaránya az össztömegen

belül a négyszeresére, a műanyag alkatr észek részesedé-se duplájára nőtt, ugyanakkor a lágyacél tömege 56 %-ról 13 %-kal csökkent, de még így is 50 % közelébenmaradt. A 2. ábra [2] már egy felsőkategóriás gépkocsi-típusnál azt mutatja be, hogy a különféle szilárdságúacélok a szerkezeten belül hol helyezkednek el és mi-lyen funkciót töltenek be. Figyelemre méltó, hogy ennéla típusnál (az ábrán szürke színnel jelölt), 300 MPaalatti szakítószilárdságú acélból (olyan nagy kiterjedésűszerkezeti elemeket gyártanak, mint az ábrán nem sze-replő motorház- és csomagtartó fedél, illetve ajtóborítá-sok, sárvédőlemezek és tetőlemez. Nyilvánvaló, hogy alágyacél elemek az életvédelmi szempontból alárendelt

* PhD hallgató, Miskolci Egyetem, Mechanikai Technológiai Tanszék **egyetemi docens, Miskolci Egyetem, Mechanikai Technológiai

Tanszék

8/19/2019 gep 2013 2(1)

10/80


helyeken kerülnek beépítésre, ahol az elsődleges köve-telmény nem a kor szerű (AHSS) és ultra-nagyszilárdságú acélokra (UHSS) jellemző kimagaslóannagy szilárdság, hanem a lágyacélok által biztosítottnagyfokú alakíthatóság.

2.ábra. Különféle szilárdságcsoportú acélok alkalmazása

a Mercedes egyik legfrissebb modelljénél

3. SZILÁRDSÁGNÖVELŐ MECHANIZMUSOKAZ AUTÓIPARI VÉKONYLEMEZEK

VONAKOZÁSÁBAN

A saját tömeg mérséklése és a globális acélfelhasz-nálás csökkentése az acél szilárdságának növelésétigényli. Ma már több gazdaságos és ipari méretekben ismegoldható szilárdság-növelő mechanizmust ismerünk.Ezek a következők: alakítási keményedés, szilárdoldatosötvözés, szemcsefinomítás, kiválásos keményítés, hők e-zelés.

A leggazdaságosabb szilárdságnövelés az első mód-szer alkalmazásával érhető el. A jól alakítható lágyacé-lok a hidegalakítás hatására felkeményednek, szilárdsá-guk megnő, alakváltozóképességük lecsökken, de mivela kiindulási nyúlásuk jelentős, még az alakított állapo-tukban is a célnak megfelelő alakváltozóképességi tarta-lékkal rendelkezhetnek.

Szakítószilárdság, MPa

F a j l a g o s

n y ú l á s ,

%

20000 40000 60000 A x Rm = km

3. ábra. A lágyacélok (Mild) helye az autóipari acélokközött

A 3. ábra [3] illusztrálja az előzőket: a Mild szóval jelölt lágyacélok a leginkább balra eső hiperbolán he-lyezkednek el, ahol a k m=R m

.A anyagkonstans értéke10 000 MPa.%.

4. AZ AUTÓIPARI ACÉLOKHEGESZTŐELJÁRÁSAI, HEGESZTHETŐSÉGE

Az autóipari vékonylemezeket többnyire valamilyenellenállás- és ívhegesztő eljárásokkal, néhány speciálisesetben lézersugár-hegesztéssel, dörzs-ponthegesztésselvagy mechanikai módszerekkel (szegecselés, clinching)

egyesítik. A felsorolt kötőeljárások közül a legtöbbmérnöki és gazdasági előnnyel az ellenállás- ponthegesztés rendelkezik, ezért jelenleg ez az eljárás ameghatározó és nagy biztonsággal prognosztizálható,hogy ez a dominancia a közeljövőben is megmarad.

Az ellenállás-ponthegesztésnek is vannak hegeszt-hetőségi feltételei, amelyekkel a jó minőségű pontköté-sek zökkenőmentesen biztosíthatók . Kritériumként a pontkötések valamilyen vizsgáló eljárásához kötött,kedvezőtlen törési mód megjelenési határát szokás meg-adni. Az alapanyag kémiai összetételének a hatását azömlesztő hegesztésekhez hasonlóan

karbonegyenértékkel fejezik ki.

5. KÍSÉRLETI KÖRÜLMÉNYEK

Az elsődleges autóipari felhasználásból kiindulva kí-sérleteink során alapanyagként a DC01 jelű, hidegenhengerelt, hidegalakítási célra szánt ötvözetlen lágyacéllemezt alkalmaztuk. Az MSZ EN 10130 szabvány sze-rinti DC01 jelű anyagminőség a sajtolt és a kis- és kö-zepes mértékben mélyhúzott autóipari alkatrészek tipi-kus alapanyaga, ezért minden szempontból alkalmas a

hidegen alakított, lágyacél lemezből készülő autóiparialkatrészek ponthegesztésének kísérleti vizsgálatára [4].

6. LÁGYACÉL AUTÓIPARIVÉKONYLEMEZ HIDEGALAKÍTÁSA

A személygépkocsik karosszéria elemeinek alakításaelsősorban valamilyen hidegalakító eljárással történik.

A karosszéria elemek képlékeny hidegalakításánakeredményeképpen a lemezanyagok szilárdsági jellemzői

növekednek, alakváltozási mérőszámai csökkennek.

