cbn forgácsoló lapkák kopásának vizsgálata ... · tdk 2012 földi Ákos - 6 - a roncsolódás...

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

CBN forgácsoló lapkák kopásának vizsgálata keményesztergáláskor

Földi Ákos II. éves MSc gépészmérnök hallgató

Konzulens: Prof. Dr. Kundrák János

egyetemi tanár Gépgyártástechnológiai Tanszék

Miskolc, 2012

TDK 2012 Földi Ákos

- 2 -

TARTALOMJEGYZÉK

BEVEZETÉS ......................................................................................................................... 3

1. SZERSZÁMKOPÁSOK BEMUTATÁSA .................................................................... 4

1.1. Kopási mechanizmusok ........................................................................................... 4

1.2. Szerszámkopás típusai ............................................................................................. 7

1.3. Kopási folyamat ...................................................................................................... 9

1.4. Kopási ráta ............................................................................................................. 10

2. KEMÉNYESZTERGÁLÁS BEMUTATÁSA ............................................................. 12

3. SZERSZÁMANYAGOK BEMUTATÁSA ................................................................. 13

3.1. Polikristályos köbös bórnitrid (CBN).................................................................... 13

4. VIZSGÁLATI FELTÉTELEK ..................................................................................... 15

4.1. Szerszámgép .......................................................................................................... 15

4.2. Munkadarabok anyagminősége és geometriája ..................................................... 16

4.3. Munkadarabok befogása........................................................................................ 18

4.4. A megmunkálás szerszámai .................................................................................. 18

4.5. Szerszámbefogás ................................................................................................... 20

4.6. Mérőeszköz ........................................................................................................... 21

5. KÍSÉRLETI EREDMÉNYEK ÉS KIÉRTÉKELÉSÜK .............................................. 22

5.1. A lapkákon mért értékek, technológiai adatok ...................................................... 22

5.2. Kopásgörbék illesztése a mérési eredményekre .................................................... 25

5.2.1. A hátkopás a forgácsolási idő függvényében ................................................. 25

5.2.2. A hátkopás a forgácsolt úthossz függvényében ............................................. 27

5.2.3. A hátkopás a megmunkált darabszám függvényében .................................... 29

5.3. Kopási ráták meghatározása .................................................................................. 31

5.4. Értékelés ................................................................................................................ 34

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS ............................................................................................. 35

IRODALOMJEGYZÉK ...................................................................................................... 36


- 3 -

BEVEZETÉS

Ma már a gépipari alkatrészgyártásban a forgácsoló megmunkálások során is egyre

fontosabb tényező az egészség- és a környezetvédelem. Ennek eredményeként a

keményesztergálás (edzett anyagok forgácsolása határozott élű szerszámokkal), amely nem

igényel hűtő-kenő folyadékot, egyre inkább felváltja a köszörülési folyamatokat, melynek

során a környezetre és egészségre ártalmas köszörülési iszap keletkezik. Az új típusú

megmunkáló eljáráshoz természetesen újfajta szerszámanyagok kifejlesztésére volt

szükség, melyek közül a gépiparban a polikristályos köbös bórnitrid (CBN) terjedt el a

legjobban.

A keményesztergáláskor alkalmazott CBN szerszámok a természetes kopási folyamat

következtében elveszítik a forgácsoló képességüket, azaz elhasználódnak, melynek

következtében élváltásra, később lapka cserére van szükség. Ezért a vizsgálatom célja a ZF

Hungária Kft-ben gyártott fogaskerekek furatmegmunkálásánál a szerszámkopás, illetve a

kopási ráták meghatározása, melyek alapján megállapítható, hogy a különböző váltólapkák

közül melyek használata célszerű a nagyoló és a simító keményesztergáláshoz, a költségek

csökkentése érdekében. A kísérletek során a fogaskerék furatok megmunkálásához

alkalmazott forgácsolási paraméterek a ZF Hungária Kft-nél alkalmazott értékek voltak,

így a kiértékelés során kapott eredmények a gyakorlatban, valós üzemi feltételek mellett is

alkalmazhatók.

Dolgozatom első részében a szerszámkopások típusait, a kopási mechanizmusokat, és a

kopási rátát mutatom be, melyek ismerete elengedhetetlen feltétele a vizsgálatoknak.

A második és a harmadik fejezetben rövid irodalmi áttekintésben bemutatom a

keményesztergálást és az alkalmazott CBN lapkák tulajdonságait.

A negyedik részben a vizsgálati feltételeket ismertetem. A vizsgálatok elvégzéséhez

szükséges az edzett fogaskerekek, és az alkalmazott szerszámok anyagminőségének és

geometriai jellemzőinek, a munkadarab és a szerszám szerszámgépre történő befogásának,

valamint a lapkák elemzéséhez szükséges mérőeszközök ismerete.

A dolgozatom utolsó fejezetében a lapkákon mért hátkopási értékek alapján, elkészítem

a kopásgörbéket, meghatározom a kopási rátákat a forgácsolási idő, a forgácsolt úthossz és

a megmunkált darabszám függvényében, melyek alapján megállapítható az optimális

szerszám kiválasztása.

Tudományos Diákköri Dolgozatomat a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű

projekt ”Befejező precíziós megmunkálások kutatása” elnevezésű részprojekt támogatta.


- 4 -

1. SZERSZÁMKOPÁSOK BEMUTATÁSA

A szerszámkopás a nagy felületi nyomás, a magas hőmérséklet valamint az

elmozdulásra jellemző nagy sebesség hatására következik be a szerszám és a munkadarab

kontaktfelületein. A szerszámok elhasználódása lehet folyamatos kopás eredménye, de a

munkaképességét elveszítheti csorbulás, törés vagy morzsolódás következtében is.

Azonban a szerszámok 75%-a a normál kopási folyamat következtében veszíti el a

forgácsoló képességét [1].

Megmunkálás során a szerszámok különböző igénybevételnek vannak kitéve.

A mechanikai igénybevétel a súrlódás eredményeként következik be a szerszám homlok és

hátfelületén. A termikus igénybevétel pedig a nagy sebességgel történő forgácsolás esetén

játszik fontos szerepet, melynek következtében adhéziós, diffúziós és oxidációs

folyamatok indulhatnak el a homlok és hátfelületen. Ezen igénybevételek csökkentésére

hűtést alkalmaznak, amely a CBN szerszámok hősokk-érzékenysége miatt csak levegővel

végezhető el [1].

1.1. Kopási mechanizmusok

A forgácsolás során lejátszódó jelenségek rendkívül bonyolultak, így a szerszámkopás

mechanizmusa ez ideig még nem teljesen tisztázódott, csak néhány elmélet fogalmazódott

meg, amelyekkel magyarázatot lehet adni a kopás fizikai természetére vonatkozólag.

Igénybevételként és annak időbeli befolyásaként a kopás különféle mechanizmusokkal

jöhet létre. Így megkülönböztethető abrazív, adhéziós, diffúziós és oxidációs kopás [1].

