Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
MISKOLCI EGYETEM
GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR
TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT
Betétedzett fogaskerék furat megmunkálásának
vizsgálata megmunkálási idő, költségek és felületi
érdesség alapján
Sas Péter
IV. éves gépészmérnök (BSc) hallgató
Konzulens:
Dr. Szabó Ottó (CSc)
egyetemi docens
Gépgyártástechnológiai Tanszék
Miskolc, 2012. 05. 03.
2
Tartalomjegyzék
1. Bevezetés ............................................................................................................................ 3
2. Korábbi technológiák alkalmazása ..................................................................................... 4
2.1. Keményesztergálás és köszörülési közötti különbségek bemutatása .......................... 4
2.2. Betétedzést követő köszörülés ..................................................................................... 8
2.3. Keményeszterga gépen történő készremunkálás ....................................................... 10
2.4. Keményesztergálás és a furat köszörülése két gépen ................................................ 11
3. Jelenleg alkalmazott technológia: kombinált eljárás EMAG gépen ................................. 13
3.1. EMAG VSC-400DS típusú kombinált gép bemutatása ............................................. 15
3.2. EMAG VSC-400DS megmunkáló gép előnyei ......................................................... 16
3.3. Keményesztergálás az EMAG gépen......................................................................... 17
3.4. Köszörülés az EMAG gépen ...................................................................................... 19
3.4.1. Az alkalmazott furatköszörűkorong ................................................................... 20
3.4.2. Korongszabályozás ............................................................................................. 21
4. Különféle technológiák összehasonlítása a furat-és homlokfelületek megmunkálása
alapján ....................................................................................................................................... 21
4.1. Alakhibák összehasonlítása ....................................................................................... 22
4.2. Időráfordítások számítása, összehasonlítása .............................................................. 24
4.3. Költségráfordítások összehasonlítása ........................................................................ 29
4.4. Felületi érdesség összehasonlítása ............................................................................. 30
5. Kísérletek a furat és homlokfelület érdességének meghatározására ................................ 33
5.1. Forgácsolt felület érdessége ....................................................................................... 34
5.2. Furat érdességének vizsgálata .................................................................................... 34
5.3. Homlok érdességének vizsgálata ............................................................................... 36
5.4. Egy furat és egy homlokfelület mérési eredményének bemutatása ........................... 37
5.5. Következtetés levonása a kapott kísérleti eredményekből......................................... 42
6. Összefoglalás .................................................................................................................... 43
7. Köszönetnyilvánítás ......................................................................................................... 44
8. Irodalomjegyzék ............................................................................................................... 45
Mellékletek ............................................................................................................................... 46
M01 – Fogaskerék műhelyrajza (részlet)
M02 – Forgácsolt felület érdességének jellemzői
3
1. Bevezetés
Nagy teljesítményű sebességváltókat a ZF Hungária Kft. egri gyára állít elő
Magyarországon. A sebességváltók gyártástechnológiájának fejlesztésében a 2011. nyári
üzemi gyakorlaton vettem részt. Megismertem a ZFH-ban folyó korszerű sebességváltó
gyártást, és magam is bekapcsolódtam a gyártási folyamat elemzésébe mérésekkel (pl.:
érdességmérés). Szakirodalmi ismeretek felhasználásával a munkám újdonság jellegű
részét foglaltam össze ebben a Tudományos Diákköri munkámban. Az elvégzett mérések
során a ZF Hungária Kft. és az Miskolci Egyetem Gépgyártástechnológiai Tanszék
műszereit és mérési eredményeit használtam fel. TDK dolgozatom alapját képzi a 2011-
GTT-19/01 rajzszámú műhelyrajz részlete (l. M01 melléklet) és az alábbi 1.1. ábra. A
fogaskerék 20MnCr5 (DIN 14685) anyagminőségű, betétedzett és keménysége 59-63
HRC. A technológiai adatokat a ZFH dokumentációból vettem [1].
1.1. ábra.
A fogaskerék 3D-s modellje (NX 7.5 szoftver segítségével készítettem el)
4
2. Korábbi technológiák alkalmazása
Jelenleg a ZF Hungária Kft-ben a 2011-GTT-19/01 rajzszámú fogaskerék 70G6-os
furatát, illetve a kapcsolódó homlokfelületeit EMAG gépen történő kombinált (furat
keményesztergálás és köszörülés) eljárással munkálják készre. Viszont mikor még nem
volt adott ez a technológia a megmunkálást más, esetenként több gépen végzett
műveletekkel hajtották végre. A dolgozatom következő fejezeteiben ezeket a
technológiákat fogom bemutatni, és részletesen jellemzem a jelenleg alkalmazott EMAG
VSC-400DS típusú megmunkáló gépen megvalósult kombinált eljárást. A vizsgálataim
célja a kedvező (pl.: minőségi, termelékenység, stb.) technológiai eljárás behatárolása,
kiválasztása.
A fogáskerék furat és homlokfelületi megmunkálásának lehetséges technológiai
változatai:
Betétedzést követő köszörülés (l. 2.2. fejezet)
Keményeszterga gépen történő készremunkálás (l. 2.3. fejezet)
Keményesztergálás és a furat köszörülése két gépen (l. 2.4. fejezet)
Kombinált eljárás EMAG gépen (l. 3. fejezet)
Mielőtt megismerhetnénk és összehasonlíthatnánk a különböző technológiákat,
célszerű megismerni a keményesztergálás és a köszörülés közötti különbségeket. A két
eljárás közötti felületminőségi és alaki jellemzők, valamint költség és idő ráfordítási
különbségek ismerete teszi lehetővé a kedvező technológia megválasztását különböző
típusú és rendeltetésű munkadarabok megmunkálása esetén.
2.1.Keményesztergálás és köszörülési közötti különbségek bemutatása
A keménymegmunkálásban a keményesztergálás újszerű technológiának számít,
azonban Dr. Kundrák János professzornak és munkatársainak kutatásai bizonyítják, hogy
napjainkban egyre elterjedtebb és hatékonyabb megmunkálási eljárássá vált [7, 8, 9, 11].
Keményesztergálásról beszélünk akkor, amikor a forgácsolást 55 HRC-nél
keményebb acélon, 100-200 m/min sebességű – hűtő-kenőfolyadék nélküli – ún. „száraz”
anyagleválasztás történik, és a folyamat során néhány ezred vagy század mm2
keresztmetszetű forgács keletkezik. E minőségben a gépalkatrészek egy jól
5
körülhatárolható nagy csoportjának készremunkálásánál a köszörülés alternatívája lett a
keményesztergálás. A példátlanul gyors ipari elterjedése azzal magyarázható, hogy
termelékenysége a köszörüléshez képest többszörös, műveleti önköltsége pedig fele
akkora. Mindezek mellett környezetbarát, tiszta, ún. száraz technológia, mert nem igényel
hűtő-kenő folyadékot. A száraz eljárások környezetkímélő hatását, a nedves eljárásokkal
való összehasonlítás alapján lehet jól megítélni. Nem csak azt a szempontot kell
mérlegelni, hogy mennyire károsítja a környezetet a nagy mennyiségű elhasznált hűtő-
kenő folyadék megsemmisítése vagy reaktiválása, hanem azt is, hogy a folyadék-köd
mennyire károsítják a dolgozók egészségét [11].
2.1. ábra.
A köszörült és keményesztergált felület érdességének összehasonlítása (kísérleti fogaskerék adatai: 16MnCr5
anyagminőségű, betétedzett, 61-63 HRC keménységű, furat átmérő Ø68mm, hossza 24,2mm) [6]
Az alkalmazott abrazív megmunkálások (köszörülés) akkor helyettesíthetők
keményesztergálással, ha az alkatrészre előírt felületminőségi és pontossági
követelmények biztosíthatók, továbbá ha a folyamat ezáltal gazdaságosabbá is válik. A
köszörült és keményesztergált felület közötti különbségeket a 2.1. ábra szemlélteti. A
felületérdességi mérőszámok értelmezése az M02 mellékletben találhatók. Alapvetően
megállapítható, hogy a leválasztható forgácskeresztmetszet, az alkalmazható forgácsolási
sebesség, illetve az elérhető anyagleválasztási teljesítmény alapján a keményesztergálás
termelékenyebbnek tekinthető a köszörüléshez képest. Az előírt minőségi követelmények
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Ra Rp Rv Rt Rz R3z
Felületi érdesség (μm)
Köszörült
Keményesztergált
6
pedig a CBN szuperkemény szerszámokkal végzett forgácsolással biztosíthatók, mivel a
szuperkemény szerszámok fizikai és mechanikai tulajdonságai (pl.: nagy keménység, jó
hővezető-képesség, nagy kopás- és hőállóság, stb.), valamint polikristályos jellege
meghatározott sajátosságokat kölcsönöznek a velük való megmunkálási folyamatnak [8].
