MEGMUNKÁLÁSA A FELÜLETI RÉTEG TÖMÖRÍTÉSÉVEL · A felületi réteget els ősorban fárasztáskor éri károsodás. Tartósságnövel őmechanikai megmunkálásokkal: • az

Miskolci Egyetem, Gyártástudományi Intézet, Prof. Dr. Dudás Illés

KÜLSŐ HENGERES FELÜLET ÉLETTARTAM-NÖVELŐMEGMUNKÁLÁSA A FELÜLETI RÉTEG

TÖMÖRÍTÉSÉVEL

7.1. Tartósságnövelő megmunkálások

Gépek működésekor a legtöbb igénybevételelsősorban a gépelemek felületét vagy bizonyosvastagságú felületi rétegét érinti. [77] [114]

A megmunkált felület mikrogeometriája hat:• a gépelem kopásállóságára,• fárasztáskor a feszültséggyűjtő hatáson keresztül a

kifáradásra.


A felületi réteget elsősorban fárasztáskor éri károsodás.

Tartósságnövelő mechanikai megmunkálásokkal:• az érdesség esetenként hatékonyabban csökkenthető

mint forgácsolással,• a felületi réteg tulajdonságai hőkezelés nélkül is

nagymértékben javíthatóak.

Élettartam és üzembiztonság (megbízhatóság) növeléseelérhető:

• a konstrukció tökéletesítésével,• megfelelő anyagválasztással,• felületi minőség javítással.


1. Kérgesítő eljárások hőkezeléssel.Kérgesítő eljárások hőkezeléssel (felületi edzéssel) éstermokémiai kezeléssel (kéregötvözéssel)Ezek az eljárások a felületi réteg tulajdonságait:• hőhatással (felületi edzés),• szénnel, nitrogénnel, krómmal, stb. elemmel való

dúsítással, (cementálás, nitridálás, nitrocementálás,diffúziós krómozások) és a dúsított réteg edzésévelváltoztatják meg.

2. Feltöltő hegesztés, fémszórás:Célja:Az alkatrészek élettartamának és üzembiztonságánaknövelése, a hasznos felületre felvitt jó üzemeltetésitulajdonságokat biztosító anyaggal.


Alkatrészek működő felületeinek bevonása:• fémes, krómos és kemény nikkelezés,• nemfémes bevonatok, műanyag bevonat.

A tartósságnövelés céljából alkalmazott mechanikaimegmunkálásokat felületszilárdító megmunkálásoknaknevezzük.A megmunkálandó felületet érő hatások jellege szerint afelületszilárdító megmunkálás lehet:

• felületvasalás,• felülethengerlés• ütőtestes felületszilárdítás


Számos elméleti és kísérleti eredménnyelbizonyítható, hogy ha az elemek működő felületét (felületirétegét) hideg-képlékeny alakítással (keményítjük)szilárdítjuk, élettartamuk megnő, azaz a koptató éskorróziós hatásnak jobban ellenállnak.

A felületszilárdítás eredményeként a nagyobbélettartam az alábbi okokra vezethető vissza:

• nő a felület keménysége,• csökken a felület érdessége,• nő a hordfelület-hányad.


7.2. Külső hengeres felület vasalása

7.2.1. A vasalás elmélete

Felületvasaláskor a munkadarab felületi érdességétcsökkentjük, felületi szilárdságát növeljük. A felületi rétegszilárdítását a megmunkálandó anyagnál jóval keményebbanyagú szférikus felületű (pl.: gömb alakú) szerszám és aszilárdítandó felület csúszási súrlódáskor végbemenőkölcsönhatása eredményezi.

A KHF-ek gyémántszerszámmal történő

vasalását képlékenyen alakítható anyagoknálalkalmazzák. KHF-ek vasalását esztergán vagy egyszerűcélgépen is végezhetik (7.1. ábra).


1

2

3

4

7.1. ábraA gyémántvasalás

vázlata1. feszítőcsavar a

vasalóerő beállításra,2. mérőóra,3. gyémánt végű vasaló

szerszám,4. munkadarab [77]


A felület érdességét és a felületi réteg szilárdítását amegmunkálandó anyagnál jóval keményebb anyagúszerszám és a szilárdítandó felület csúszási súrlódáskorvégbemenő kölcsönhatás eredményezi.

Szerszámanyag: gyémánt (Rs = 0,6 – 4 mm).

Lényeg: a vasalószerszám alakító eleme gyémánt-gömbszelet, mely méretezett rugó segítségével, megfelelőnyomóerővel alakítja a vasalandó felületet.

.


7.1. táblázat

A munkadarabGeometriai

adatokTechnológiai adatok

Anyag-minősége

Kemény-sége

Rs(szerszám sugár, mm)

Vasalási sebességv (m/min)

Előtolásf

(mm/ford)

Vasaló-erő

(F/N)

Át-vasalási

szám

Szerkezeti acélok

HB 300 2-3 40-120 0,02-0,1 60-150 1-3

Közepes keménysé-gű hőkezelt acélok

HRC 35-20 2-3 30-150 0,02-0,1 0-120 1-2

Edzett cementált acélok

HRC 50-65 0,6-1,2 20-100 0,01-0,06 30-80 1

Alumínium ötvözetek

HB 140-180 3-4 70-150 0,04-0,1 60-100 1-2

Bronz és réz ötvözetek

HB 100-180 4 70-120 0,04-0,08 60-80 1

Külső hengeres felületek vasalásának technológiai adatai


PontosságIT: 6-10 függ az előgyártmány pontosságától.