• Abrazív kopás (karcolás vagy mechanikai kopás): Az abrazív kopást egyrészt

okozhatják a szerszám és a munkadarab súrlódó felületei közé került kemény

részecskék és zárványok (lásd. 1. ábra), illetve a munkadarab kemény érdesség

csúcsai is. A munkadarabban lévő kemény részecskék arányának növekedésével

fokozódik az abrazív kopás intenzitása. Ilyen részecskék lehetnek az acélban a

cementit és egyéb karbidok, az öntöttvasban a cementit és a foszfidok, az

alumíniumban pedig a szilíciumkarbid. Az abrazív kopás hatása annál erősebben

érvényesül minél kisebb a szerszámanyagnak a munkadarab anyagához

viszonyított keménysége. Ezért ez a kopás jelentősebb a szerszámacél és


- 5 -

gyorsacél szerszámoknál, mivel a CBN keménysége jóval nagyobb az

előbbieknél. Az abrazív kopás a szerszám homlok- és hátfelületén is jelentkezik,

de döntően a hátkopást befolyásolja [1] [2] [3].

1. ábra

Az abrazív kopás modellje [1]

• Adhéziós kopás (tapadásos kopás): A szerszám és a munkadarab közötti

forgácsolt kontaktfelületen a magas hőmérséklet és nagy nyomás hatására a

munkadarab anyaga a forgácstőben képlékenyen deformálódik, megfolyik, ennek

következtében a munkadarab anyaga feltapad a szerszám homlok és hátfelületére,

így a szerszám és a munkadarab között ún. mikrohegedés alakul ki. Az így

kialakuló pillanatnyi kapcsolatot nevezik adhéziónak. A relatív elmozdulás

következtében ezek a mikrohegedések szétszakadnak, és a forgács, illetve a

munkadarab felületén távozva anyagrészecskéket visznek magukkal a szerszám és

a munkadarab kontaktfelületéről. Ennek a jelenségnek a következtében kialakuló

szerszámkárosodás az adhéziós kopás (lásd. 2. ábra).

2. ábra

Az adhéziós kopás modellje [1]


- 6 -

A roncsolódás általában a munkadarabban megy végbe, mert annak a szilárdsága

kisebb, azonban az ismétlődő hegedések és bomlások a szerszám felületét is

fárasztják, és a ciklikus terhelés hatására abban helyi károsodás megy végbe. Az

adhéziós kopás csökkenthető a Hs/Hw viszonyszám növelésével, ahol a Hs a

szerszám- a Hw pedig a munkadarab keménységét jelenti.

A szerszámanyagok adhéziós kopással szembeni ellenállása függ a hőmérséklettől

és a forgácsoló sebességtől. Így például a nagy keménységű CBN szerszám

alacsony sebesség mellett nehezebben áll ellen az adhéziós kopásnak szemben a

gyorsacéllal, azonban a sebesség (hőmérséklet) növelésével javul a CBN

szívóssága, tehát jobban ellenáll az adhéziós kopásnak [1] [2] [3].

• Diffúziós kopás: A Tf ≥ 800°C forgácsolási hőmérsékleten a szerszámkopás

intenzitása rohamosan megnő, melynek oka, hogy a szerszámanyag diffúziós

oldódáson megy keresztül. A forgácsolás során lejátszódó diffúzió sajátossága,

hogy a kölcsönös mozgás következtében a szerszám felülete mindig új fémtiszta

forgács- és munkadarab felülettel érintkezik, amely a diffúzió sebességét növeli.

Ennek következtében a szerszámanyag egyes összetevői a munkadarabba, a

munkadarab anyagának összetevői pedig a szerszámba diffundálnak. A CBN

szerszámok esetén a kötőanyag (Co, TiC, TiN) diffundál a munkadarabba, míg a

munkadarabból vas diffundál a szerszám felületére. Így a szerszám felületén egy

összetételét tekintve jelentősen eltérő réteg alakul ki, amely nem rendelkezik a

kívánt mechanikai tulajdonságokkal, és a mechanikai hatás következtében leválik

a szerszám felületéről. Ez a diffúziós kopás [1] [2] [3].

• Oxidációs kopás: Ez a kopási mechanizmus általában a keményfém szerszámok

esetében fordul elő, mert a magas forgácsolási hőmérsékleten (Tf ≥ 800°C) a

szerszámanyag a levegő oxigénjének hatására erősen oxidálódik. Pl. könnyen

oxidálódik a kobalt, a wolfram és a titán. Ezeknek az oxidoknak (CoO, WO3,

TiO3) a keménysége nagyjából 50-szer alacsonyabb a keményfémnél, így a kopás

jelentős mértékben felgyorsul. Az oxidációs kopást a szerszámanyag vegyi

összetétele erőteljesen befolyásolja. Célszerű tehát olyan szerszámanyagot

választani, melyben az összetevők oxidációs hajlama kicsi [1] [2].


- 7 -

A 3. ábrán összefoglalásként látható a különböző kopásmechanizmusok aránya a

forgácsolási hőmérséklet függvényében. Az ábrán azonos t forgácsolási időpontban

regisztrált kopásértékek szerepelnek a függőleges tengelyen.

3. ábra

Szerszámkopás mértékének változása a forgácsolási hőmérséklet függvényében [1]

A 3. ábrán látható, hogy a kopásgörbe maximuma ott található, ahol az adhéziós kopás

dominál. Ebben a hőmérséklettartományban jelentkezhet a munkadarab anyagának

elridegedése és az intenzív élrátétképződés. Azonban ha a kialakult élrátét nem stabil,

akkor az erősen igénybe veszi a szerszámot. Egy magasabb hőmérséklettartományban - ott,

ahol a diffúziós és oxidációs kopások még csak gyenge hatást fejtenek ki - azonban az

adhéziós kopás gyengül így az összkopás is, amely azzal magyarázható, hogy a szerszám

felületén egy védőréteg alakul ki, amely a kopással szemben jobban ellenáll [1].

1.2. Szerszámkopás típusai

A CBN szerszámokon megfigyelhető legfontosabb kopás típusok a hátkopás,

kráterkopás, szélkopás és csúcskopás (lásd. 4. és 5. ábra), de ritkább esetekben előfordulhat

még az él bemetsződése, élkitöredezedés vagy hősokk okozta repedés [4] [5]. Az 5. ábrán

látható geometriai jellemzők mérésével lehet a szerszám elhasználódását nyomon követni,

és az élváltás szükségességét meghatározni.


- 8 -

4. ábra

CBN szerszámok tipikus kopásnyomai [5]

5. ábra

Jellegzetes kopásnyomok geometriai méretei [6]

• Hátkopás (VBB): A fő- és mellékhátfelületeken alakul ki, mert a munkadarab

forgácsolt felülete a szerszám hátfelületén csúszik a megmunkálás során. A főél

mentén a kopás közel egyenletes, ezért az itt mért átlagot szokás megadni.

A hátkopás kezdetben gyorsan (alig meghatározható módon) megy végbe, majd

ezt követően lelassul a folyamat és egy egyenletes szakasz következik, amikor is

az élváltásra kerül sor. Amennyiben az élváltás elmarad, a kopás ismét felgyorsul,

és a szerszám leég. Ez az a kopás típus, amely a legtöbb szerszám elhasználódását

jellemzi [2].