A kiváló felületminőség mellett biztosítható az alkatrész előírt pontossága is, a nagy
anyagleválasztási teljesítmény (időegység alatt leválasztható anyagmennyiség) pedig
gazdaságosabbá teheti a CBN szerszámok alkalmazását. Különösen nagy ez az előny
furatmegmunkálásnál, hiszen a furat átmérője meghatározza az alkalmazható
korongátmérőt [7]. Az előnyök és hátrányok áttekintését a 2.2. ábra tartalmazza.
Jellemzők Keményesztergálás Köszörülés
Előnyök
nagy rugalmasság
nagy forgácsleválasztó
képesség
hűtő-és kenőanyag nem
szükséges
folyamat biztonsága
felületminőség
Hátrányok
folyamat biztonsága kisebb (él
letörés)
minimális fogásmélység
szükséges
nagy passzív erő ébredése
fehér réteg képződése
alacsony anyagleválasztási
teljesítmény
sok hűtő- és kenőanyag
alkalmazása
bonyolult felületek
megmunkálása nehézkes
2.2. ábra.
Keményesztergálás és köszörülés előnyei és hátrányai [10]
Bár a kemény esztergálással nagyon látványos, meggyőző eredményeket érhetünk
el, mégsem lehet minden alkatrész esetében a köszörülés alternatívája. Tükrös, polírozott
felületet, Rz=0.3-0.5µm érdességet csak keményesztergálással soha nem érhetünk el. A
köszörülés másik, nagyon jelentős előnye, hogy szigorúbb körkörösségi tűréseket tudunk
tartani, mint a kemény esztergálási eljárással (2.3. ábra) [9].
A keményesztergálás hátránynak tekinthetjük, hogy a folyamat biztonsága kisebb,
mint a köszörülésnek. Élcsorbulás bekövetkeztével romolhat a felületminőség, rosszabb
esetben akár selejtet is gyárthatunk, de ez folyamatos méréssel, és megfelelő
szerszámanyag kiválasztásával kiküszöbölhető. Fontos, hogy minimális fogásmélység
minden esetben biztosított legyen, továbbá figyelni kell a fellépő nagyobb passzív erőkre,
és a száraz megmunkálásból adódó nagyobb hőfejlődésre, ami káros fehér réteg
képződéséhez vezethet. Emellett a szabályos topográfia gondot okozhat tengely alakú
7
alkatrészek esetében axiális irányú erők fellépése esetén, kúpos felületeknél, illetve
tömítési helyeken [5].
2.3. ábra.
Keményesztergálás és köszörülés összehasonlítása geometriai pontosság szerint (kísérleti fogaskerék adatai:
16MnCr5 anyagminőségű, betétedzett, 61-63 HRC keménységű, furat átmérő Ø68mm, hossza 24,2mm) [6]
Bár a keményesztergálásnak vannak hátrányai, és nem válthatja ki minden esetben
a köszörülést, de költséghatékonysága, időmegtakarítása, a gyorsabb ciklusok, az
alacsonyabb járulékos költségek túl jelentősek ahhoz, hogy a technológiát figyelmen kívül
hagyjuk. Számos esztergálási ismeretre alapozva, a speciális keményesztergálási ismeretek
a legtöbb esztergálással foglalkozó cég, vállalkozás számára könnyen megtanulhatók, azaz
a technológia könnyen alkalmazható. Ennek révén újabb lehetőségek nyílhatnak a gyártók
számára. Egy kis odafigyeléssel a megfelelő gép, szerszám, technológia kiválasztására, a
kemény esztergálás újabb lehetőséget teremthet a gazdaságos, sőt profithatékony gyártás
számára [9].
8
2.2.Betétedzést követő köszörülés
A fogaskerék gyártásánál a legrégebb óta eredményesen alkalmazott technológia a
betétedzés utáni furat és homlokfelületek köszörülése. Ekkor a hőkezelést szigorúbb
feltételek között, kis köszörülési ráhagyás mellett kell végrehajtani. Erre azért van szükség,
hogy a köszörülés során a lehető legkevesebb anyagrészt kelljen eltávolítani a
munkadarabról. Ha nagyobb a leválasztandó anyagmennyiség akkor nő a megmunkálási
idő, ezáltal maga a megmunkálás költsége is növekszik. Viszont a szigorú tűrések
betartása, és a lehető legkisebb alakdeformáció elérése szintén plusz költséget eredményez.
A munkadarab megmunkálása két gépen oldható meg, ezáltal nő az időveszteség, és
felfogási hibák jelentkezhetnek. A megmunkálás során először egy furatköszörű gépen
történik a furat és az hátsó homlokfelület (F4) nagyoló és simító köszörülése, majd ezt
követően a munkadarab átkerül egy síkköszörű gépbe, ahol pedig készre munkálják a
elülső (F1) homlokfelületét. A fogaskerék rajzát a méretekkel, tűrésekkel és
felületminőségi jelekkel feltüntetve a 2.4. ábra szemlélteti. (Az eljárás technológiai adatait
a 2.1. és 2.2. táblázat tartalmazza.). Az ábrán és a dolgozatom további részében feltüntetett
Rz4 érdesség Rz≤4μm kritériumnak felel meg.
2.4. ábra.
A fogaskerék fő méretei
9
Technológiai adatok:
Gép: Woumard IPASA 200 típusú furatköszörű [1]
2.1. táblázat: Furatköszörülés technológiai adatai
Megnevezés Jelölés Mértékegység
F4 oldal
nagyolása
F4 oldal
simítása
Z1 Furat
nagyolása
Z1
furat
simítása
Beállítási értékek
Vágósebesség vc m/s 60 65 70 75
Munkadarab
fordulatszáma n 1/min 220 220 250 250
1. Fogásmélység ap mm 0,08 0,01 0,07 0,01
2. Fogásmélység ap mm 0,03 - 0,06 -
1. Előtolás f mm/min 0,18 0,1 0,24 0,14
2. Előtolás f mm/min 0,15 - 0,18 -
Ráhagyás - mm 0,11 0,01 0,11 0,01
Alkalmazott
köszörűkorong - -
Tyrolit furatkorong Ø55x40xØ25
9A80J8V22
Kiszikráztatási
idő t s 5 8 4 8
Korongszabályzás - - minden
db után -
minden
db után -
Szabályzó
szerszám - -
PK 10/3.4 gyémánt szemcsés koronglehúzó-
szerszám
Korongszabályzás
vágósebessége vc m/s 60 - 60 -
Szabályzáskor a
korong
fordulatszáma
n 1/min 900 - 900 -
Norma idő tn min 2,95
Előkészületi idő te min 60
10
Gép: Reform RFS-900 típusú síkköszörű [1]
2.2. táblázat: Síkköszörülés technológiai adatai
Megnevezés Jelölés Mértékegység F1 oldal nagyolása F1 oldal simítása
Beállítási értékek
Vágósebesség vc m/s 28 28
1. Fogásmélység ap mm 0,08 0,01
2. Fogásmélység ap mm 0,03 -
1. Előtolás f mm/min 0,18 0,1
2. Előtolás f mm/min 0,15 -
Ráhagyás - mm 0,11 0,01
Alkalmazott
köszörűkorong - -
Tyrolit egyenes korong Ø350x50x127
F13A46HH11V
Kiszikráztatási
idő t s 5 8
Korongszabályzás - - minden db után -
Szabályzó
szerszám - -
PK 50/5.0 gyémánt szemcsés koronglehúzó-
szerszám
Norma idő tn min 0,7
Előkészületi idő te min 10
2.3.Keményeszterga gépen történő készremunkálás
A keményesztergálás elterjedése után a ZF Hungária Kft-ben is tettek kísérleteket
arra, hogy leváltsák a köszörülés technológiáját az újfajta technológiára.
Keményesztergálással képesek voltak elérni ugyan azt a felületi érdességet (pl.: Rz érték),
mint köszörüléssel, ráadásul megmunkálási idők csökkenésével nőtt a termelékenység, és a
megmunkálási költségek is csökkentek. Később megfigyelték, hogy axiális irányú erők
ébredése esetén a fogaskerekek rászorultak más szinkronalkatrészekre. Ez a jelenség a
keményesztergálással megmunkált felület szabályos topográfiájának – az esztergakés által
vágott nagyon finom menetnek – köszönhető. Ezért csapágyazásnál, kúpos felületeknél és
tömítésnél kizárandó ok a köszörülés elhagyása.
Ilyen okok miatt a 2011-GTT-19/01 rajzszámú fogaskereket ma már csak EMAG
gépen kombinált eljárással munkálják készre, viszont az olyan alkatrészeknél, ahol a furat
szabályos topográfiája nem okoz gondot funkcionális szempontból, ott még mindig
keményesztergálással munkálják készre az alkatrészeket.