A hidegalakítás okozta szilárdságnövelésből fakadó

előnyök azonban csak akkor lesznek érvényesíthetők, haaz egyes anyagpárok közötti kötés létesítése során nemszűnik meg a hidegalakítás szilárdságnövelő hatása,

illetve nem jön létre a kötés minőségét kedvezőtlenül befolyásoló anyagszerkezeti változás. Az előzőkből

következik, hogy bár az alakítható lágyacél vékonyle-mezek általában jól hegeszthetők, a hegeszthetőség a

hidegalakítás hatására az alakítás mértékével arányosanromlik [4].

A különböző hidegalakítási mértékkel rendelkezőkarosszéria elemek nagyon gyakran tartalmaznak pont-

2.

8/19/2019 gep 2013 2(1)

11/80


hegesztéssel kötendő mélyhúzott és hajlított szakaszo-kat, amely hidegalakítási műveleteket a kísérleteink

során nyújtással helyettesítettük. Ezen részek

alakítottsági állapotának modellezéséhez a DC01 jelű

alapanyagból kimunkált próbatesteket egytengelyű húzó

igénybevétellel, egyenletes sebességgel nyújtottuk [4].

A hidegen alakított autóipari alkatrészek jellegzetesalakítási mértéke körülbelül 0 % és 25 % közé tehető.Az egyes szerkezeti elemek esetében ennél nagyobb

alakítási mérték csak kis foltokban fordulhat elő. A

modellezéssel kapott nyúlástartományból kiindulva a ponthegesztési kísérletekhez szükséges próbatesteket avékonylemez szállítási állapotához viszonyítva négykülönböző alakítási mértékkel (10, 15, 20 és 25 %)állítottuk elő [4].

7. HIDEGEN NYÚJTOTT LÁGYACÉLVÉKONYLEMEZEK FOLYAMATOS

ENERGIABEVITELŰ PONTHEGESZTÉSE

A folyamatos energiabevitellel végzett ponthegesz-tési kísérletek eredményeiből egyértelműen megállapít-ható, hogy a hidegalakítás hatására a kötések nyíró-szakító ereje növek szik, azonban ez a növekedési mér-ték elmarad az alapanyag szilárdságnövekedésének

mértékétől és erősen függ a hegesztési beállításoktól [4].

A várakozásoknak megfelelően lágy munkarendnél nagyobb mértékű kilágyulást tapasztaltunk, mint k e-mény munkarend eseté ben. Ez a tény azt jelenti, hogy

kísérletileg sikerült igazolnunk, hogy a hidegen alakítottvékonylemezekből ponthegesztett kötések teherviselőképességének növekedéséhez az alapanyag helyi kilá-

gyulását mérsékelni kell, ami a ponthegesztés munk a-rendjének keményítésével érhető el.Az eddigi vizsgálatieredmények azt is jól mutatják, hogy még extra kemény

munkarend alkalmazása esetén, az igen rövid hőciklusideje alatt is, bizonyos mértékben kilágyulnak a hidegenalakított lemezek. Az alapanyag helyi kilágyulásánaktovábbi mérsék lése érdekében ezért mindenképpencélszerűnek látszik a szakaszos energiabevitel alkalma-zásának kísérleti vizsgálata, ahol az elektródok össze-nyomott állapotában a folyamatos hőbevitelű áramcik-lus többszöri megismétlése játszódik le [5].

8. HIDEGEN NYÚJTOTT LÁGYACÉLVÉKONYLEMEZEK SZAKASZOS

ENERGIABEVITELŰ PONTHEGESZTÉSE

A hidegen alakított lágyacél vékonylemezekből ké-

szített ponthegesztett kötések helyi kilágyulásának mi-nimalizálása és teherviselő képességének maximalizálá-

sa érdekében szakaszos energiabevitellel kísérleti he-gesztéseket végeztünk. Az ilyen módon hegesztett köté-

sek vizsgálatai során kapott eredményeket összehasonlí-

tottuk azon ponthegesztett kötések vizsgálati eredmé-nyeivel, amelyeket szintén kemény munkarendet bizto-sító, azonos hegesztési paraméterekkel (elektróderő,hegesztési idő, áramerősség), de folyamatos

energiabevitellel hegesztettünk.

A kísérletek során ugyanazt a hőmennyiséget folya-

matos energiabevitelnél egyetlen impulzussal (10 perió-dus), míg szakaszos energiabevitelnél két hőimpulzus

(5-5 periódus) közbeiktatásával generáltuk. Ezáltallehetőségünk nyílt a szakaszos és a folyamatosenergiabevitelnek a hidegen alakított lemezekből pont-hegesztett kötések minőségére gyakorolt befolyásának

összehasonlítására. Szakaszos energiabevitelű ponthegesztés esetén a

korábbi cikkünkben bemutatott, folyamatosenergiabevitel és állandó elektróderő esetére érvényesweldability lobe (hegesztési munkatartomány) szélese-désével számolhatunk, illetve ezzel egyidejűleg a k i-

fröccsenés határvonalát jelző (jobb oldali) határolóvonal jobbra tolódása vár ható [5].

4. ábra. DC01 jelű lágyacél, 1,0 + 1,0 mm-es lemez-kombinációjára érvényes weldability lobe szakaszos

energiabevitellel végzett ponthegesztés esetén [5]

A kemény munkarend alkalmazása miatt a hegeszté-si időt mindkét energiabeviteli mód esetén a szakaszosenergiabevitelhez tartozó hegesztési munkatar tománylegkisebb értékére (0,2 s = 10 per) választottuk. A beál-lítandó hegesztőáramok értékét úgy jelöltük ki, hogyennél a hegesztési időnél mind a szakaszos, mind a

folyamatos energiabeviteli módnál megfelelő minőségűkötést eredményezzen.