- 9 -

• Kráterkopás: Ez a homloklap kopásának leggyakoribb típusa, amit a lefutó

forgács alakít ki. A kopásnyom jellegzetes méretei: a (KT ) krátermélység, a (KB )

kráter szélének az éltől való távolsága, és (KM ) a kráter legmélyebb pontjának az

éltől való távolsága. A kráter általában közel párhuzamosan helyezkedik el a

főforgácsolóéllel és a hossza megegyezik a fogásban lévő élhosszal. A kráter

helyzete nagyban befolyásolja a kopás veszélyességét, mert egy keskeny élhez

közeli kráter esetén a szerszám éle könnyen kicsorbulhat, amely a szerszám

gyorsabb elhasználódásához vezethet [1] [2].

• Szélkopás (VBN): A szerszámél a munkadarab felülettel érintkező részének

kopási típusa. Általában azért alakul ki, mert a munkadarab felületi rétege

keményebb (oxidált, rozsdás, revés, felületkezelt stb.), mint a magrész, ezért a

szerszámél érintkező felülete az átlagosnál gyorsabban kopik. A kopás alakja attól

is függ, hogy mennyire egyenletes a fogásmélység megmunkálás közben [2].

• Csúcskopás (VBC): A szerszámcsúcsának jellemző kopási típusa. Forgácsoláskor

a hőelvezetési adottságok kedvezőtlenek, ezért a csúcs gyakran az él leginkább

igénybe vett része, amely miatt a kopás gyorsabban játszódik le. Mivel a csúcs a

megmunkált felület minőségének egyik fontos tényezője, ezért a kopás

növekedésével a felületi minőség romlani fog [2].

1.3. Kopási folyamat

A kopás időbeni változását, és annak törvényszerűségeit ábrázoló diagramot

kopásgörbének nevezik (lásd. 6. ábra).

6. ábra

A kopás időbeli változása [1]


- 10 -

Általában a görbén három különböző szakaszt lehet megfigyelni [1]:

• kezdeti kopás szakasza: Itt a kopási sebesség viszonylag nagy, de a szakasz

rövid.

• egyenletes kopás szakasza: Ezen a szakaszon a kopási sebesség közel állandónak

tekinthető.

• túlkopás szakasza: Ezen a szakaszon a kopás sebessége erőteljesen

megnövekszik a normál kopáshoz viszonyítva.

1.4. Kopási ráta

A szerszámkopás mértékének számszerű jellemzésére különféle kopási rátákat lehet

meghatározni. Ezek a szerszám anyagtérfogati veszteségének, vagy valamely kopási forma

jellemző geometriai méretének időbeni-, vagy éltartam útra illetve megmunkált

darabszámra vonatkoztatott változását adják meg. A CBN szerszámok esetében a kopási

rátákat a hát- és a kráterkopásra (a szerszám éltartamát leginkább befolyásoló kopási

formák) szokták megadni. Hátkopás esetén a kopás nagyságát jellemző VB méret, míg

kráterkopás esetén a kráter mélységét jelentő KT méretváltozását határozzák meg. Ezek a

méretek optikai mikroszkóppal illetve profilométerrel mérhetőek. A gyakorlat számára a

legkönnyebben alkalmazható ráta az átlagos kopási ráta, amely mind a hátkopás mind a

kráterkopás esetén meghatározható, a kopási görbék kísérleti felvétele után. A kísérleteket

adott munkadarab és szerszámanyag párosítás és konkrét technológiai paraméterek

(fogásmélység, előtolás, forgácsoló sebesség) mellett kell elvégezni. A 7. ábra szemlélteti

ezeket a kopás görbéket a forgácsolt úthossz függvényében [7].

7. ábra

A kopási paraméter értelmezése a hát- és kráterkopási görbéken [7]


- 11 -

Az átlagos kopási rátákat a kopási görbék lineáris szakaszán értelmezzük, amelyek a

7. ábra alapján a következőképpen számíthatók ki [7]:

• hátkopás esetén:

RVB = ∆VB

∆lc

Rα = ∆Vα

∆lc

• kráterkopás esetén:

RKT = ∆KT

∆lc

Ahol:

- RVB – átlagos hátkopási ráta �µm

m�;

- Rα – átlagos térfogat kopási ráta a hátfelületen �µm2

m�;

- RKT – átlagos kráterkopási ráta �µm

m�;

- ∆VB – a hátkopás változása a B zónában mérve (lásd. 5. ábra) [µm];

- ∆Vα – a szerszámanyag térfogati vesztesége a hátfelületen egységnyi érintkezési

hosszra vonatkoztatva [µm2];

- ∆KT – a krátermélység változása [µm];

- ∆lc – a forgácsolt úthossz [m].

Hasonló összefüggések írhatók fel a forgácsolási idő, illetve a megmunkált darabszám

esetén is, melyek a következők:

RVB = ∆VB

∆t

RVB = ∆VB

∆N

Ahol:

- ∆t – a forgácsolási idő [min];

- ∆N – a megmunkált darabszám [db].


- 12 -

2. KEMÉNYESZTERGÁLÁS BEMUTATÁSA

A nagy keménységű (> 55HRC), edzett alkatrészek megmunkálása az új szerszámél-

anyagok (CBN-nek, kerámiák, finomszemcsés keményfémek) fejlesztéseinek

köszönhetően, már nem csak köszörüléssel végezhető el, hanem geometriailag határozott

élű szerszámokkal is. Ezt az eljárást keményesztergálásnak nevezzük, amely lényegében

száraz forgácsolás és leggyakrabban CBN szerszám használatát igényli

A nagypontosságú keményesztergáláshoz, azonban nem csak a szerszámoknak, hanem a

szerszámgépeknek is fejlődnie kellett. Ennek eredményeként az esztergák konstrukciói

biztosítják a kellő merevséget és stabilitást, amely elengedhetetlen feltétele a szigorú

minőségi előírások betartásának. Így ezekkel a gépekkel az elérhető felületi érdesség az

Rz=2-6 µm tartományba esik, amely megfelel a köszörüléssel elérhető érdességi

tartománynak.

Felvetődik tehát az a kérdés, hogy a két eljárás közül melyiket alkalmazzuk. Az eddigi

kutatások és ipari tapasztalatok számos előnyt írnak a keményesztergálás javára. Ugyan a

mai modern köszörülő eljárások nagyon hatékonyak, a határozott éllel történő forgácsolás

még mindig háromszor termelékenyebb. Továbbá a keményesztergálásnál elmarad a hűtő-

kenő folyadék felhasználás, amely mind gazdaságilag mind környezetvédelmi szempontból

előnyős, mert a száraz forgácsolás következtében nem keletkezik a környezetre ártalmas

veszélyes hulladék, mint. pl. a köszörű iszap. További előnyei még a kemény-

esztergálásnak, hogy a mai modern CNC-esztergák már alkalmasak keményesztergálásra,

melynek a beszerzési költsége háromszor kevesebb, mint egy köszörűgépé. A közel azonos

méretpontosság elérése keményesztergálásnál kevesebb fogást igényel, mint a

köszörülésnél, így a termelékenység növekszik, amely olcsóbbá teszi az edzett acélok

megmunkálását. Végül megemlíthető még, hogy köszörülésnél a korongszabályozásból

adódó mellékidő is elmarad a keményesztergáláskor, tovább növelve ezzel a

termelékenységet. Azonban nem szabad elfeledkeznünk a keményesztergálás egyik

legnagyobb hátrányáról sem, hogy a megmunkálás során keletkező felület szabályos ún.