11
Technológiai adatok:
Gép: Pittler PVSL-2/1 L típusú keményeszterga [1]
2.3. táblázat: Keményesztergálás technológiai adatai
Megnevezés Jelölés Mértékegység
F1 oldal
esztergálása
F4 oldal
esztergálása
Z1 furat esztergálása
Nagyolás Simítás
Beállítási értékek
Vágó-
sebesség vc m/min 160 160 170 160
Fogás-
mélység ap mm 0,1 0,1 0,2 0,05
Előtolás f mm/ford 0,12 0,12 0,24 0,12
Meg-
munkálási
hossz
L mm 4,6 4,2 34,1 34,1
Alkalmazott
lapka - -
Mitsubishi
CNGA
120408
TA4
MB8025
Mitsubishi
CNGA
120408
TA4
MB8025
Mitsubishi
CNGA
120408
TA4
MB8025
Mitsubishi
CNGA
120408
GSW2
MBC010
Norma idő tn min 1,76
Előkészületi
idő te min 12
2.4.Keményesztergálás és a furat köszörülése két gépen
Ennek a technológiának a lényege, hogy a betétedzést követően keményesztergálással
elvégzik a nagyolást a furaton, és készre munkálják a homlokfelületeket. A
keményeszterga-gépen végzett művelet gyors anyagleválasztást biztosít, emellett a furat és
homlokfelület megmunkálása elvégezhető egy felfogásból, így időtakarékossá válik az
eljárás. A 2.3. pontban említett keményesztergált felület topográfiája, és annak hatásai
miatt, a furat befejező megmunkálását köszörüléssel kell zárni. A köszörülési műveletet
másik megmunkáló gépen, furatköszörűn kell elvégezni. Mivel a folyamat során kétszer
történik befogás, excentricitási hibák léphetnek fel, továbbá a kétszeres előkészületi idő és
mellékidők (be-és kifogási idők) miatt az eljárás – az egy gépen történő (pl.: EMAG)
kombinált eljáráshoz képest – kevésbé termelékeny és gazdaságos.
12
A fent bemutatott eljárás fiktív, mivel a ZF Hungária Kft-ben gazdasági és technológiai
okok miatt ily módon nem munkálnak meg fogaskerekeket. Azt azonban meg kell
jegyezni, hogy az eljárás technológiailag helyes, és a furat mikrogeometriája miatt indokolt
is lenne. A ZFH ezt a technológiát a kombinált eljárással, EMAG gép segítségével
kiváltotta.
Technológiai adatok:
Gép: Pittler PVSL-2/1 L típusú keményeszterga [1]
2.4. táblázat: A keményesztergálás technológiai adatai
Megnevezés Jelölés Mértékegység
F1 oldal
esztergálása
F4 oldal
esztergálása
Z1 furat
esztergálása
Beállítási értékek
Vágósebesség vc m/min 150 150 180
Fogásmélység ap mm 0,1 0,1 0,2
Előtolás f mm/ford 0,1 0,1 0,2
Meg-
munkálási
hossz
L mm 4,6 4,2 34,1
Alkalmazott
lapka - -
Mitsubishi
4NC-CNGA
1201412
BNC-300
Mitsubishi
2NC-DNGA
120408 BNC-
200
Mitsubishi
4NC-CNGA
1201412
BNC-300
Norma idő tn min 0,97
Előkészületi
idő te min 12
Gép: Woumard IPASA 200 típusú furatköszörű [1]
2.5. táblázat: A furatköszörülés technológiai adatai
Megnevezés Jelölés Mértékegység Z1 furat köszörülése
Beállítási értékek
Vágósebesség vc m/s 75
Munkadarab
fordulatszáma n 1/min 250
1. Fogásmélység ap mm 0,022
2. Fogásmélység ap mm 0,008
1. Előtolás f mm/min 0,25
13
2. Előtolás f mm/min 0,1
Alkalmazott
köszörűkorong - -
Tyrolit furatkorong Ø55x35xØ25
9A80J7V20
Kiszikráztatási
idő t s 6
Korongszabályzás - - minden db után
Szabályzó
szerszám - -
PK 10/3.4 gyémánt szemcsés
koronglehúzó-szerszám
Korongszabályzás
vágósebessége vc m/s 50
Szabályzó
fordulatszáma n 1/min 900
Norma idő tn min 1,24
Előkészületi idő te min 50
3. Jelenleg alkalmazott technológia: kombinált eljárás EMAG gépen
A ZF Hungária Kft-ben a fogaskerék keménymegmunkálása kombinált eljárással
történik EMAG VSC-400DC típusú CNC gépen. A kombinált eljárás újfajta technológia a
gépgyártásban, lényege, hogy egyesíti a keményesztergálás és a köszörülés előnyeit.
Egyes felületeken köszörülés helyett célszerűbb keményesztergálást alkalmazni,
mivel közel ugyan olyan minőség mellett gyorsabb a megmunkálás, csupán a
topográfiában van eltérés. A keményesztergálás és a köszörülés között számottevő
különbség, hogy míg előbbinél nem használnak hűtő-kenő folyadékot, addig utóbbinál
igen. A keményesztergálás során mindössze forgács keletkezik, ezzel szemben
köszörüléskor abrazív és kötőanyag részecskék válnak le a megmunkálási és a
szabályozási műveletek során. A leváló kis részecskék keverednek a hűtő-kenő
folyadékkal, a forgáccsal és az egyéb szűrt részecskékkel, melynek terméke az ún.
köszörülési iszap. Ezt szétválasztani lehetetlen, ezenkívül az egészségre és környezetre
ártalmas anyagokat tartalmaz, ezért kezelése kiemelkedő fontosságú. A keményesztergálás
viszont szárazmegmunkálásnak minősül, amely nem szennyezi a környezetet. Ugyanakkor
olyan alkatrészeknél, melyeknél a felhasználási feltételek nem engedik meg a szabályos
topográfiát – az előző hátrányok mellett –, ott alkalmazható a köszörülés.
14
A kombinált eljárás az EMAG gépen a következőképpen folyik (3.1. ábra):
A munkadarabok adagolása automatikusan történik szállítósín segítségével. A sín
beviszi az alkatrészeket a munkatérbe, ahol hárompofás membrán tokmány fogja meg
azokat külső átmérőn, majd F3 felületen ütközteti a munkadarabot. A megmunkálást egy
felfogásban végzik. Először az F1 homlokfelület oldalazása, majd a furat
keményesztergálása történik. Ezután egy ún. hátraesztergáló furatkéssel megmunkálják a
hátsó (F4) homlokfelületet, végül a furat köszörülése történik elektrokorund szemcsézetű
köszörűkoronggal.
A megmunkálógép össze van kötve egy postprocess méreőállomással (3.1. ábra).
Kétféle mérést végeznek el a fogaskeréken. Az egyik egy tapintásos vizsgálat, ami a
fogaskerék szélességét méri meg, a másik pneumatikus elven működő ellenőrzés a belső
furaton.
3.1. ábra.
EMAG VSC-400DC típusú CNC gép és környezete
15
3.1.EMAG VSC-400DS típusú kombinált gép bemutatása
Az EMAG VSC 400 DS kombinált eszterga- és köszörűközpont, amely egyesíti a
függőleges keményesztergálás előnyeit a köszörülés előnyeivel egy gépben, egy
felfogásban.
3.2. ábra. 3.3. ábra.
EMAG VSC-400DS munkatere a köszörűkorong A munkadarab befogása EMAG gépen
és az esztergakés orsóval
Az EMAG VSC 400 DS gépállványa rendkívül stabil, MINERALIT polimer beton,
amelynek egyik legfontosabb jellemzője a kiváló rezgéscsillapítás. Ez biztosítja a hosszú
szerszám élettartamot és a magas felületi minőséget.
Munkatere függőleges falakkal határolt, mely a forgácskiszóródástól jól védett.
Keresztszánja görgős csapágyazású valamint játékmentes, lineáris mozgású. A gépállványon
található az X-tengely irányú mozgás megvezetése, ez az esztergálás maximális
pontosságáról gondoskodik. A gép szánhajtásai a munkatér tetején kaptak helyet. A
munkatér gondos tervezése biztosítja a megfelelő forgácskihordást, valamint a munkadarab
befogó elemekhez és a szerszámhoz való jó hozzáférhetőséget. A gép védve van a munkatér
burkolása révén, a tolóajtó biztonsági ablakkal és elektro-mechanikus biztonsági zárral van
ellátva. Automatikus központi olajkenés van a szánokhoz, kis mennyiségű olajködkenés a
forgó orsó csapágyai számára. Az orsómotor, a főorsó az orsóhüvellyel, a szerszám-
revolverfej (3.2. ábra), az elektromos szekrény és a gépágy folyadékkal hűtött. A gép
hőmérsékletét kétkörös hűtőberendezés igazítja a környezeti hőmérséklethez [1].