A hegesztési tartomány szélesedése miatt a különbö-ző energiabeviteli móddal, de azonos technológiai pa-raméterekkel készített kötések szakaszos

energiabevitelnél az elégtelen hegedés határát kijelölővonalhoz, míg folyamatos energiabevitelnél a kifröccse-nés határoló vonalához tolódtak közelebb, azonban a

kötések így is a weldability lobe-ok határoló vonalain beül maradtak. A nyíró-szakító vizsgálatok során vala-mennyi kötés k igombolódott, amely tönkremenetelimód szintén igazolja a választott paraméterek megfele-lőségét, illetve a ponthegesztett kötések megfelelő szi-lárdságát.

8/19/2019 gep 2013 2(1)

12/80


Az 5. ábra a folyamatos, míg a 6. ábra a szakaszosenergiabevitellel hegesztett kötések nyíró-szakító erejé-nek változását mutatja a hidegalakítási mérték függvé-nyében.

5. ábra. Ponthegesztett kötések nyíró-szakító erejénekváltozása folyamatos energiabevitel esetén

6. ábra. Ponthegesztett kötések nyíró-szakító erejénekváltozása szakaszos energiabevitel esetén

Ahogyan az 5. és a 6. ábra szemlélteti, mind a fo-lyamatos, mind a szakaszos energiabevitellel ponthe-gesztett kötések nyíró-szakító ereje degresszív jelleggelnő az alakítási mérték függvényében. A kapott eredmé-nyeket elemezve azt is egyértelműen megállapíthatjuk,hogy a szakaszos energiabevitelű ponthegesztési tech-nológiával készített kötések teherviselő képességének

növekedési mértéke (13,4 %) körülbelül 20 %-al na-gyobb, mint a folyamatos energiabevitellel hegesztettkötések nyíró-szakító erejének növekedési mértéke(11,1 %), azaz szakaszos energiabevitel esetén kisebbmértékű a hidegen alakított lemezekből készített pont-hegesztett kötések kilágyulása és kedvezőbb a terhelhe-tősége.

ÖSSZEFOGLALÁS

A személygépkocsik gyártása során közel egyne-gyed-egyharmad arányban alkalmazott lágyacél vékony-

lemezekkel végzett vizsgálatok során a következőketállapítottuk meg:

1. Az alakítható lágyacél vékonylemezek általá- ban jól ponthegeszthetők, a hegeszthetőség a hidegala-kítás hatására az alakítás mértékével arányosan romlik.

2. A hidegalakítás hatására a kötések nyíró-szakító ereje növekszik. A növekedés mértéke elmarad

az alapanyag szilárdságnövekedésének mértékétől éserősen függ a hegesztési beállításoktól.

3. A(z) (extra) kemény munkarenddel történő ponthegesztés során tapasztalható kilágyulás mértékekisebb, mint lágy munkarend esetében.

4. A hidegen nyújtott lágyacél vékonylemezekszakaszos energiabevitellel történő ponthegesztése ese-tén tapasztalható kilágyulás mértéke kisebb, a teherbírásnövekedési mérték pedig nagyobb, mint a kemény mun-karendet megvalósító folyamatos energiabevitelű pont-hegesztés esetében.

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

A cikkben ismertetett kutatómunka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alaptársfinanszírozásával valósul meg.

IRODALOM

[1] TAMARELLI, C.: The Evolving Use of Advanced

High-Strength Steels for Automotive Applications,The Automotive Applications Council of the SteelMarket Development Institute, 2011

[2] 2009-2012 Mercedes-Benz S class sedan bodystructure, www.boronextrication.com

[3] CHUNG, J.; KWON, O.: Development of high per-formance auto steels at Posco steels, Proc. of the 9thICTP Conference, Gjeongjyu-Korea, 7-11. Septem- ber 2008. p.: 3-8

[4] PRÉM L., BALOGH A.: Hidegen nyújtott acél vé-konylemezek ellenállás-ponthegesztése, GÉP, LXIII.évf. (2012), 4. szám, p.: 23-28

[5] JUHÁSZ D.; BALOGH A.: Szakaszos hőbevitelkövetkezményeinek vizsgálata ellenállás- ponthegesztéskor, GÉP, LXII. évf. (2011), 4. szám, p.: 33-35

8/19/2019 gep 2013 2(1)

13/80

8/19/2019 gep 2013 2(1)

14/80


keznek, másrészt a megoldások pontossága sem mindigkielégítő, továbbá nem adnak felvilágosítást az anyag-áramlásról, az alakváltozási és feszültségi eloszlásról,így az esetleges hibák okairól, keletkezésük körülmé-nyeiről sem.

A számítógépes alkalmazások másik – és napjainkbanegyre dominánsabb – iránya a különféle numerikus

módszerek (első sorban a végeselemes analízis) alkal-mazása az alakítási folyamatok modellezésére [5]-[7].