„mikro-menetként” viselkedhet, így az érintkező felületek működés során berágódhatnak.

Tehát a keményesztergálást csak szigorú megfontolások alapján szabad alkalmazni a

köszörülési művelet kiváltása céljából [8] [9].


- 13 -

3. SZERSZÁMANYAGOK BEMUTATÁSA

A keményesztergálás során nagy keménységű edzett alkatrészeket munkálnak meg,

melyekhez különleges szerszámanyagokra van szükség, hogy a szerszám keménysége

legalább háromszorosa legyen a munkadarab keménységének a forgácsolás hőmérsékletén.

Ezen feltétel kielégítéséhez a lehetséges szóba jöhető szerszámanyagok a vegyes kerámiák,

a polikristályos köbös bórnitrid (CBN) valamint a gyémánt lehetnek. Azonban a vas alapú

anyagok (acél) forgácsolásához a gyémántot nem célszerű alkalmazni, mert 700-800 °C-os

forgácsolási hőmérsékleten megindul a gyémánt grafittá történő átalakulása és egyben

oldódása a vasban. A vegyes kerámiákat nagyobb részben a szürkeöntvények, öntöttvasak

és nikkelbázisú ötvözetek megmunkálására használják. Így az edzett acélok

keményesztergálásához a legjobb szerszámanyag választás a CBN, amelyet a ZF Hungária

Kft.-nél is alkalmaznak [1].

3.1. Polikristályos köbös bórnitrid (CBN)

A köbös bórnitridet 1957-ben elsőként R. H. Wentorf szintetizálta, azonban ipari

méretekben csak 1968-ban állították elő. A határázott élgeometriával rendelkező CBN

szerszámokat pedig 1970-től kezdték el gyártani. A bevonatoló eljárásoknak (PVD, CVD)

köszönhetően később már megjelentek a különféle bevonattal (TiN, TiAlN, TiCN) ellátott

CBN szerszámok is [9].

A köbös bórnitrid kristályrácsa nagyon hasonló a gyémántéhoz, csak az a különbség,

hogy míg a gyémántrács egyetlen elem a szén atomjaiból épül fel, addig a köbös

bórnitridrács a bór- és a nitrogénatomokból áll. Egy bóratom négy nitrogénatomhoz

kapcsolódik, amely a 8. ábrán is látható [4].

8. ábra

A köbös bórnitrid kristályrácsa [4]


- 14 -

A CBN a gyémánt után a második legkeményebb és a koptató igénybevételnek

leginkább ellenálló mesterséges szerszámanyag. Nagy előnye a gyémánthoz képest, hogy

kémiailag inert az acélokkal szemben. További jellemzője még, hogy igen nagy a

melegkeménysége (2000°C-ig). A kerámiákkal összehasonlítva szívósabb, de a hő- és

kémiai ellenállása alacsonyabb. Az ára magas, azonban a kedvező tulajdonságai miatt

széles körűen alkalmazzák kemény felületek befejező megmunkálásához [4] [10].

Az alkalmazási terület továbbá a kopási ráta meghatározásához különbséget kell tenni

az alacsony (CBN-L) és a magas (CBN-H) CBN tartalmú szerszámanyagok között. Az

alacsony CBN tartalmú (50-75%) szerszámanyag általában kerámia kötőanyagú (TiC,

TiN), melyre jellemző, hogy alacsony a hővezető képessége és nagy a nyomásállósága, így

elsősorban a kemény finomesztergáláshoz alkalmazható. A magas CBN tartalmú (75-95%)

szerszámanyag általában fémes kötőanyagú (Co), melyre a nagy szívósság és hővezető

képesség a jellemző, így leginkább az edzett acélok és keményöntvények nagyolásához és

simításához használják [11]. Az 1. táblázatban összefoglaltam a kéttípusú szerszámanyag

jellegzetes tulajdonságait.

1. táblázat

A CBN-H és a CBN-L jellegzetes tulajdonságai [12]

CBN-H CBN-L

Sűrűség [kg/m3] 3,12 4,28

Nyomószilárdság [GPa] 3,8 3,55

Knoop keménység [GPa] 31,6 27,5

Törési szívósság [Mpam0,5] 6,3 3,7

Young modulus [GPa] 680 587

Csúszató rugalmassági modulus [GPa] 279 284

Poisson tényező 0,22 0,15

Hővezető képesség [W/mK] 100 44

A CBN szerszámok a keményfém szerszámokhoz hasonlóan váltólapkák formájában

kerülnek forgalomba. A lapka készülhet teljes egészében CBN anyagból, de leggyakrabban

a keményfém alapanyagra szinterelt 0,5-1,5 mm vastagságú réteg alkotja a szerszám

anyagát [10].


- 15 -

4. VIZSGÁLATI FELTÉTELEK

4.1. Szerszámgép

A fogaskerekek furatának megmunkálását egy PCC Pittler PVSL 2R/1-1 típusú

keményesztergán végeztük a ZF Hungária Kft-nél. A szerszámgép legfontosabb műszaki

paramétereit a 2. táblázat tartalmazza.

2. táblázat

A PCC Pittler PVSL 2R/1-1 keményeszterga paraméterei

Műszaki adatok

Max. munkadarab átmérő [mm] 380

Max. orsó fordulatszám [1/min] 7000

Szerszámhelyek száma 8

Vezérlés típusa SINUMERIK 840 C

Összteljesítmény [kW] 75

Befoglaló méretek [mm] 5741x3330x3090

Össztömeg [kg] 9500

A PCC Pittler CNC keményeszterga (lásd. 9. ábra) egy vertikális szerszámgép, amely

egy motoros orsóval, egy keresztszánnal, és automatikus munkadarab ellátó rendszerrel

rendelkezik. A szerszámgép gépállványát a nagy pontossággal elkészített, különösen stabil

blokk állvány alkotja, amely nagy statikus és dinamikus merevséggel, optimális

rezgéscsillapítási tulajdonságokkal, valamint termikus stabilitással rendelkezik.

A szánhajtások a munkatér tetején vannak elhelyezve. A keresztszán megvezetése görgős

csapágyazású és játékmentes, amely a megfelelő lineáris mozgást eredményezi.

Közvetlenül a gépállványra van felszerelve az X- tengely irányú mozgás megvezetése,

amely a megfelelő esztergálási pontosságot biztosítja. A szánok olajkenését egy központi

automatikus berendezés látja el. A munkatér gondos méretezése a kedvező

forgácskihordást, valamint a munkadarab befogó elemekhez és a szerszámokhoz a könnyű

hozzáférhetőséget biztosítja. A gép védve van a munkatér burkolása révén, a tolóajtó pedig

biztonsági ablakkal és elektro- mechanikus biztonsági zárral van ellátva. A munkateret egy

fénycső világítja meg. A szerszámgép zajszintje a megmunkálás során is a 75 dB alatt

marad.

TDK 2012

A PCC Pittler PVSL 2R/1

4.2. Munkadarabok anyagmin

A fogaskerekek anyagmin

igénybevételek határozzák meg

felületen ébred a terhelés, azonban a magrésznek szívósnak kell maradnia, hogy ellenálljon

a kifáradásnak és a lökésszerű

betétben edzhető acélok teljesítik.