16
A megmunkálási folyamatba integrálható a munkatéren kívül elhelyezett
mérőtapintó, amely biztosítja a munkadarabok előírt pontosságának ellenőrzését és
betartását. A főorsótokmányban befogott (3.3. ábra) munkadarabokon történő mérések
alapján kapja meg a CNC vezérlés a korrekciós adatokat. Ezáltal gépkezelői felügyelet
nélküli működés során is biztosított a gyártott munkadarabok egyenletes pontossága és
minősége [4].
Tehát az EMAG VSC 400DS egy kombinált gép, ami magában foglalja:
Komplett megmunkálást egy felfogásban
o Magasabb munkadarab-minőség és nagyobb termelékenység
A megmunkálások szerszámainak éltartama nagyobb
o Szerszámköltségek minimalizálása
Kis mennyiségű köszörűiszap
o A keletkező hulladék kezelési költségeinek minimalizálása
Jelentős csökkentése a köszörülési ráhagyásnak
o Lehetőség a szárazmegmunkálás.
3.2.EMAG VSC-400DS megmunkáló gép előnyei
A kombinált eszterga- és köszörűközpont egyesíti a függőleges keményesztergálás
előnyeit a köszörülés előnyeivel. Az előzőekben említett előnyöket kiegészíteném a
következő felsorolással [13]:
A munkadarab felületei esztergálással készülnek és amennyiben a minőség illetve
előírás megköveteli, úgy a keményesztergálás után köszörülést is alkalmazhatunk
mint befejező eljárást.
Magasabb a termékminőség, mert a munkadarab egy felfogásban készül el. A
köszörülési ráhagyás megközelítőleg 0,02mm-től az átmérő függvényében változik.
A simítóeljárások szerszám- és időtakarékosak, mivel a köszörűkorong kis
anyagleválasztás során sokkal kevésbé kopik.
Az EMAG kombinált megmunkáló gép a hagyományos köszörüléssel szemben kis
anyag leválasztását tesz lehetővé. Szárazon vagy csak minimális mennyiségű hűtő-
17
kenőfolyadékkal is lehet köszörülni, ezáltal a köszörűiszap eltávolításának költsége
lecsökken, vagy meg is szűnik.
Az eljárás megbízhatóságát növelhetjük, és egyidejűleg jobb felületminőséget
érhetünk el köszörüléssel, mint csak keményesztergálással.
Az egyszerű keményesztergálással szemben csavarmentes felületeket
munkálhatunk meg köszörüléssel egy gépen belül.
A hátoldali felületek (pl.: vállak) keményesztergálása is könnyen megoldható, nem
szükséges a munkadarabok kifogása és fordítása, majd újbóli befogása.
Gyorsan és egyszerűen lehet CNC esztergálással alakos kontúrvonalak
megmunkálni, amelyek lekövetése köszörűkoronggal bonyolult vagy lehetetlen.
Kis elmozdulások eredményezik a minimális mellékidőt és az alacsony
darabköltséget.
Az eljárás magas megbízhatósága mellett nagyobb pontosságot és felületminőséget
érhetünk el.
A kapcsolódás egyszerűbb más VSC-s munkadarab-tároló rendszerekkel.
3.3.Keményesztergálás az EMAG gépen
Az F1 és F4-es homlokfelületeket keményesztergálással munkálják készre, illetve a
Z1-es furat nagyolása is ezzel a módszerrel történik (3.4. ábra). A homlokfelületeket a
szinkrondarabok kapcsolódása miatt kell finomra munkálni. Az F1-es homlokfelület és a
furat nagyolása egy szerszámmal történik, míg a hátsó, F4-es homlokfelületet úgynevezett
hátraesztergáló furatkéssel munkálják meg (3.5. ábra). Erre a szerszámra azért van
szükség, hogy a megmunkálást egy felfogásból el tudjuk végezni, ne kelljen megfordítani a
fogaskereket. Ezáltal biztosítani tudjuk az egytengelyűséget, és elkerüljük az esetleges
excentricitási hibákat, ami a kombinált eljárás egyik nagy előnye.
Az alkalmazott esztergakések CBN bevonatos SUMITOMO lapkákkal vannak
ellátva. A lapkákat a késtartóval együtt a 3.5. ábra szemlélteti.
18
Technológiai adatok:
3.1. táblázat: Keményesztergálás technológiai adatai EMAG gépen
Megnevezés Jelölés Mértékegység
F1 oldal
esztergálása
F4 oldal
esztergálása
Z1 Furat
esztergálása
Beállítási értékek
Vágósebesség vc m/min 170 170 170
Fogásmélység ap mm 0,1 0,1 0,2
Előtolás f mm/ford 0,12 0,1 0,22
Megmunkálási
hossz L mm 4,6 4,2 34,1
Alkalmazott
lapka - -
Sumitomo
4NC-CNGA
1201412
BNC-300
Sumitomo
2NC-DNGA
120408 BNC-
200
Sumitomo
4NC-CNGA
1201412
BNC-300
3.4. ábra.
Keményesztergálás szemléltetése az általam AutoCAD 2010 rendszerben tervezett rajzon.
F1
Z1
F4
19
3.5. ábra.
Az alkalmazott késtartók, felső képen az F1 felületet megmunkáló szerszám, míg az alsón az F4
felületet készre munkáló ún. hátraesztergáló kés látható
3.4.Köszörülés az EMAG gépen
A furat köszörülésére azért van szükség, mert a keményesztergálást követően a kapott
felület topográfiája szabályos, az esztergakés nagyon finom menetet (mikromenetet) vág az
anyagba. Ennek köszönhetően megfigyelték, hogy axiális irányú erő hatására a fogaskerék
axiális a menet irányába elmozdul, és nekiszorul más szinkronalkatrésznek. E hiba
kiküszöbölésére szolgál a köszörülés, mivel a határozatlan élgeometriának köszönhetően a
kapott felület topográfiája is szabálytalan lesz, ezáltal elkerülhető a fogaskerék nem
kívánatos elmozdulása. A művelet során Tyrolit furatkorongot alkalmaznak (3.6. ábra),
4%-os Rhemus TS25 ásványi olaj emulzió hűtés mellett.
20
3.4.1. Az alkalmazott furatköszörűkorong
Köszörűkorong: Tyrolit furatkorong Ø55x43xØ20 A60K8V
Technológiai adatok:
3.2. táblázat: Köszörülés technológiai adatai EMAG gépen
Megnevezés Jelölés Mértékegység Furat köszörülése
Beállítási értékek
Vágósebesség vc m/s 50
Munkadarab
fordulatszáma n 1/min 550
1. Fogásmélység ap μm 15
2. Fogásmélység ap μm 10
3. Fogásmélység ap μm 5
1. Előtolás f mm/min 0,25
2. Előtolás f mm/min 0,15
3. Előtolás f mm/min 0,08
Ráhagyás - mm 0,03
Alkalmazott
köszörűkorong - - Tyrolit furatkorong Ø55x43xØ20 A60K8V
Kiszikráztatási
idő t sec 10
Korongszabályzás - - 3db után
Korongszabályzás
vágósebessége vc m/s 50
3.6. ábra.
Az alkalmazott köszörűkorong
21
Szabályzó
fordulatszáma n 1/min 825
Szabályzó
előtolása f mm/min 400
Szabályzó
átmérője d mm 374,83
3.4.2. Korongszabályozás
A köszörűkorongok fontos és jellemző tulajdonsága az önélező képesség. Ennek
ellenére a korongokat időnként szabályozni kell.
A szabályozási korongkopás kompenzálása x irányú nullponteltolással történik.
Minden 3. darab után korongszabályozást kell végrehajtani. A szabályozás egy irányban
történik, egy fogással. A korongszabályozás technológiai adatait a 3.2. táblázat
tartalmazza. A szabályzószerszám specifikusan az EMAG cég számára gyártott, gyémánt
szegmensekkel ellátott szerszám.
4. Különféle technológiák összehasonlítása a furat-és homlokfelületek
megmunkálása alapján
Az összehasonlítás célja, hogy segítséget nyújtson a megfelelő eljárás kiválasztáshoz a
2011-GTT-19/01 rajzszámúhoz hasonló fogaskerekek megmunkálására gazdasági és
technológiai helyességet figyelembe véve.
Az összehasonlításokat a keményesztergálással készre munkált és az EMAG gépen
kombinált eljárással végzett technológiák között végeztem, hiszen itt a legnagyobb az
eltérés a kapott felületek között alaki és érdességi jellemzők szempontjából.
A vizsgálatokat a felület pontossága, érdessége, az időráfordítások és
költségráfordítások összehasonlításával végeztem.