A numerikus modellezés alkalmazásának fő célja a

képlékenyalakításban az alakítási folyamatok minél pontosabb mechanikai-matematikai modelleken alapulóteljes folyamatmodellezése. A folyamatmodellezés, alegmegfelelőbb folyamat paraméterek meghatározásaérdekében, az alakítási határállapotok figyelembevéte-lével, az alakváltozási és feszültségi mező teljes feltér-képezésével, a lehetséges hiba okok feltárásával bizto-sítja a minél jobb minőségű és hibamentes alkatrész-gyártást. Ezen túlmenően a numerikus modellezés egyre

szélesebb körű alkalmazása a folyamatok egyre reáli-sabb, megbízhatóbb modellezésével lehetővé teszi ahagyományos tervezés esetén elkerülhetetlen gyakorimódosítások kiküszöbölését, de legalábbis a próbálko-zások számának csökkentését, ezáltal is csökkentve atermékek kifejlesztésének és gyártásának időszükségle-tét és a ráfordításokat, számottevően növelve a tervezésés gyártás gazdaságosságát.

A numerikus modellezés nagyfokú előretörésében k i-emelkedő szerepe van azoknak az informatikai fejlesz-téseknek, amelyek révén a folyamatok numerikus mo-dellezésének időigénye a korábban olykor több hetet is

igénybe vevő szimulációk időszükségletének radikális – olykor egy-két napra, sőt esetenként néhány órára – csökkentése valósítható meg. Azonban a fejlesztéseketelemezve az is megállapítható, hogy a kizárólag nume-rikus modellezésen alapuló szimulációs eljárásoknak isvannak bizonyos hátrányai. Az előzőkben már említetthatalmas hardver és szoftver fejlesztések ellenére azeredmények megbízhatósága gyakran függ a modelle-zést végző tapasztalataitól, az adott rendszerekben való jártasságától. Ez részben a folyamatokat befolyásoló paraméterek nagy számának, részben az alkalmazottmatematikai-mechanikai modellek komplexitásánaktulajdonítható, amelyek megalkotása, illetve kezelése is

jelentős elméleti képlékenységtani és gyakorlati techno-lógiai ismereteket igényel.

A két különböző irányzat röviden felvázolt hiányos-ságainak kiküszöbölése, az alakítási feladatok minél pontosabb és megbízhatóbb megoldása iránti igényvezetett az utóbbi években azokhoz a fejlesztésekhez,amelyek a kétféle megközelítés előnyeinek egyesítésénalapuló, ún. tudásalapú integrált folyamatmodellezésimódszerek kidolgozásához vezettek. A Miskolci Egye-tem Mechanikai Technológiai Tanszéke ezen a területenis a nemzetközi kutatások élvonalához tartozik, amelyetrangos publikációk fémjeleznek [8]-[10].

E kutatások az Innovatív anyagtechnológiák, számí-tógépes tervezés és modellezés című K+F témájábanfolytatódnak. E K+F téma keretében nemcsak a képlé-kenyalakítás, de a tanszék kompetencia területébe tarto-zó további anyagtechnológiák (hegesztés, hőkezelés)kutatása is fontos célkitűzés. A cikk keretében e kutatá-sok eredményeiről számolunk be röviden.

2. A SZÁMÍTÓGÉPES TERVEZÉS ÉS MODEL-LEZÉS K+F TÉMA CÉLKITŰZÉSEI

Napjainkban a számítógéppel segített technológiai fo-lyamat tervezés és a technológiai folyamatok numerikusmodellezése gyakorlatilag már ipari szinten is alapvető

követelménnyé vált. Ezért is tűztük ki fő kutatási cél-ként a tanszék kompetencia területébe tartozó anyag-technológiák (hegesztés, hőkezelés és képlékenyalak í-tás) számítógépes technológiai folyamattervezésének ésmodellezésének kutatását.

A hegesztés területén e K+F témacsoportban foglal-koztunk a különféle ömlesztő és sajtoló hegesztési eljá-rások technológiai tervezésével és numerikus modelle-zésével. A technológiai tervezéshez részben kereske-delmi forgalomban elérhető hegesztéstechnológiaiszoftvereket (mint például a WeldSpec [11],WeldOffice [12] Welding Expert [13], Xenon WeldingSoftware [14], stb.) részben a tanszéken fejlesztett [15]technológiai tervezést segítő szoftvereket alkalmazunk.

E programok közös jellemzője a hegesztés legkülön- bözőbb területeinek – beleértve a hegesztés alap- éshozaganyagait, a hegesztés technológiai paramétereit, a

hegesztőgépek megválasztását, a teljes folyamat auto-matizálását és dokumentálását – számítógépes adatbá-zisokon alapuló hatékony támogatása.

A hegesztés technológiai tervezését segítő szoftverek

alkalmazása mellett egyre inkább előtérbe kerülnek a

hegesztési technológiák kapcsolt termikus, mechanikusés metallurgiai folyamatait modellezni képes véges-elemes programok. Ezen a területen a világon az egyikvezető szoftver fejlesztő cég, a francia ESI Group általkidolgozott SysWeld [16] programrendszert alkalmaz-zuk. Az e területen elért eredmények ről és a továbbitervezett kutatásokról egy soron következő cikkbenszámolunk be.

Ugyancsak e K+F témakör keretében hőkezelési tech-nológiák számítógépes tervezésével is foglalkozunk. Ekutatások egyik központi témája a tanszékünkön koráb- ban nem-egyensúlyi hűtési viszonyokra kifejlesztetthőkezelés technológiai szoftver továbbfejlesztése [17].