A fogaskerekek anyaga ZFN417

Kft. egyedi jelölése. Ez az anyagmin

höz hasonló, amely csak az ötvöz

Az anyag százalékos vegyi összetételét és legfontosabb mechanikai tulajdonságait a 3.

táblázat tartalmazza.

20MnCr5 vegyi összetétele és mechanikai tulajdonságai [13]

C [%]

Cr [%]

0,2 1,25

- 16 -

9. ábra

A PCC Pittler PVSL 2R/1-1 típusú keményeszterga

Munkadarabok anyagminősége és geometriája

fogaskerekek anyagminőségét az alkatrész funkciója és a ráható mechanikai

határozzák meg. A fogazatnak nagy szilárdságúnak kell lennie, mert ezen a


a kifáradásnak és a lökésszerű igénybevételeknek. Ezeket a követelményeket legjobban a

acélok teljesítik.

fogaskerekek anyaga ZFN417-C jelű betétben edzhető acél, amely a ZF Hungária

Kft. egyedi jelölése. Ez az anyagminőség az MSZ 31 szabványban megtalálható 20MnCr5

höz hasonló, amely csak az ötvözők mennyiségének pontosabb behatárolásában tér el.

zalékos vegyi összetételét és legfontosabb mechanikai tulajdonságait a 3.


Mn [%]

Si [%]

Rm [MPa]

ReH

[MPa]

1,2 0,3 980-1270 685

Földi Ákos

ségét az alkatrész funkciója és a ráható mechanikai

szilárdságúnak kell lennie, mert ezen a


igénybevételeknek. Ezeket a követelményeket legjobban a

acél, amely a ZF Hungária

ség az MSZ 31 szabványban megtalálható 20MnCr5-

k mennyiségének pontosabb behatárolásában tér el.

zalékos vegyi összetételét és legfontosabb mechanikai tulajdonságait a 3.

3. táblázat


eH [MPa]

A [%]

685 8


- 17 -

A kísérlet pontos elvégzéséhez nem csak az anyagminőséget kell ismernünk, hanem a

munkadarabok keményesztergálási művelet előtti és utáni méreteit és tűréseit, az előírt

felületi érdességet és a keménységet. Ezen adatokat a 4.-6. táblázatok tartalmazzák.

4. táblázat

A munkadarabok geometriai méretei és keménységei

F1 jelű fogaskerék

Kész furat mérete és tűrése [mm] Ø73 0+0,015

Nyers furat mérete és tűrése [mm] Ø72,75 0+0,03

Furat hossza és tűrése [mm] 56-0,1 0

Előírt felületi érdesség [µm] Rz = 6

Hőkezeltségi állapot betétedzett

Felületi keménység [HRC] 59-63

5. táblázat


Kész furat mérete és tűrése [mm] Ø35+0,009+0,034

Nyers furat mérete és tűrése [mm] Ø34,65+0,01+0,06

Furat hossza és tűrése [mm] 36,4-0,1 0




6. táblázat


Kész furat mérete és tűrése [mm] Ø52 0+0,015

Nyers furat mérete és tűrése [mm] Ø51,75 0+0,03

Furat hossza és tűrése [mm] 52,5-0,1 0





- 18 -

4.3. Munkadarabok befogása

A munkadarabokat egy hárompofás pneumatikus működésű gyorstokmányba fogják fel,

amely a megfelelő szorítást biztosítja a szerszámgépen (lásd. 10. ábra). A fogaskerekeket

jelen esetben a fejkörön fogják be kemény pofák segítségével, annak ellenére, hogy a

fejkörön való befogási mód pontatlanabb, mint az osztókörön történő a befogás, mégis ezt

a megoldást alkalmazzák, mert befogási idő jóval rövidebb és a készülékigénye is kisebb.

Ezen felül a megmunkálás pontossága így is kielégíti ez előírt követelményeket.

A fogaskerekek befogása előtt a tokmányra egy ütközőcsillagot szerelnek fel, amelyhez a

munkadarab homlokfelületét lehet ütköztetni. A helyes felfekvést a csillagban található

furaton keresztül sűrített levegővel ellenőrzik le. Amennyiben a felfekvés megfelelő, akkor

a levegőfuratok zártak, ellenkező esetben a levegő kiáramlik, és nyomásesés következik

be, melynek eredményeként a gép leállítja a megmunkálás elkezdését.

10. ábra

Az F1 jelű fogaskerék befogása

4.4. A megmunkálás szerszámai

A keményesztergálás során a nagyoló és a simító művelet is esztergálás, amelyhez

váltólapkás szerszámokat használnak. Az F1 jelű fogaskerék nagyolásához egy Sumitomo

gyártmányú 4 élű váltólapkát, az F2 jelű fogaskerék nagyolásához egy Sumitomo

gyártmányú 2 élű váltólapkát, az F1 és F3 fogaskerekek simításához pedig egy Mitsubishi

gyártmányú 4 élű váltólapkát használnak, melynek jellemzőit a 7.-9. táblázatokban

foglaltam össze. Így a kísérleteket mi is ezekkel a szerszámokkal végeztük el,

alkalmazkodva az üzemi feltételekhez.


- 19 -

7. táblázat

F1 fogaskeréknél alkalmazott nagyoló lapka [14]

SZ1 jelű szerszám

Gyártó Sumitomo

Lapka típusa 4NC-CNGA120408-BNC 200

Hátszög 0°

Forgácstörő nincs

s [mm] 4,76

r [mm] 0,8

d1 [mm] 5,16

I.C. [mm] 12,7

8. táblázat

F2 fogaskeréknél alkalmazott nagyoló lapka [14]

SZ2 jelű szerszám

Gyártó Sumitomo

Lapka típusa 2NC-CCGW09T308-BNC 200

Hátszög 7°


s [mm] 3,97

r [mm] 0,8

d1 [mm] 4,4

I.C. [mm] 9,525

9. táblázat

F1és F3 fogaskerekeknél alkalmazott simító lapka [15]

SZ3 jelű szerszám

Gyártó Mitsubishi

Lapka típusa NP-CNGA120408GSW4-MBC010

Hátszög 0°


S1 [mm] 4,76

Re [mm] 0,8

D1 [mm] 12,7

D2 [mm] 5,16

TDK 2012

4.5. Szerszámbefogás

A PCC Pittler PVSL 2R/1

felszerelve, amely 8 db egyenként 50 mm átmér

alkalmas (lásd. 11. ábra). A szerszámtartókhoz központi h

kialakítva. A revolverfej elfordítása néhány tized másodperc alatt megtörténik, amely az

iránylogikának és a háromfázisú szervomotornak köszönhet

revolverfejet a gép hidraulikus reteszeléssel rögzíti.

A PCC Pittler keményeszterga revolverfeje

A szerszámtartók a Coromant

moduláris rendszernek köszönhet

vannak tájolva, homlok felületen ütköztetve és bels

ezáltal elviselve a nagymérték

Az SZ1 és az SZ3 jelű váltólapkák egy Sandvik Coromant gyártmányú szerszámtart

voltak befogva, melynek jellemz

szintén egy Sandvik Coromant gyártmányú, de egy

szerszámtartóba volt befogva, amely annyiban tér el az el

γ=0°, a terelőszög értéke pedig

- 20 -

Szerszámbefogás

A PCC Pittler PVSL 2R/1-1 típusú keményeszterga revolverfeje a gépállványra van

felszerelve, amely 8 db egyenként 50 mm átmérőjű hengeres szárú késtartó befogadására

alkalmas (lásd. 11. ábra). A szerszámtartókhoz központi hűtőközeg hozzávezetés van


iránylogikának és a háromfázisú szervomotornak köszönhető. Az elfordulást követ

revolverfejet a gép hidraulikus reteszeléssel rögzíti.