Az összehasonlításoknál segítségemre volt, hogy az általam vizsgált fogaskerék 59-63
HRC keménysége hasonló tulajdonságokat mutatott, mint a [10] irodalomban vizsgált 61-
63 HRC keménységű fogaskerék.
A lehetséges alternatív műveleteket a 4.1. táblázatban foglaltam össze.
22
4.1. táblázat: Technológiai változatok
Megjegyzés: N - nagyolás; S - simítás
4.1.Alakhibák összehasonlítása
Számos különbség mutatkozik a keményesztergálás és köszörülés között a
gyártmány geometriájának és alaki jellemzőinek vizsgálatai során. Ezen jellemzők
ismerete fontos lehet a gyártmány funkcionalitása szempontjából, és segíti a megfelelő
eljárás kiválasztását.
Az összehasonlítást Prof. Dr. Kudrák János szakcikke alapján készítettem el [11] és
a 4.1. ábrán szemléltetem. A köralakúság. hengeresség és párhuzamosság az előírtnak
megfelel. A dolgozatomban a furat alakellenőrzésével nem foglalkoztam.
Technológia Köszörülés Kemény-
esztergálás
Keményesztergálás
és köszörülés
Kombinált
eljárás
Műveletek köszörülés:
furat
homlok-
felületek
kemény-
esztergálás:
furat
homlok-
felületek
keményesztergálás:
furat (N)
homlok-
felületek
kemény-
esztergálás:
furat (N)
homlok-
felületek
köszörülés:
furat (S)
köszörülés:
furat (S)
Alkalmazott
szerszám-
gépek száma
2 köszörű gép 1 keményeszterga 1 keményeszterga
1 köszörű gép
1 kombinált gép
Alkalmazott
szerszám-
gépek
Woumard
IPASA
200
Reform
RFS-900
Pittler PVSL-
2/1
Pittler PVSL-
2/1
Woumard
IPASA 200
EMAG
VSC-400 DS
23
vc
vw
vf
f (mm/md. ford)
Eljárások Eljárás vázlata Köralakúság Hengeresség Párhuzamosság
Esztergálás
Köszörülés
4.1. ábra.
Keményesztergálás és köszörülés összehasonlítása alakhibák alapján (kísérleti fogaskerék adatai: 16MnCr5 anyagminőségű, betétedzett, 61-63 HRC keménységű, furat
átmérő Ø68mm, hossza 24,2mm) [6]
a (mm)p
vc
vf
f (mm/ford)
24
4.2.Időráfordítások számítása, összehasonlítása
A gépi főidő és alapidő meghatározása furatmegmunkálásra
Az időértékek megállapítása számítással akkor lehetséges, ha az idő értéke és az azt
meghatározó változók közötti összefüggés ismert, és matematikailag kifejezhető. Ez így van a
gépi időnél, melyeket ismert képlet (4.1.) segítségével számítunk ki: forgácsoláskor a
szerszám által megtett útnak és az előrehaladás sebességének ismeretében kiszámítható a
fogás gépi ideje.
fn
yLit fg
(4.1.)
ahol:
tfg - a gépi főidő [min],
i - a fogások száma,
L - a megmunkált felület hossza [mm],
y - a rá- és kifutások hossza [mm],
n - a gép főorsójának percenkénti fordulatszáma,
f - a szerszám (vagy munkadarab) fordulatonkénti előtolása [mm],
A gépi főidőket az ismert képlet segítségével, egy nagyolási és egy simítási fogással számolva
határozom meg. Az alapidőket pedig a következő képlettel számolva:
Talap=Tgépi+Tcsere+Tpótlék (4.2)
Tpótlék=0 (nem számoltam vele) (4.3)
Négy féle technológiai változat – a köszörülés, a keményesztergálás, a két gépen
végzett keményesztergálás és köszörülés, és a kombinált eljárás – segítségével végzem el az
összehasonlítást. Minden technológia esetén meghatározom a furat megmunkálásának gépi
fő-, és alapidejét.
25
Köszörülés:
Tfg,N=Tfg,N1+Tfg,N2 =0,602+0,802=1,404
4.2. táblázat: Köszörülési idő értékek
Idők
Nagyolási
gépi főidő
Tgépi,N
[min]
Simítási
gépi főidő
Tgépi,S
[min]
Teljes
gépi főidő
Tgépi
[min]
Csereidő
Tcsere
[min]
Alapidő
Talap
[min]
Értékek 1,404 1,03 2,434 0,3 2,734
Keményesztergálás:
4.3. táblázat: Keményesztergálási idők
Idők
Nagyolási
gépi főidő
Tgépi,N
[min]
Simítási
gépi főidő
Tgépi,S
[min]
Teljes
gépi főidő
Tgépi
[min]
Csereidő
Tcsere
[min]
Alapidő
Talap
[min]
Értékek 0,195 0,413 0,608 0,2 0,808
26
Keményesztergálás és köszörül két gépen:
A simítást köszörüléssel végezzük. A köszörülés 2 fogással, 2 különböző előtolással
történik, ezért a következő 2 érték összege adja a simítási gépi főidőt:
Tfg,S=Tfg,S1+Tfg,S2=0,578+1,2=1,778
4.4. táblázat: Keményesztegálás+köszörülés két gépen idő értékei
Idők
Nagyolási
gépi főidő
Tgépi,N
[min]
Simítási
gépi főidő
Tgépi,S
[min]
Teljes
gépi főidő
Tgépi
[min]
Csereidő
Tcsere
[min]
Alapidő
Talap
[min]
Értékek 0,195 1,778 1,973 0,5 2,473
Kombinált eljárás:
A simítást köszörüléssel végezzük. A köszörülés 3 fogással, 3 különböző előtolással
történik, ezért a következő 3 érték összege adja a simítási gépi főidőt:
27
Tfg,S=Tfg,S1+Tfg,S2+Tfg,S3=0,048+0,08+0,15=0,278
4.5. táblázat: Kombinált eljárás idő értékei
Idők
Nagyolási
gépi főidő
Tgépi,N
[min]
Simítási
gépi főidő
Tgépi,S
[min]
Teljes
gépi főidő
Tgépi
[min]
Csereidő
Tcsere
[min]
Alapidő
Talap
[min]
Értékek 0,212 0,278 0,49 0,16 0,65
A keményesztergálás 4.2, a köszörülés 4.3. és a kombinált eljárás 4.4. időérték
táblázatait összevetve, diagramban mutatom be a jobb összehasonlíthatóság miatt. Az
eredményekből egyértelműen látszik, hogy a köszörülés a legidőigényesebb eljárás, míg a
kombinált eljárás a leggyorsabb, bár az értékek nagyon közeliek a keményesztergáláshoz.
4.2. ábra.
Különböző eljárások gépi- és alapideje
1,404
1,03
2,434
0,3
2,734
0,195 0,413
0,608
0,2
0,808
0,195
1,778 1,973
0,5
2,473
0,212 0,278 0,49
0,16
0,65
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
Nagyolási gépi főidő
Simítási gépi főidő Teljes gépi főidő Csereidő Alapidő
Idő
, t [
min
]
Különböző eljárások gépi- és alapideje
Köszörülés Keményesztergálás Keményesztergálás+köszörülés Kombinált eljárás
28
A számítások eredményeiből látszik, hogy a keményesztergálással és a kombinált
eljárással megmunkált furat gépi főideje között épp úgy nincs lényeges különbség, mint a
megmunkáló gépek előkészületi ideje között. Ez utóbbit támasztja alá, hogy a Pittler PVSL
2/1 típusú keményeszterga előkészületi ideje 12 perc, az EMAG VSC-400 típusú gépé pedig
16 perc. Ezzel ellentétben a Woumard IPASA 200 típusú furatköszörű-gép előkészületi ideje
akár 40 perc is lehet.
Releváns különbséget akkor észlelünk, ha elvégezzük a megmunkálást normál, illetve
wiper lapkákkal is. Ekkora a keményesztergálással készre munkált darab megmunkálási ideje
kisebb, ezáltal költséghatékonyabb megoldás, viszont a furat topográfiája miatt a 2011-GTT-
19/01 rajzszámú fogaskerék furatát célszerűbb kombinált eljárással megmunkálni.
A gépi főidők és darab idők eltérése jobban érzékelhető, ha a keményesztergálást és a
kombinált eljárást a köszörüléssel, illetve a keményesztergálást követő, másik gépen végzett
furatköszörülés technológiájával hasonlítjuk össze.
A különbségeket a 4.3. ábrába rendeztem össze, a [10] irodalom segítségével
felhasznált adatok alapján:
4.3. ábra.