Az anyagtechnológiák tervezése, modellezése elkép-zelhetetlen az anyagtudományi háttér, az anyagtörvé-nyek, anyagjellemzők megfelelő ismerete nélkül, ezért akutatások ezekre a területekre is kiterjedtek. Természe-tesen egy korlátozott terjedelmű folyóiratcikkben e

szerteágazó kutatások minden területén folyó munkátnem ismertethetjük részletesen, ezért a jelen cikk kere-

8/19/2019 gep 2013 2(1)

15/80


tében csak a képlékenyalakítás számítógépes tervezésé-vel és modellezésével foglalkozunk, röviden felvázolvaazt a tanszékünkön kidolgozott komplex megoldást,amelyet a szakértői rendszerek és a végeselemes model-lezés integrálásával az elmúlt néhány év során megvaló-sítottunk. E cikkben a lemezalakítás területére kidolgo-zott integrált tervező és modellező rendszert ismertetjük

röviden, bár az alapelvek a térfogatalakítás eljárásaiesetén hasonlóan alkalmazhatók.

3. SZÁMÍTÓGÉPES FOLYAMATTERVEZÉSÉS MODELLEZÉS A LEMEZALAKÍTÁSBAN

3.1. Számítógépes folyamattervezés hagyományosCAD környezetben

Amint az előzmények fejezetben említettük a számító-gépes tervezés a képlékenyalakításban mintegy 20-25éves múltra tekint vissza. Azonban a számítógépes

technológiai tervezés hagyományos CAD környezetbenlényegében egy főképp ipari tapasztalatokra épülő,egyszerű szakértői rendszerként fogható fel, amely

természetesen nagy segítséget jelent mind a technoló-gus, mind pedig a szerszámtervező mérnöknek, de ha-gyományosan ezekben a rendszerekben nem valósulmeg az egyes folyamatok interaktív egymásra épülése.A módszer, amint az 1. ábra is mutatja, egy szekvenciá-lis tervezési folyamatot jelent, hatékonyan támogatva atechnológust az egymás utáni műveletek sorrendjének

és technológiai paramétereinek meghatározásában,valamint a szerszámtervezésben, ezáltal is tehermente-sítve a tervezőt a jelentős számítási igényű, illetve gr a-fikus tervezési feladatoktól. Azonban a folyamat szek-venciális jellege és a közbülső interaktív beavatkozásokhiánya miatt az esetleges hibák csak a szerszámok kísér-leti tesztelésekor derülnek ki, és a hiba nagyságától- jellegétől függően jó esetben csak a szerszámtervezést,vagy a technológiai tervezést kell módosítani, eseten-ként azonban a tervezési folyamat elejére, a gyártmány-tervezésre visszaható következményei lehetnek. Termé-szetesen minél korábbi tervezési fázishoz kell visszatér-

ni a szükséges korrekciók, módosítások miatt, annálhosszabb a fejlesztési idő és nyilvánvalóan, annál na-gyobbak a fejlesztési költségek.

3.2. Számítógépes folyamattervezés szimulációskörnyezetben

A világméretű verseny következtében általános igény-ként fogalmazódik meg a teljes fejlesztési ciklus haté-konyságának fokozása, ezáltal is csökkentve a fejlesz-tésre fordított időt, az új termékek bevezetési idejét és

mindezeken keresztül a gyártási költségeket. Ennekérdekében egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy a korszerűnumerikus modellezést és szimulációt a termékfejlesz-téstől a gyártásig bezárólag a fejlesztési ciklus minden

fázisában minél hatékonyabban alkalmazni kell. Ezt azelvet mutatja a 2. ábra, amelyen a szimulációval integ-rált fejlesztési ciklus folyamatábrája látható.

2. ábra. A numerikus modellezés integrálása a teljes fejlesztési ciklusba

Ennél a megoldásnál a szimuláció a terméktervezés-től, a technológiai és szerszámtervezésen keresztül a

gyártás és szerszámkipróbálás minden fázisában jelen

van, és azonnali visszacsatolást biztosít a tervezőmér-nököknek, amely lehetővé teszi a szükséges módosítá-sok, korrekciók azonnali figyelembevételét, ezáltal is

Termék

tervezés

Szerszám

tervezés

Folyamat

tervezés

Szerszám

konstrukció

Szerszám

kipróbálásGyártás

OK

Hiba!ÚjratervezésÚjratervezésÚjratervezésÚjratervezés

1.

ciklus

2.

ciklus

3.

ciklus

4.

ciklus

1. ábra. Számítógépes technológiai és szerszámtervezési folyamat vázlata hagyományos CAD környezetben

Termékfejlesztés

OneStepSzimulációFeasibility

study

Folyamattervezés &szerszámtervezés

Incrementálisalakítási

szimuláció

Szerszámgyártás

OK OKPrototípusgyártás &szerszámkipróbálás

OKGyártás

Termékújratervezés

HibaTechnológia

és/vagyszerszámmódosítás

Hiba Szerszámkorrekció

Hiba!

8/19/2019 gep 2013 2(1)

16/80


minimalizálva a fejlesztési költségeket. Azonban mégez a megközelítés is rendelkezik bizonyos hátrányokkala szerszámtervezést illetően, mivel a szimulációs rend-szerek többnyire nem szolgáltatnak a szerszámtervezésszempontjából elegendő konstrukciós részleteket ahhoz,

hogy a szerszámtervezés az általános CAD rendszerekben megfelelő részletességű és minőségű szerszám-

rajzokat eredményezzen.