11. ábra

A PCC Pittler keményeszterga revolverfeje

A szerszámtartók a Coromant Capto rendszerűek, melyek gyorsan cserélhet

moduláris rendszernek köszönhetően. A szerszámbetétek külső kúpos poligon felületen

vannak tájolva, homlok felületen ütköztetve és belső kúpos felület párokkal rögzítve,

ezáltal elviselve a nagymértékű terheléseket.

ű váltólapkák egy Sandvik Coromant gyártmányú szerszámtart

voltak befogva, melynek jellemzőit a 10. táblázat tartalmazza. Az SZ2 jel

szintén egy Sandvik Coromant gyártmányú, de egy C5-SCLCL

szerszámtartóba volt befogva, amely annyiban tér el az előzőtől, hogy a homlokszög értéke

szög értéke pedig λs=-6°.

Földi Ákos

1 típusú keményeszterga revolverfeje a gépállványra van

késtartó befogadására

ű őközeg hozzávezetés van


elfordulást követően a

ek, melyek gyorsan cserélhetőek a

ő kúpos poligon felületen

kúpos felület párokkal rögzítve,

váltólapkák egy Sandvik Coromant gyártmányú szerszámtartóba

it a 10. táblázat tartalmazza. Az SZ2 jelű szerszám

SCLCL-17090-09 típusú

ől, hogy a homlokszög értéke


- 21 -

10. táblázat

Az SZ1 és az SZ3 jelű váltólapkákhoz alkalmazott szerszámtartó [16]

Műszaki adatok

Gyártó Sandvik Coromant

Szerszámtartó típusa C5-PCLNL-17090-12

κr 95°

Dm [mm] 32

D1 [mm] 25

D5m [mm] 50

f1 [mm] 17

l1 [mm] 90

l3 [mm] 67

γ -6°

λs -11°

4.6. Mérőeszköz

A fogaskerekek keményesztergálása során használt váltólapkák hátkopásainak mérését

a Miskolci Egyetem Gépgyártástechnológiai Tanszék mérőszobájában végeztem el a

ZEISS gyártmányú mikroszkóppal. A mérőeszköz legfontosabb műszaki paramétereit a 11.

táblázat tartalmazza.

11. táblázat

A hátkopások méréséhez alkalmazott mikroszkóp [17]

Műszaki adatok

Gyártó Zeiss

Mérőeszköz típusa SteREO Discovery V8

Objektív típusa Achromat S 1,0x

Nagyítás mértéke 10x – 80x

Zoom működtetése kézi

Egyéb tartozék Multi Controller MC 1500

Befoglaló méretek [mm] 450x386x520

Össztömeg [kg] 23,2


- 22 -

5. KÍSÉRLETI EREDMÉNYEK ÉS KIÉRTÉKELÉSÜK

A kísérlet során az F1-F3 fogaskerekek furatain nagyoló és simító keményesztergálást

végeztünk el. Az alkalmazott technológiai paraméterek a PCC Pittler gépen beállított

adatok voltak, amelyek az 5.1. fejezetben megtalálhatóak. A nagyoló és simító

megmunkálásoknál alkalmazott technológiai adatok a CBN szerszámokra edzett acélok

megmunkálásához az ajánlott technológiai paraméterek tartományában helyezkednek el.

A nagyolásnál és a simításnál alkalmazott forgácsolási paraméterek kismértékű eltérései

miatt egységesen vizsgálom a nagyoló és a simító szerszámok kopását.

A kísérlet célja a szerszámok kopásának vizsgálata volt az idő függvényében a

darabszámokat figyelembe véve. A mért eredményeket hatványfüggvények illesztésével

értékeltem ki. A szerszámok kopását három szempont szerint vizsgáltam melyek a

következők voltak:

• hátkopás a forgácsolási idő függvényében;

• hátkopás a forgácsolt úthossz függvényében;

• hátkopás a megmunkált darabszám függvényében.

5.1. A lapkákon mért értékek, technológiai adatok

Az F1 jelű fogaskerék nagyoló keményesztergálása során beállított technológiai

paraméterek a következők voltak:

• fogásmélység: ap = 0,16 mm;

• előtolás: f = 0,24 mm/ford;

• fordulatszám: n = 740 1/min;

• forgácsoló sebesség: vc = 170 m/min;

Az F1 jelű fogaskerék nagyolásához használt SZ1 jelű szerszámon mért hátkopás

értékeket a munkadarabszám, a forgácsolási idő és a forgácsolt úthossz függvényében a 12.

táblázatban foglaltam össze. A táblázatban alkalmazott jelölések értelmezése:

- VB – a hátkopás mértéke [µm];

- N – a megmunkált darabszám [db];

- t – forgácsolási idő [min];

- L – forgácsolt úthossz [m].


- 23 -

12. táblázat

F1 jelű fogaskerék nagyolása során mért hátkopás értékek

SZ1 lapka él VB [µm] N [db] t [min] L [m]

N1 35,19 15 4,73 802,68

N2 46,93 30 9,46 1605,35

N3 46,4 45 14,19 2408,03

N4 66,13 60 18,92 3210,71

darabonként - - 0,32 53,51

Az F2 jelű fogaskerék nagyoló keményesztergálása során beállított technológiai






Az SZ2 jelű szerszámon mért hátkopás értékeket hasonlóan az előbbihez a 13.

táblázatban foglaltam össze.

13. táblázat

F2 jelű fogaskerék nagyolása során mért hátkopás értékek


N1 42 20 2,38 333,53

N2 44 40 4,76 667,06

N3 56 60 7,14 1000,60

N4 58 80 9,52 1334,13


Az F1 jelű fogaskerék simító keményesztergálása során beállított technológiai







- 24 -

Az SZ3 jelű szerszámon mért hátkopás értékeket hasonlóan az előbbiekhez a 14.


14. táblázat

F1 jelű fogaskerék simítása során mért hátkopás értékek


S1 26,67 15 8,7 1376,02

S2 31,46 30 17,39 2752,04

S3 38,4 45 26,09 4128,05

S4 51,73 60 34,78 5504,07


Az F3 jelű fogaskerék simító keményesztergálása során beállított technológiai






Az SZ3 jelű szerszámon mért hátkopás értékeket hasonlóan az előbbiekhez a 15.


15. táblázat

F3 jelű fogaskerék simítása során mért hátkopás értékek


S1 34 20 7,15 1072,07

S2 48 40 14,3 2144,14

S3 56 60 21,45 3216,21

S4 80 80 28,59 4288,27



- 25 -

5.2. Kopásgörbék illesztése a mérési eredményekre

A szerszámokon mért hátkopás értékekre hatványfüggvényeket illesztettem a Microsoft

Excel program segítségével. A kopás értékeket mind a nagyoló, mind a simító szerszámok

esetében a forgácsolási idő, a forgácsolt úthossz és a megmunkált darabszám

függvényében ábrázoltam.