Különböző megmunkálási eljárások összehasonlítása idő alapján (kísérleti fogaskerék adatai: 16MnCr5
anyagminőségű, betétedzett, 61-63 HRC keménységű, furat átmérő Ø66mm, hossza 28,35mm) [10]
2,77
4,55
0,67
1,14
0,22
0,6
2,38
2,97
0,66
1
0,58
0,84
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Gépi főidő Darab idő
Idő
, t [
min
]
Köszörülés
Keményesztergálás normál lapkával
Keményesztergálás wiper lapkával
Keményesztergálás+köszörülés
Kombinált eljárás normál lapkával
Kombinált eljárás wiper lapkával
29
4.3.Költségráfordítások összehasonlítása
Az alábbi táblázatban (4.5. táblázat) költséghatékonysága szempontjából hasonlítom
össze a keményesztergálás, a köszörülés és a kombinált eljárás technológiáját. A számítások
során a kombinált eljárás költségét hasonlítom először a keményesztergáláshoz, aztán pedig
két gépen történő keményesztergálás utáni köszörüléshez, mivel itt mutatkoznak legjobban az
eljárások közötti különbségek műveleti költségek szempontjából.
4.6. táblázat: Költségek összehasonlítása
Művelet Keményesztergálás Köszörülés Kombinált eljárás
Megmunkáló gép Pittler PVSL 2/1 Woumard
IPASA 200
EMAG VSC-400 DS
Gépköltség [€/h] 20,21 24,92 27,88
Gyártóeszköz költség
[€/h]
4,2 4,2 4,2
Órabér [€/h] 20 20 20
Műveleti idő [min] 1,76 0,98 1,789
Személyi idő [min] 0,61 0,34 0,62
Bérköltség [€/db] 0,203 0,113 0,207
Darabonkénti
gépköltség [€/db]
0,593 0,407 0,831
Gyártás irányítás
költség [€/db]
0,208 0,136 0,272
Külső gyártóeszköz
költség [€/db]
0,123 0,069 0,125
Műveleti költség
[€/db]
1,127 0,725 1,435
ű ö é á ű ö é á
ű ö é á ö ö ü ű ö é á
Számítási magyarázat:
60 db-os sorozatra számoltam;
30
az egyes szorzó számok a ZFH által megállapított tényező.
A számításból kiderül, hogy keményesztergálással végzett eljárás költséghatékonyabb
darabonként, mint a kombinált eljárás, azonban az EMAG gépen történő megmunkálás
működés szempontjából kedvezőbb felületi minőséget eredményez a mikrogeometriában.
Szerelhetőség szempontjából, illetve a technológia fejletsége miatt ezt az eljárást részesítik
előnyben befejező megmunkálásként. Ha a keményesztergálás után másik megmunkáló gépen
köszörülést is végzünk a megfelelő topográfia elérése érdekében, akkor egyértelműen kiderül,
hogy a kombinált eljárás a legköltséghatékonyabb az eddig alkalmazott technológiák közül.
Feltételezve, hogy 1 munkás 1 gépet kezel, a kombinált eljárás bérköltség szempontjából is
megtakarítást jelent, hiszen az EMAG géppel létrehozható felület mikrogeometriájának
eléréshez más technológiáknak két gépre van szükségük. Ezáltal a munkaidő is csökken, nem
beszélve a mellékidőkről, amik a ráállási idők miatt akár kétszer akkorák lehetnek, mint az
EMAG gép esetén.
Mindezeket figyelembe véve kijelenthető, hogy költségráfordítás szempontjából is
érdemesebb a kombinált eljárást alkalmazni olyan munkadarabok esetén, ahol a furat kúpos
felületen illeszkedik, vagy esetleg csapágyazott, vagy tömítés és kenés szükséges a megfelelő
működéséhez.
4.4.Felületi érdesség összehasonlítása
A köszörült, illetve keményesztergált felület érdességének összehasonlítását már a 3.1.
ábrán, Prof. Dr. Kudrák János kutatása alapján bemutattam [6]. Az ábrából kilvasható, hogy
nincs jelentős különbség az érdességek között: az Ra értékek szinte megegyeznek, míg az Rz,
az Rz3 és az Rp érdességi jellemzőknél a keményesztergált felület érdessége valamivel jobb,
míg az Rv és az Rt értékeinél szembetűnőbb a különbség.
Mivel a felület érdességét legjobban az Rz és az Ra értékeivel lehet szemléltetni, ezért
a későbbiekben bemutatandó kísérleti vizsgálataim eredményei alapján szemléltetem ezen
értékek eltérését a 4.4. és 4.5. ábrák segítségével. A méréseket a Miskolci Egyetem
31
Gépgyártástechnológiai Tanszék Mitutoyo Surftest SJ-301 típusú érdesség vizsgálóval,
minden ötödik munkadarabon végeztem.
Igaz, hogy keményesztergálással elérhetők a köszörülésnél előírt érdességi értékek –
sőt akár jobbak is –, de tömítéseknél vagy kúpos felületeknél kizárandó a köszörülés
kihagyása. Ez alapján megállapítható, hogy keményesztergálás alkalmazása csak akkor
lehetséges, ha a működési körülmények nem teszik szükségessé a szabálytalan
mikrogeometriát a kapcsolódó felületeknél.
4.4. ábra.
Köszörült és keményesztergált felület Rz érdessége
4.5. ábra.
Köszörült és keményesztergált felület Ra érdessége
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Érd
ess
ég,
Rz
[µm
]
Munkadarab sorszáma
Köszörült furat Keményesztergált homlokfelület
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Érd
ess
ég,
Ra
[µm
]
Munkadarab sorszáma
Köszörült furat Keményesztergált homlokfelület
Előírt Rz érdesség
32
Az általam vázolt eredményeket összevetettem Prof. Dr. Kundrák János kutatásainak
eredményeivel. Az összehasonlítást segíti, hogy az általam és a Professzor Úr által mért
munkadarab furata között mindössze 2mm az eltérés átmérőn. A saját méréseimet átlagoltam
és kiszámítottam az eredmények szórását, ezeket a 4.6. ábra mutatja be.
4.6. ábra.
A mért érdességi jellemzők statisztikai adatai
Az Ra értékek esetén látszik, hogy minimális (0,1 μm belüli) az eltérés a köszörült és a
keményesztergált felület között. Észrevehető, hogy a saját méréseim és Prof. Dr. Kundrák
János eredményei is nagyon közel vannak egymáshoz.
Az Rz érdességi jellemzők esetén megfigyelhető, hogy mindkét kutatás eredményeként a
keményesztergált felület bizonyult jobbnak, a különbség 0,5 μm körüli. Viszont a saját
méréseim Rz átlagértékei nem mentek 2 μm fölé, ez azzal magyarázható, hogy a 2011-GTT-
19/01 rajzszámú fogaskerék megmunkálását ideálisabb technológiai adatok mellett végezték.
Az Rz értékek mérését és vizsgálati eredményeit a 5. fejezetben mutatom be részletesen.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
Ra átlaga Ra szórása Rz átlaga Rz szórása
0,225
0,035
1,929
0,348 0,306
0,029
1,534
0,159
Érdesség (μm) Ø70
Köszörült furat
Keményesztergált homlok
33
5. Kísérletek a furat és homlokfelület érdességének meghatározására
Kísérleteim célja, hogy érdesség szempontjából megvizsgáljam és összevessem a
keményesztergálással készre munkált homlokfelületet a keményesztergálással nagyolt, majd
köszörüléssel simított furattal. Célom tovább, hogy a kapott eredmények függvényében
következtetéseket vonjak le.
A vizsgálatokat Mitutoyo Surftest SJ-301 típusú 2D-s érdességvizsgálóval végeztem a ZF
Hungária Kft. megmunkáló csarnokában. Az érdességvizsgáló műszer a Miskolci Egyetem
Gépgyártástechnológiai Tanszék tulajdona, amit a mérések idejére a ZFH-ba telepítettünk. A
méréseket rövid betanítás után személyesen végeztem el a széria első 100 darabjának minden
5. alkatrészén. Minden fogaskeréken megmértem a Z1 furat, illetve az F1-es homlokfelület
érdességét (2.4. ábra). A mérési eredményeket az érdesség vizsgálóval összekötött számítógép
rögzítette és tárolta. Ezeket az adatokat felhasználva Excel táblázatban összesítettem, és
diagram formájában szemléltetem a mérési eredményeket (5.1. ábra).
5.1. ábra.
Érdesség mérés eredménye
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
1 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
Érd
ess
ég,
Rz
[µm
]
Munkadarab sorszáma
Köszörült furat
Keményesztergált homlokfelület
Előírt Rz érdesség
34
5.1.Forgácsolt felület érdessége
Az érdességi jellemzők bemutatását és kiszámításukra vonatkozó összefüggéseket a
M02 melléklet tartalmazza a [2] irodalom alapján.
Kísérletek során a méréseim által kapott adatok közül az Ra és Rz érdességi
jellemzőket vettem figyelembe, hiszen ezek tükrözték a legjobban a felület állapotát a
szerszámkopás függvényében. A ZF Hungária Kft. az Rz értékeket írja elő a műhelyrajzokon,
és általában e szerint végzi az érdesség ellenőrzését.