3.3. Számítógépes technológiai és szerszámtervezésintegrált CAD/FEM környezetben

A szerszámtervezés terén az előzőkben vázolt hiányos-ság kiküszö bölhető a CAD és FEM rendszerek olyanintegrált alkalmazásával, ahol egy speciális interfacegondoskodik a két rendszer közötti megbízható és kellőr észletességű tervezési adatok folyamatos adatcseréjé-ről. Lemezalak ítási feladatoknál ezt a magas szintűintegrált kapcsolatot a UniGraphics NX CAD rendszer

és az AutoForm végeselemes szimulációs program-rendszer között az ún. UG-AF interface biztosítja [18].E két rendszer választását számos tényezővel indo-

kolhatjuk. Egyik oldalról, az autóiparban a CAD rend-szerek között az NX, a szimulációs rendszerek között azAutoForm egyike a világszerte leggyakrabban alkalma-zott rendszereknek. Másrészt e két rendszer között azelsők között alkottak meg olyan speciális interface prog-ramot, amely képes mindkét irányú adatforgalom meg- bízható szolgáltatására, és ezáltal a teljes termékfejlesz-tési ciklusban a CAD és FEM rendszer teljes integráció- jának megvalósítását teszi lehetővé.

4. ÖSSZEFOGLALÁS

A Miskolci Egyetem „A felsőoktatás minőségének

javítása Kiválósági Központokra alapozva a MiskolciEgyetem stratégiai kutatási területein” címmel elnyertTÁMOP projektje keretében a 4. Kiválósági Központ 1.Tudományos Műhelyének témája az Innovatív anyag-technológiák . E Tudományos Műhely keretében egyönálló K+F téma a Számítógépes technológiai tervezésés modellezés. Ebben a cikkben a számítógépes mérnökimódszereknek a képlékenyalakítás területén való alkal-mazásában a projekt eddigi futamideje alatt elért ered-ményekről számoltunk be röviden.

5. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

A cikkben ismertetett kutatómunka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként – az ÚjMagyarország Fejlesztési Terv keretében – az EurópaiUnió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfi-nanszírozásával valósul meg.

6. IRODALOM

[1] S.K. Sitaraman, T. Altan: A Knowledge BasedSystem for Process Sequence Design in SheetMetal Forming, J. of Mat. Proc. Techn. (1991) pp.247-271

[2] N. Alberti, L. Cannizaro, F. Micari: Knowledge

Based Systems and FE Simulations in MetalForming Processes, Annals of CIRP, v.40. (1991) pp. 295-298.

[3] M. Tisza: Expert System for Sheet Metal Forming,J. of Mat. Proc. Techn. (1995) pp. 423-432.

[4] M. Tisza: A Complete CAD/CAM System forMetal Forming, 2nd Int. Conf. on CAD/CAM andRobotics, London, 22-26. August 1990. pp. 110-117.

[5] Makinouchi, A.: Sheet Metal Forming Simulation,J. Materials Processing Technology v.60. (1996) pp. 19-26.

[6] T. Altan et al: Simulation of Metal Forming Pro-

cesses, 6th

ICTP Conf., Nuremberg, 19-24. Sep-tember 1999. v. 1. p. 23.[7] A. E. Tekkaya: State of the art of Simulation in

Sheet Metal Forming, J. Mat. Proc. Techn., v.103.(2000) pp. 14-22.

[8] M. Tisza: Numerical Modelling and Simulation inSheet Metal Forming, Journal of Materials Pro-cessing Technology, v.151. (2004) No. 1-3. pp.58-62.

[9] M. Tisza: Numerical Modelling and Simulation:Academic and Industrial Perspectives, MaterialsScience Forum, v. 473-474. (2005) pp. 407-414

[10] M. Tisza, G. Gál, Zs. Lukács: Integrated process

simulation and die-design in sheet metal forming,IDDRG 2007 International Conference, 21-23.May 2007, Győr, pp. 413-422.

[11] WeldSpec: Welding Procedure Software forengineers and managers who track and managewelding procedures, http://www.twisoftware.com/

[12] WeldOffice®: State-of-the-art intelligenceengineering code, http://www.cspec.com

[13] Welding Expert: an innovative welding qualitytool, http://www.weldingexpert.net/

[14] Xenon Welding Software, http://www.xenon.com[15] Komócsin, M.: HEG-TECH-Hegesztési technoló-

giák számítógépes tervezése, Mérnöktovábbképző

jegyzet, Miskolci Egyetem, ME MTT, 2005., 1-124. pp.

[16] ESI Group: SysWeld Reference Manual,http://www.esi-group.com/products/welding

[17] Gál I., Schaffer J.: Számítógépes hőkezelés tech-nológiatervező rendszer, Felhasználói leírás, Mis-kolc, 2010. pp. 1-29.

[18] M. Tisza: Rapid Parametric Process Design usingFEM, Advanced Materials Research, v. 6-8.(2005) pp. 235-240.

8/19/2019 gep 2013 2(1)

17/80

8/19/2019 gep 2013 2(1)

18/80


tegyük a változó rétegvastagságú forgácsolás, így azélsisak képződés hatásának leírására is.