5.2.1. A hátkopás a forgácsolási idő függvényében

A kiértékelés során a mért hátkopás értékekre az alábbi hatványkitevős összefüggést

illesztettem:

VB = CT·ta

Ahol:

- CT – a forgácsolási időhöz tartozó konstans;

- a – a forgácsolási időhöz tartozó hatványkitevő.

A nagyoló és a simító megmunkálás során használt szerszámok hátkopás értékei a

forgácsolási idő függvényében a 12.-13. ábrákon láthatók.

12. ábra

Az SZ1 és SZ2 jelű szerszámok hátkopása a forgácsolási idő függvényében

0

15

30

45

60

75

90

0 5 10 15 20 25 30 35 40

VB

[µ

m]

t [min]

NAGYOLÓ KEMÉNYESZTERGÁLÁSF1 esetén: ap = 0,16 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 170 m/minF2 esetén: ap = 0,25 mm; f = 0,24 mm/ford; vc = 140 m/min

SZ1; F1

SZ2; F2


- 26 -

13. ábra

Az SZ3 jelű szerszám hátkopása a forgácsolási idő függvényében

A forgácsolási időhöz tartozó konstansok és a hatványkitevők értékeit az egyes

fogaskerekekre illetve a szerszámokra vonatkozóan a 16. táblázatban foglaltam össze.

16. táblázat

A forgácsolási időhöz tartozó együtthatók és hatványkitevők értékei

Fogaskerék jele

F1 F2 F3

Együtthatók és hatványkitevők nagyoló megmunkáláskor

Szerszám jele CT a CT a CT a

SZ1 18,76 0,395 - - - -

SZ2 - - 32,53 0,252 - -

- Együtthatók és hatványkitevők simító megmunkáláskor

- CT a CT a CT a

SZ3 9,54 0,448 - - 10,63 0,574

0

15

30

45

60

75

90

0 5 10 15 20 25 30 35 40

VB

[µ

m]

t [min]

SIMÍTÓ KEMÉNYESZTERGÁLÁSF1 esetén: ap = 0,03 mm; f = 0,14 mm/ford; vc = 158 m/minF3 esetén: ap = 0,05 mm; f = 0,16 mm/ford; vc = 150 m/min

SZ3; F1

SZ3; F3


- 27 -

5.2.2. A hátkopás a forgácsolt úthossz függvényében

A forgácsolt út azt a hosszt jelenti, amelyen a szerszám érintkezik a forgácsolt felülettel.

A forgácsolt úthossz a forgácsolási idő függvényében az alábbi összefüggéssel fejezhető

ki:

L = vc·t

A forgácsolt úthossz ismeretében a hátkopás mértéke az alábbi képlettel határozható

meg, figyelembe véve az 5.2.1. fejezetben található hatványkitevős összefüggést:

VB = CL·La

A CL számítása:

CL= CT

vc a

Ahol:

- CL – a forgácsolt úthosszhoz tartozó konstans;

- a – a forgácsolt úthosszhoz tartozó hatványkitevő.


forgácsolt úthossz függvényében a 14.-15. ábrákon láthatók.

14. ábra

Az SZ1 és SZ2 jelű szerszámok hátkopása a forgácsolt úthossz függvényében

0

15

30

45

60

75

90

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

VB

[µ

m]

L [m]


SZ1; F1

SZ2; F2


- 28 -

15. ábra

Az SZ3 jelű szerszám hátkopása a forgácsolt úthossz függvényében

A forgácsolt úthosszhoz tartozó konstansok és a hatványkitevők értékeit az egyes


17. táblázat

A forgácsolt úthosszhoz tartozó együtthatók és hatványkitevők értékei

Fogaskerék jele

F1 F2 F3


Szerszám jele CL a CL a CL a

SZ1 2,469 0,395 - - - -

SZ2 - - 9,339 0,252 - -


- CL a CL a CL a

SZ3 0,984 0,448 - - 0,597 0,574

0

15

30

45

60

75

90

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

VB

[µ

m]

L [m]


SZ3; F1

SZ3; F3


- 29 -

5.2.3. A hátkopás a megmunkált darabszám függvényében

A hátkopás mértéke a megmunkált darabszám függvényében is kifejezhető, amely a

termelési munka szervezése szempontjából indokolt. A hátkopás nagysága a darabszám

függvényében az alábbi összefüggéssel határozható meg:

VB = CN·Na

A CN számítása:

CN = CL· �d·π·l

f�

a

Ahol:

- d – a munkadarab furatának átmérője [mm];

- l – a munkadarab furatának hossza [mm];

- f – előtolás [mm/ford];

- CN – a forgácsolt darabszámhoz tartozó konstans;

- a – a forgácsolt darabszámhoz tartozó hatványkitevő.


forgácsolt munkadarabszám függvényében a 16.-17. ábrákon láthatók.

16. ábra

Az SZ1 és SZ2 jelű szerszámok hátkopása a darabszám függvényében

0

15

30

45

60

75

90

0 15 30 45 60 75 90

VB

[µ

m]

N [db]


SZ1; F1

SZ2; F2


- 30 -

17. ábra

Az SZ3 jelű szerszám hátkopása a darabszám függvényében

A megmunkált darabszámhoz tartozó konstansok és a hatványkitevők értékeit az egyes


18. táblázat

A megmunkált darabszámhoz tartozó együtthatók és hatványkitevők értékei

Fogaskerék jele

F1 F2 F3


Szerszám jele CN a CN a CN a

SZ1 11,89 0,395 - - - -

SZ2 - - 19,00 0,252 - -


- CN a CN a CN a

SZ3 7,471 0,448 - - 5,887 0,574

0

15

30

45

60

75

90

0 15 30 45 60 75 90

VB

[µ

m]

N [db]


SZ3; F1

SZ3; F3


- 31 -

5.3. Kopási ráták meghatározása

A kopási ráták a kopásgörbék lineáris szakaszán értelmezhetők, melynek a

meredekségét jelentik, illetve a kopás sebességét a vizsgált technológiai paraméterre

(forgácsolási idő, forgácsolt úthossz, megmunkált darabszám) vonatkoztatva. Az egyszerű

kopási rátát általában a forgácsolt úthosszra vonatkoztatva szokták meghatározni (lásd. 1.4.

fejezet). Azonban az általam vizsgált szerszámok esetén ismert függvénykapcsolat van a

hátkopás mértéke és a vizsgált technológiai paraméterek között (lásd. 5.2.1.-5.2.3.

fejezetek). Mivel a hatványgörbe mentén a kopási ráta pontról pontra változik, így a

függvény differenciálásával határoztam meg az egyes szerszámok kopási rátáját,

melyekhez az alábbi összefüggéseket alkalmaztam:

RVB(t) = dVB(t)

dt = CT·a·ta-1

RVB(L) = dVB(L)

dL = CL·a·La-1

RVB(N) = dVB(N)

dN = CN·a·Na-1

A kopási ráták változásai a vizsgált technológiai paraméterek függvényében a 18.-23.

ábrákon láthatóak.