5.2.Furat érdességének vizsgálata
A köszörült furat érdesség mérésének eredményéből kapott Rz értékeket diagramba
rendeztem (5.2. ábra). A diagram képéből a várt eredmény olvasható le. Az érdesség Rz=2μm
érték körül ingadozik, ez tökéletesen megfelel az előírt Rz=4μm kritériumnak. Az is jól
látható, hogy az érdesség egyszer csökken, majd pár darabot követően nő, és aztán ismét
csökken. Az érdesség szóródása nyilván a korong kopási állapotának és az újraélezésének is a
függvénye. Ez a tendencia követhető végig a kísérlet során, amely változás a köszörűkorong
önélező képességének és a 3 darabonkénti köszörűkorong lehúzásnak(élezésnek) köszönhető.
Előírt Rz érdesség
Rz átlag érték
„Tartalék”
5.2. ábra.
Rz eredmények részletes ismertetése a furaton
35
5.4. ábra: Köszörült felület topográfiája [8]
A 5.2. ábra alapján megállapítható, hogy nagy érdességi (technológiai) tartalékkal
rendelkezik a megmunkálás. A műhelyrajzon előírt Rz4 értéket meg sem közelítik a mérési
eredmények, ez azt jelenti, hogy az Rz-re vonatkozó átlagértékek nagy biztonságot adnak a
minőségi gyártáshoz. Megítélésem szerint ez a tartalék túl nagy, az esetleges technológiai
adatok változtatásával (pl.: az előtolás növelésével) megnövelhető a termelékenység. A
változtatás következtében az Rz értékek növekednének, viszont még mindig a kritérium alatt
maradnának.
A 5.4. ábra a köszörülési eljárással megmunkált felület topográfiáját szemlélteti [8]. A
ZFH a megmunkált fogaskerekeken nem végez 3D-s érdesség mérést, csak 2D-s vizsgálatokat
(5.3. ábra). Azonban a szemléletesség és összehasonlíthatóság érdekében mellékeltem a 3D-s
ábrát. Az ábra jellegzetes köszörült felületet, köszörülés utáni szabálytalanságokat mutat.
5.3. ábra: Megmunkált furat 2D-s mérési profilja
36
5.3.Homlok érdességének vizsgálata
A homlokfelület megmunkálásánál, néhány 10 darab esztergálása után sem észleltünk
kimutatható szerszámkopást, illetve ennek következtében érdesség romlást. Ez annak tudható
be, hogy az F1-es homlokfelület csupán 5mm széles, tehát nem nagymértékű a
forgácsleválasztás. A használt lapka élettartalma viszont nagy, a rövid megmunkálás miatt
kopása kismértékű, akár 4-5 százas sorozatot is kibír lapkacsere nélkül. Ezzel magyarázható,
hogy nem mutatkozott ennyi darabon belül a várt (csökkenő) tendencia.
5.5. ábra.
Rz eredmények részletes ismertetése a homlokfelületen
„Tartalék”
Rz átlag érték
Előírt Rz érdesség
37
5.6. ábra.
Megmunkált homlokfelület 2D-s mérési profilja
5.7. ábra: Keményesztergált felület topográfiája [8]
A homlokfelületek érdességvizsgálatánál még nagyobb „tartalék” figyelhető meg. Itt
az előírt érdesség Rz=7μm, a kapott átlag érdesség pedig mindössze Rz=1,5μm. Itt is lehetne
változtatott technológiai adatokkal (pl.: nagyobb előtolással) dolgozni. Az 5.7. ábra a
keményesztergált felület 3D-s topográfiáját szemlélteti. Észrevehető a különbség az 5.4.
ábrára visszatekintve mikrogeometria szabályosságát tekintve, látszódik a lapka által
létrehozott mikromenet.
5.4.Egy furat és egy homlokfelület mérési eredményének bemutatása
Az érdességméréseim során a kapott eredményt az érdesség vizsgálóval összekötött
számítógép Excel táblába összesítette, illetve a Mitutoyo Surftest SJ-301 típusú
érdességvizsgálóval (5.8. ábra) is kinyomtattam az ide vonatkozó eredményeket. A vizsgálati
eredményeket a 65. fogaskerék furatán és homlokfelületén mutatom be (5.9 és 5.10. ábra).
38
5.8. ábra.
Mitutoyo Surftest SJ-301 típusú érdességvizsgáló
Furat:
A számítógép először a mért és az R profilt (l. M02 melléklet) rajzolja meg és a
tapintó tű elmozdulásának függvényében (5.9. ábra felső és alsó diagram). A profilok
jellegéből jól kivehető, hogy a furat köszörüléssel lett megmunkálva, ezt mutatja a
szabálytalanul változó profil.
5.9. ábra.
A furat érdességi diagramja
A profilok megrajzolása után a program táblázatba rendezve kiírja a kapott érdességi
értékeket, ezen kívül feltünteti az érdesség vizsgáló gép típusát és a hozzá tartozó program
verziószámát (5.1. táblázat).
39
Kapott értékek táblázatba rendezve: 5.1. táblázat: Furat érdességi jellemzői
Érdességi jellemző Mért érték Átlag érték
Ra 0.21 μm 0,23 μm
Rz 1.69 μm 2,01 μm
Rq 0.27 μm 0,3 μm
Rt 1.87 μm 2,4 μm
Rp 0.64 μm 0,79 μm
Rv 1.05 μm 1,21 μm
Rmr(c) 1.1% 0,725%
R3z 1.41 μm 1,455 μm
Rmr 100% 100%
Rsk -0.57 -0,678
Rku 3.38 5,14
Homlokfelület:
A homlokfelület mérésénél hasonló a kapott eredmény. Eltérés leginkább a kirajzolt
profilban figyelhető meg, hiszen itt a köszörült profillal ellentétben szabályosságot
fedezhetünk fel, ami a szabályos élgeometriájú esztergakés és az előtolás által alakított profil
képét mutatja (5.10. ábra).
5.10. ábra.
A program eredménye a homlok felület érdességénél
40
A kapott érdességi értékek közel megegyeznek a furaton mért értékekkel, ez annak
tudható be, hogy a keményesztergálással történő megmunkálás biztosítani tudja a
köszörüléssel elérhető egyes felületi érdességi értékeket (pl.: Rz), de tp hordozóhosszak
eltérőek.
Kapott értékek táblázatba rendezve: 5.2. táblázat: Homlokfelületek érdességi jellemzői
Érdességi jellemző Mért érték Átlag értékek
Ra 0.37 μm 0,32 μm
Rz 1.42 μm 1,51 μm
Rq 0.40 μm 0,381 μm
Rt 1.42 μm 1,345 μm
Rp 0.76 μm 0,794 μm
Rv 0.66 μm 0,71 μm
Rmr(c) 3.5% 2,7%
R3z 1.28 μm 1,24 μm
Rmr 100% 100%
Rsk -0.33 -0,51
Rku 1.57 1,94
A tanszéki Mitutoyo Surftest SJ-301 érdességvizsgálóval nyomtatott eredmények:
A Mitutoyo Surftest SJ-301 érdességvizsgáló által közölt információk bővebbek, mint
a vele összekötött számítógéptől kaptam. Itt az érdesség vizsgálat adatait is le lehet olvasni,
köztük a tapintótű előtolásának mértékét, a mérés sebességét és a mérési hosszt. Az érdességi
jellemzők felsorolása ugyanaz, mint a számítógépes változatban, viszont a megrajzolt R-profil
eltérő, mivel itt a hordozóhosszt ábrázolja százalékos értékben. Eltérés, hogy a köszörült
profil Gauss-görbe alakú, míg a keményesztergált felület profilja egyenetlenül növekvő
függvény.
Az 5.11. ábrán szemléltetem a kinyomtatott mérési eredményeket. Ezek 4db
fogaskerékről készültek (10, 25, 35 és 75. darab), amelyeknél a keményesztergált homlok és a
köszörült furat Rz érdesség értékei közel egyformák voltak, mivel így a legcélszerűbb a
kapott hordozóhossz eredményeket összehasonlítani.
41
5.11. ábra.
A Mitutoyo Surftest SJ-301 érdesség vizsgálóval készített mérési eredmények
Keményesztergál
t
Keményesztergál
t
Keményesztergál
t
Keményesztergál
t
Köszörült Köszörült
Köszörült Köszörült
42
5.5.Következtetés levonása a kapott kísérleti eredményekből
A kísérletek során kiderült, hogy EMAG gépen végzett kombinált eljárás tökéletesen
biztosítja a műhelyrajzon előírt Rz4-es (Rz≤4μm) érdességet. Mind a köszörült furat, mind a
keményesztergálással készremunkált homlok felületek esetén az érdességi értékek jóval a
megengedett alatt helyezkednek el, ennek következtében jelentős „tartalékkal” rendelkezik a
technológia. Ez a „tartalék” biztonságossá teszi a minőségi gyártást, viszont lehetőséget ad
bizonyos gyártási adatok megváltoztatására, növelésére. Ajánlott például nagyobb előtolással
dolgozni, ezáltal bizonyos fokig növelhetjük a termelékenységet és ebből következően idő
valamint költséghatékonyabbá tehetjük a gyártást.