2. AZ ÉLSISAK HATÁSÁNAK MATEMATIKAIMODELLEZÉSE

Az élsisak a szerszámon mintegy második élt képez,amely kinyúlik a szerszám elé is (1. ábra), azzal akövetkezménnyel, hogy megváltozik a leválasztottanyagréteg vastagsága. Minthogy pedig a folyamatinstabil, a leválasztott réteg vastagsága folyamatosanváltozik. Tapasztalat szerint ez a folyamat periodikus,azaz a megmunkáló rendszer egy jól meghatározható

frekvenciájú rezgésgerjesztést is kap [7].A korábban már bemutatott modell [6] a leválasztott h

réteg állandóságának feltételezésével készült. Amikor eza feltétel nem teljesül, akkor a folyamatot meghatározóképlékeny nyírási zónában ébredő Fϕt erőnél, illetve aforgácsban ezzel egyensúlyt tartó σ nyomás hatására

kialakuló rugalmas yel deformációnál a h változásátfigyelembe kell venni (2. ábra). Az yel deriválásánál([6]) most

ely = (hσ + hσ) / Esinφ adódik. Az időben

változó rétegvastagság megadható a

0 ̂ ˆh(t) h 1 f ( t)

(1)

alakban, ahol h0 az elméleti leválasztott rétegvastagság,t̂ =t/K dimenziótlan idő, K az időlépték. A forgácstőnyírási zónájában ébredő ˆ

φτ = τ / τ csúsztató-

feszültséggel felírható új egyensúlyi egyenlet

2

ˆˆ ˆd 1 F(t) dh

2ˆ ˆhdt dtˆ1 f (t)

. (2)

Itt F(t) a korábbi modellnél alkalmazott anyagfüggvény,τϕ pedig az olyan esetben ébredő nyírófeszültség,amikor nemcsak a leválasztott réteg vastagságakonstans, hanem a leváló forgácsé is, azaz un.folyóforgács keletkezik. A modell többi egyenleteváltozatlan, ahogyan korábban már bemutattuk [7]:

00 0

ˆ ˆdT (t) 1 ̂ ̂ ˆ ̂ ̂ ˆT(t) 2T (t) T (t)

̂ ˆdt t

(3)

0 0

ˆ ˆdT(t) 1ˆ ˆ ˆ ˆˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ

ˆ(t)F(t) T(t) T (t) T(t) T (t t) ̂ ˆdt t , (4)ˆˆd (t) 1

̂ ̂ ˆF( t) F (t t ) ̂ ˆdt t

, (5)

és itt γ̂ a nyírási zóna deformációja, T̂ =(T-Tw)/Tw a

nyírási, azaz aktív deformációs zóna dimenziótlan

hőmérséklete, ahol Tw a munkadarab hőmérséklete, ˆ0T

pedig a 2. ábrán pontozással jelölt inaktív, csak ahőátadásban szerepet játszó réteg hőmérséklete. Az , és ˆδt rendszerparaméterek, ahol a fizikai

teljesítmény jellemzője, ˆδt az időtartam, amennyit az

anyag a nyírási zónában tölt, pedig a hővezetésselösszefüggő rendszerparaméter.

2. ábra. A forgácsképződés új egyszerű sítetttechnológiai modellje

Az anyagegyenlet

n n

n

ˆ1 .ˆ ˆa (T T )

ˆ 1T 1ˆˆ ˆF( , , T) F(t) exp

ˆ ˆ

T 1 b.(T 1)

, (6)

ahol εϕ a τϕ feszültségnél kialakuló deformáció, ˆ φT

ugyanott a hőmérséklet. Ez az egyenletrendszer a modell négy állapot-

jellemzőjének, τ̂ , ˆ0T , T̂ és γ̂ meghatározására szolgál.

A forgács képződésének általánosított modellje tehát a(2)-(5) autonóm differenciálegyenlet és a (6)

anyagegyenlet. A kezdeti feltétel ˆ0

T (0) = 0 , illetve

τ̂(0) = 0 , a (4) és (5) eltolásos differenciálegyenleteknél

a ˆ ˆt = 0...δt idő-intervallumban T̂(t) = 0 és ˆγ̂(t) = 0 .

3. KÍSÉRLETI ELLENŐRZÉS

Feltételezésünk az volt, hogy a BUE kialakulása azáltal, hogy a folyóforgács képződését erősenmegzavarja, kaotikus profilú forgácsot idézhet elő. Akaotikus jelleg elméleti sajátosságait máshol már bemutattuk [7], itt a forgácsképződés gyakorlativonatkozásaival foglalkozunk. Ezért a kísérletiforgácsolás céljára olyan anyagot kerestünk, amelynélazonos technológiával lehet élsisak képződésével ésanélkül is forgácsot leválasztani. Ehhez az automataacél

8/19/2019 gep 2013 2(1)

19/80


kínálkozott, amelyből egy magyar kohászati üzem ólomés tellúr ötvözéssel új acéltípust állított elő. A két anyagegészen hasonló kémiai összetételű (1. táblázat), és aMiskolci Egyetem Gépgyártástechnológiai Tanszékénvégzett vizsgálatok szerint a forgácsolóerő a sebességszéles tartományában közel azonos. A Pb+Te ötvözésmindössze 3,5%-kal csökkentette a főfor gácsolóerőt és

8,6%-kal az előtolóerőt.