18. ábra

SZ1 és SZ2 jelű szerszámok kopási rátájának változása

a forgácsolási idő függvényében

0,00

0,75

1,50

2,25

3,00

3,75

4,50

0 5 10 15 20 25 30 35 40

RV

B(t

)[µ

m/m

in]

t [min]


SZ1; F1

SZ2; F2


- 32 -

19. ábra


a forgácsolt úthossz függvényében

20. ábra


a megmunkált darabszám függvényében

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

RV

B(L

)[µ

m/m

]

L [m]


SZ1; F1

SZ2; F2

0,00

0,15

0,30

0,45

0,60

0,75

0,90

1,05

0 15 30 45 60 75 90

RV

B(N

)[µ

m/d

b]

N [db]


SZ1; F1

SZ2; F2


- 33 -

21. ábra

SZ3 jelű szerszám kopási rátájának változása

a forgácsolási idő függvényében

22. ábra


a forgácsolt úthossz függvényében

0,00

0,75

1,50

2,25

3,00

3,75

4,50

0 5 10 15 20 25 30 35 40

RV

B(t

) [µ

m/m

in]

t [min]


SZ3; F1

SZ3; F3

0,000

0,005

0,010

0,015

0,020

0,025

0,030

0,035

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

RV

B(L

) [µ

m/m

]

L [m]


SZ3; F1

SZ3; F3


- 34 -

23. ábra


a megmunkált darabszám függvényében

5.4. Értékelés

A szerszámok kopási rátáinak diagramjait megvizsgálva látható, hogy a nagyoló

megmunkálás esetén az SZ2 jelű szerszámnak kedvezőbb a kopási rátája, mert pl. azonos

forgácsolt úthossz esetén a két szerszám közül ennek a kopása a kisebb mértékű. Továbbá

az is megfigyelhető, hogy azonos előtolás és közel azonos forgácsoló sebesség mellett az

SZ2 jelű szerszám esetén a fordulatszám értéke majdnem kétszerese az SZ1 szerszámnál

beállított értéknél (a munkadarab átmérőket figyelembe véve), és még így is kedvezőbb a

kopás mértéke. Azonban nem szabad elfeledkeznünk a munkadarabok keménységéről sem,

mert a rajzon előírt értékek ugyan azonosak mindhárom fogaskerék esetén, így az 59 és a

63 HRC is megengedhető, de a kopás mértéke nem egyenes arányban növekszik a

keménységgel. Megfontolásokkal ugyan, de a mérési adatok alapján a nagyoló

megmunkáláshoz az SZ2 jelű szerszám a célszerűbb választás. Simító megmunkálás esetén

ugyanazzal a szerszámmal munkálták meg a két fogaskereket, azonban az F3 jelű

fogaskerék megmunkálása során a technológiai paraméterek kismértékben növekedtek a

forgácsoló sebességet kivéve, így a kopás sebessége is felgyorsult, amely azt jelenti, hogy

0,00

0,15

0,30

0,45

0,60

0,75

0,90

1,05

0 15 30 45 60 75 90

RV

B(N

) [µ

m/d

b]

N [db]


SZ3; F1

SZ3; F3


- 35 -

azonos mértékű kopás esetén a forgácsolt úthossz kevesebb lesz, mint az F1 jelű

fogaskerék megmunkálása során beállított technológiai paraméterek során. Így az F1 jelű

kerék simítása során beállított technológiai paraméterekkel célszerűbb az SZ3 jelű

szerszámot alkalmazni.

Összességében megállapítható tehát, hogy a különböző fogaskerekek furatainak nagyoló

keményesztergálásaihoz az SZ2 jelű (2NC-CCGW09T308-BNC 200), a simító kemény-

esztergálásokhoz pedig az SZ3 jelű (NP-CNGA120408GSW4-MBC010) szerszám – az F1

fogaskerék simítása során beállított technológiai paraméterekkel – választása az optimális,

a költségek csökkentése érdekében. A bemutatott módszerrel más forgácsolási művelet

szerszám optimalizálása is végrehajtható.

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

Ezúton szeretném megköszönni mindazoknak, akik segítettek a TDK dolgozatom

elkészítésében. Konzulenseimnek Prof. Dr. Kundrák János egyetemi tanárnak, Ráczkövi

László tanársegédnek, valamint a Gépgyártástechnológiai Tanszék és a ZF Hungária Kft.

valamennyi dolgozójának, hogy hasznos tanácsokkal láttak el a kísérlettervezés

elméletében és gyakorlatában.


- 36 -

IRODALOMJEGYZÉK

[1] Dr. Bali János: Forgácsolás, Tankönyvkiadó, Budapest, 1988

[2] Prof. Dr. Kundrák János – Dr. Deszpoth István: Forgácsoláselmélet: Szerszám-

kopás és szerszáméltartam számítása, Oktatási segédlet, Miskolc, 2007

[3] Yong Huang – Steven Y. Liang: Modeling of CBN Tool Flank Wear Progression

in Finish Hard Turning, Transactions of the ASME Vol. 126, February 2004, pp.

98-106

[4] Yong Huan – Y. Kevin Chou – Steven Y. Liang: CBN tool wear in hard turning: a

survey on research progress, Int J Adv Manuf Technol (2007) 35:443-453 DOI

10.1007/s00170-006-0737-6.

[5] Y. Kevin Chou – Chris J. Evans: Tool wear mechanism in continuous cutting of

hardened tool steels, Wear 212 (1997) pp. 59-65

[6] Viktor P. Astakhov: The assessment of cutting tool wear, International Journal of

Machine Tools & Manufacture 44 (2004) pp. 637-647

[7] J. Barry – G. Byrne: Cutting tool wear in the machining of hardened steels Part II:

cubic boron nitride cutting tool wear, Wear 247 (2001) pp. 152-160

[8] Klocke F. – Brinksmeier E. – Weinert K.: Capability Profile of Hard Cutting and

Grinding Processes, Annals of the CIRP Vol. 54/2 (2005) pp. 274-283

[9] H. K. Tonshoff – C. Arendt – R. Ben Amor: Cutting of Hardened Steel. CIRP

Annals Manufacturing Technology (2000) Volume: 49, Issue: 2, Publisher:

Elsevier, pp. 547-566

[10] Dr. Csizmadia Ferencné: Szerszámanyagok és kezelésük (Kézirat), Győr, 2004

[11] Y. Kevin Chou – Chris J. Evans – Moshe M. Barash: Experimental investigation

on CBN turning of hardened AISI 52100 steel, Journal of Materials Processing

Technology 124 (2002) pp. 274-283

[12] P. J. Heath: Properties and uses of AMBORITE, Industrial Diamond Review,

March 1986, pp. 120-127

[13] Adolf Frischherz – Wilhelm Dax – Klaus Gundelfinger – Werner Häffner –

Helmut Itschner – GüntnerKotsch – Martin Staniczek: Fémtechnológiai

táblázatok, B+V Lap és Könyvkiadó Kft., Budapest, 1997

[14] http://www.sumicarbide.com/pdf/2013-2014-General-Cat-sm.pdf

[15] http://www.mitsubishicarbide.com/EU/West/product/pdf/c_n_other/c004e-

b_cbn_pcd_turning_inserts.pdf

[16] Sandvik - Coromant cég Főkatalógusa, 2008

[17] http://microscopy.zeiss.com/microscopy/en_de/home.html

cbn forgácsoló lapkák kopásának vizsgálata ... · tdk 2012 földi Ákos - 6 - a roncsolódás...

Documents