A köszörült furatnál látszik, hogy az Rz átlagértékek közel 0,5 μm-rel rosszabbak,
mint a keményesztergálással megmunkált homlokfelületen. Ez köszönhető a köszörűkorong
által létrehozott szabálytalan topográfiának, viszont ez a mikrogeometria elengedhetetlen a
2011-GTT-19/01 rajzszámú fogaskerék megfelelő működéshez.
Azonos Rz értékek mellett a hordozóhossz értéknek különbsége is jelentős a furatot és
a homlokfelületet összevetve. A Mitutoyo Surftest SJ-301 érdesség vizsgálóval nyomtatott
eredményekből kiolvasható, hogy a köszörült furat esetén a hordozóhossz értéke a mélység
növekedésével exponenciálisan növekszik. Ebből kiderül, hogy a felület egyenletesebb, mint a
keményesztergálással létrehozott mikromenet esetén, így a furatba illesztett alkatrész
felfekvése is kedvezőbb lesz, ezáltal megnövelve az alkatrész szabályos működésének
élettartamát.
43
6. Összefoglalás
Feladatom volt egy nagy teljesítményű sebesség váltó betétedzett fogaskerék furat
megmunkálásnak vizsgálata. A kutatást abból a célból végeztem el, hogy négyféle
technológiai variánst figyelembe véve a legkedvezőbbet ki tudjam választani. A vizsgált négy
féle technológia variáns a következő: köszörülés, keményesztergálás, köszörülés és
keményesztergálás két gépen és kombinált eljárás EMAG géppel egy felfogásban. A
vizsgálatokat elvégeztem idő, költség, felületminőségi (pl.: érdesség) és alaki jellemzők
figyelembe vételével. Előzetes vizsgálatok és az általam végzett érdességmérések alapján a
következőket állapítottam meg:
A ZF Hungária Kft. által előírt érdességet nagy biztonsággal elő lehet állítani
köszörüléssel és keményesztergálással is. Jelentős különbséget a létrehozott felület
mikrogeometriájában kapunk, míg köszörülés során szabálytalan a kapott topográfia, addig
keményesztergálásnál szabályos. Az esztergakés által kialakított mikromenet gondot okozhat
a 2011-GTT-19/01 rajzszámú és hozzá hasonló munkadarabok esetén. Ezért csapágyazásnál,
kúpos felületeknél és tömítésnél kizárandó ok a köszörülés elhagyása.
Összevetve a négy technológiai változatot megállapítottam, hogy az EMAG gépen
végzett kombinált eljárás a legkedvezőbb a furat megmunkálására. A kapott vizsgálati
eredmények alátámasztják, hogy a termelékenység és a költségráfordítás szempontjából is
leghatékonyabb a kombinált eljárás. Az egy gépen, egy felfogásban végzett megmunkálás a
gazdaságosság és kiváló minőség mellett nagy biztonságot nyújt a korszerű fogaskerék
gyártásának, ezért a ZF Hungária Kft-ben a legtöbb fogaskerék megmunkálása is EMAG
gépen történik kombinált eljárással.
44
7. Köszönetnyilvánítás
A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelegű projekt
részeként az Európa Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával
valósul meg.
Emellett külön köszönet jár Dr. Szabó Ottó egyetemi docensnek, konzulensemnek a
tanulmány elkészítése során nyújtott támogatásért.
Miskolc, 2012. május 03.
Sas Péter
IV. éves gépészmérnök
BSc hallgató
45
8. Irodalomjegyzék
[1] ZF Hungária Kft, Belső üzemi dokumentáció, Eger, 2011.
[2] Mitutoyo Surftest SJ-301 Surface Roughness Tester User’s Manual, Mitutoyo No.
99MBB091A, Series No. 178
[3] http://www.emag.com/machines/turning-machines/production-vsc/vsc-400.html, 2011. 08. 03.
[4] http://www.muszaki-magazin.hu/hirek/VSC_400_MODULAR, 2011. 08. 03.
[5] Gégény János: Precíziós megmunkálások gyémánt és köbös bórnitrid szerszámokkal,
Biomed Center Bt., Nyírtelek, 2006,
[6] Dr. Kudrák János: Gépalkatrészek működő felületeinek élettartam növelő megmunkálása,
II. Magyar Karbantartási Konferencia, Dunaújváros, 2010. augusztus 30-31.,
http://91.146.176.220/mkk2010/DrKundrakJanosProf.pdf, 2012. 05. 03.
[7] Dr. Kundrák János, Vajda Gyula: Keményesztergálás összehasonlító vizsgálata
éltartamkísérletek alapján, Fiatal Műszakiak Tudományos Ülésszaka, Kolozsvár, 2000.
március 24-25, pp 184-187.
[8] Dr. Kundrák János: Környezetbarát precíziós forgácsolás, IX. Országos Gépész Találkozó,
Kolozsvár, 2001. április 26-29, pp 159-161.
[9] http://industria-dohmen.hu/szakcikkek_reszletei.php?cmnewscmd=view&cmnewsid=
IDMN400e43feb7a0f41a3c4bfb0ac76bdab8, 2011. 08. 03.
[10] Prof. Dr. Kundrák János, Dr. Deszpoth István, Szabó Gergely: Joint application and
combination of hard turning and grinding in precision machining, XXV. microCAD
International Scientific Conference, 2011, Miskolc, pp 111-117.
[11] Dr. Kundrák János, Bana Viktória, Gyáni Károly, Szabó Sándor, Tolvaj Béla: Invest-
igation of process characteristics of dry machining and quality of the machined surface in
hard turning, OTKA, Miskolc, 2007., http://real.mtak.hu/860/1/42962_ZJ1.pdf, 2012. 05. 03.
[12] http://www.rozmaring.hu/termekek/tyrolit/termek_ismerteto_es_ajanlas.pdf, 2012. 04. 25.
[13] http://www.emag.com/de/maschinen/drehmaschinen/produktion-vsc/vsc-400.html, 2011.
08. 03.
46
M01 – Fogaskerék műhelyrajza (részlet)
2011-GTT-19/01
47
M02 – Forgácsolt felület érdességi jellemzői
A forgácsoló megmunkálásoknál létrehozott felület érdességét nagyszámú tényező
befolyásolja: a képződő forgács típusa, a szerszám élgeometriája, a munkadarab anyaga, az
alkalmazott forgácsolási paraméterek, hűtő-kenő anyagok alkalmazása, stb.
A felületi érdesség vizsgálatánál célszerű egyszerűsített modellt alkalmazni, melynek
segítségével a felületi érdesség elméleti értéke számítható, majd mérések segítségével
meghatározható a felületi érdesség tényleges értéke.
A megmunkált felület érdességét jellemző legfontosabb paramétereket mutatja [2]:
Általános érdesség (Ra): az észlelt profil pontjainak a középvonaltól mért átlagos távolsága
az alaphossz tartományban.
(1)
48
Maximális egyenletlenség (Rm): A tető és fenékvonal közötti távolság.
(2)
Simasági mérőszám (Rq): A profileltérések négyzetes középértéke. A középvonal feletti és
alatti területek azonosak.
(3)
Egyenletlenség magasság (Rz): Az öt a legmagasabb és az öt legalacsonyabb profilpontok
távolsága egy tetszőleges alapvonaltól.
(4)
49
Maximum profil magasság (Rp): a profil maximális csúcsértéke fölötti számított hossz
(5)
A profil legnagyobb völgymélysége (Rv): a maximális profil völgymélysége fölötti
számított hossz
(6)
Profil totális magassága (Rt): a profil maximális csúcsérték és völgymélység összegének
számított értéke
Profil ferdeségi tényező (Rsk): Rsk képviseli a torzítás mértékét az érdességi amplitúdó
görbén
(7)
Profil ferdeségi tényező (Rku): Rku képviseli a koncentráció mértékét az átlag és az
amplitúdó között.
(8)
Hordfelületi görbék: Rmr
Átlagos csúcs és völgy közötti pont: R3z
Anyag és a profil közötti ráció (Rmr(c)):
(9)
50
Hordozóhossz (lp): A bi tetővonaltól p távolságra lévő metszet
(10)
Viszonylagos hordozóhossz (tp):
(11)
R profil: a kapott profil szűrése a hullámhosszak függvényében [2]