1. táblázat A kísérleti acél adagok kémiai összetétele

Minőség C % P % S % Pb % Te % P %AS1 0,08 0,098 0,208 - - 0,098

AS1+Pb+Te 0,08 0,103 0,218 0,15 0,04 0,103

Ezeket az acélokat gyorsacél szerszámmal hengereltállapotban esztergáltuk. A hagyományos automata-acélnál a várt élsisak keletkezett, míg az ólom és tellúrhatására a szerszám élénél a forgács BUE nélkül alakultki, sima folyóforgács jött létre.

h

0.1 mm

3. ábra. A leválasztott réteg vastagságának Δh változása

A periodikusan képződő és leszakadó élsisak aleválasztott réteg vastagságát is periodikusan befolyásolja, amelynek mértékét a 3. ábrán Δh jelzi. Akép az esztergálás hirtelen megszakításakor amunkadarabon maradt forgács tövének metszetérőlkészült.

A h réteg az élsisak felépülése közben fokozatosan,közelítő feltételezéssel lineárisan növekszik, majd egyΔh értéknél leszakad, a leválasztott réteg vastagságaismét h0. Így a h(t) rétegvastagság egy un. fűrészfog-

profil szerint változik, amelynek frekvenciája aforgácsról megállapítható. Az (1) képlet módosul a

0 1ˆ ˆh(t) h 1 Hf ( t) (7)

alakra, ahol0H = Δh/ h , Ω =Kω és ω az élsisak

képződésének frekvenciája, és f 1 a fűrészfog idő-függvénye.

Az esztergálásnál a technológiai paraméterek akövetkezők voltak: forgácsolósebesség v=30 m/min,előtolás f=0,3 mm/ford., azaz h0=0,3 mm,minthogy r

, a szerszám működő homlokszöge

pedig A forgács geometriai paramétereiből=25,7o; εϕ=2,44; a forgács sebessége a szerszámonvforg=0,23 m/s. A forgácstőnél lemérhető volt a BUEkialakulásának úthossza Lcikl 2,5 mm, amelyből aciklusidő tc 0,011 s, a frekvencia pedig f 92 Hz.

A kísérleti anyag lényegében lágyacél, amelynekfizikai és mechanikai anyagjellemzőiből a következő

paramétereket határoztuk meg: a=0,3; b=0,012; n=0,2;T=1,2; t̂ =0,3; =4,1; =46, az időlépték K=3,1·10

-4s,a BUE képződésének megfelelő paraméterek pedigH 0,1 és =0,18.

ˆ

̂

̂̂

h

T̂ 0

T̂

t̂

4. ábra. A forgácsképződés matematikai modelljénekmegoldása változó leválasztott rétegvastagságnál

Ezekkel az adatokkal a (3)-(6) egyenletrendszer mármegoldható, amelyet a MatLa b szoftver segítségévelvégeztünk el. H=0 esetén, amely a BUE nélküliforgácsképződésnek felel meg, a várt fixpont megoldástkaptuk, azaz idő függvényében konstans eredményeket.A H 0.1 esetében viszont kaotikus lett a megoldás,amelynek három periodikus szakaszát a 4. ábra mutatja.

t̂

T̂

̂

h

t̂

0T̂

̂

5. ábra. A 4. ábra egy részletének kinagyítása

Látható itt a (7) függvény szerint „fűrészfog”- jelleggel változó h rétegvastagság is, amely periodikusan növekszik, majd hirtelen lecsökken.Minden növekedési periódusban a folyamat

8/19/2019 gep 2013 2(1)

20/80


állapotjellemzőinek egy jellegzetesen ismétlődőkaotikus növekedése figyelhető meg, amely megfelel azesztergálásnál kapott forgács kontúrján a szabálytalanhullámzásnak. A kaotikus jelleget ennél az időeltolásos,így végtelen szabadságfokú differenciálegyenlet-rendszernél Csernák Gábor igazolta is [10].

Érdekes adaléka a számításnak, hogy feltárja a

forgácsképződés deformációs folyamatának finomabbszerkezetét is. Az 5. ábra egy rövid idő-intervallumkinagyítását szemlélteti, amelynek alapján az az érdekesmegállapítás tehető, hogy a modell szerint a BUEkialakulásának minden ciklusa további kis ciklusokbóláll, és ezek jellege hasonló a ciklusok jellegéhez. Itt isvan egy kezdeti, folyamatosan növekvő amplitúdójúingadozás, majd a kis ciklus végén egy kiugróan nagydeformáció, megcsúszás következik. Megállapítható

volt, hogy ennek a megcsúszásnak az ideje ˆδt , vagyisazonos azzal az időtartammal, ameddig a munkadarabanyaga a modell szerint a vastagságú nyírási zónábantartózkodik. Ellenőrzésként a forgács metszetén

lemértük a profil-csúcsok távolságát. Ezek átlagaLkc=0,164 mm, amely a vforg forgácssebességgelátszámítva tkc=7,14·10

-4 s átlagos kis ciklusidőnek felelmeg. A számítási eredményekből egy önkényesenkiválasztott szakasznál a kaotikus kis ciklusok átlagos periódusideje 6,8·10-4 s volt. Ez kb. 1,40 ill. 1,47 kHzfrekvenciának felel meg, amely a kis mintavételt isfigyelembe véve kielégítő egyezésnek tekinthető. Akaotikus jelleg miatt ezek a frekvenciák természetesenaz átlag körül ingadozó értékek halmazát jelentik.

A vizsgálattal tehát arra a megállapításra jutottunk,hogy a BUE által keltett primer frekvencia, amint azelőzőekben bemutattuk, 92 Hz, és ez összhangban van a

kutatók korábbi megállapításaival [9]. Vannak ittazonban a deformáció finomabb részleteire utaló„felharmonik

gep 2013 2(1)

Documents