Termelékenységtg – (gépi főidő) hasonlóan számítható, mint

esztergáláskor.

Felületminőségre hatással vannak a következők:• A technológiai adatok hatása a felület érdességére,

KHF esetén Ra=0,04-0,16 µm,• A technológiai adatok hatása a felület

mikrokeménységére: felkeménye-dés jön létre,• A megmunkálás eredményeként nyomó maradó

feszültség keletkezik a felületi rétegben.


Jellemzői:• Az alakító elem (szerszám) és az alakított felület

között csúszó súrlódás van.• Az alakítási zónában rendszerint azonos

szerszámfelület deformálja az anyagot.• Kemény- (63-65 HRC) és lágy anyagok

megmunkálására alkalmazható.

A szerszámok különböző konstrukciós kialakításúaklehetnek:

• esztergakés-szerű,• üregelő tüske alakú,• golyó,• tárcsa alakú, stb.


A megmunkálás történhet:

• merev szerszámkonstrukcióval,

• rugalmas szerszámkonstrukcióval.

Az 1÷2 karát nagyságú gyémántot alacsony

olvadáspontú fémmel rögzítik a tartóba, amelyet

szférikusra vagy hengeresre munkálnak.


12

0°

15

0°

R1,2;3,4

3

2

1

a) b)

12

0°

15

0°

R3,35

1

23

7.2. ábra Vasalógyémánt befogása a) hengeres, b) szférikus,1. vasalógyémánt, 2. foglalófém, 3. foglalat


A vasalt felület átlagos érdességét a vizsgált értékhatárok

között a vasalási előtolás, illetve a sebesség növelése

növeli, a vasalóerő növekedése pedig egy darabig

csökkenti, majd növeli (7.3. ábra) [77].


200 400 6000.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.04 0.08 0.12

100 200 300

F, N

mm/ford

v, m/min

0

f,

Ra

mµ

F, N

v, m/min

f, mm/ford

100

0.04

200

0.08

300

0.12

200 400 600

5200

4600

4000

34000

HV

M ,

MN

/m2

7.3. ábra A technológiai adatok hatása a felület

érdességére gyémántvasaláskor

7.4. ábra A technológiai adatok hatása a felület mikro-

keménységére gyémántvasaláskor


A vasalt felület mikrokeménysége a vasalási előtolás

növelésével csökken, a vasalóerő és a vasalási sebesség

növelésével nő (7.4. ábra) [77].

Az esztergálás illetve köszörülés után F = 196 N

vasalóerő, v = 93 m/min vasalási sebesség, f = 0,08

mm/ford. előtolás alkalmazásakor, esztergálással kialakított

maradófeszültségek nagysága és eloszlásának jellege

számottevően megváltozik (7.5. ábra) [77].


300

0

-300

-600

-900

-12000 100 200 300 400

köszörülés

esztergálás

esztergálás+vasalás

köszörülés+vasalás

m

,MN

/m2

σ

l, m

7.5. ábra A felületi rétegben maradó feszültségek különféle megmunkálások esetén


7.2.2. Gyémántvasalás technológia kísérletei

A dugattyúcsapok (∅15 x 100 mm) karbantartásánál,

külső hengeres felületeinek megmunkálásánál a kedvező

szilárdsági tulajdonságok eléréséhez gyémántvasalást

alkalmaztunk.

Így a megmunkálási mikrogeometriai egyenetlenségek

csökkenthetők voltak és kedvező nyomó maradó

feszültség alakult ki a felületközeli rétegben


7.2.2.1. Kísérleti körülmények és a technológiaiparaméterek

A megköszörült dugattyúcsapokat E400/1000 típusúcsúcseszterga gépen vasaltuk. A munkadarab befogását a7.1. ábra szemlélteti.


Bemenő adatok:• vasaló erő: Fv min=125N; Fv max=150N,• vasalási előtolás: f v min=0,0203 mm/ford; fv max=0,05 mm/ford,• vasalási sebesség: vv min=60 m/min; vv max=83 m/min.

Állandó jellemzők:• a dugattyúcsap keménysége: HRC∼55• a köszörült csap geometriai méretei: φ24,9 x 100 mm,• a köszörült felület átlagos érdessége (Ra)• és maximális érdessége: mR ka µ36,0

1=

mR k µ27,31max =

• szerszámelfordítási szög: °= 0α


Vasaláskor a szerszám csak egyszer alakította afelületet, miközben bő mennyiségű olajkenéstalkalmaztunk.

A vasalás utáni vizsgált paraméterek voltak: a köszörültfelület átlagos érdessége Ra1v és a köszörült felületmaximális érdessége Rmax1v.(7.2. táblázat)


7.2. táblázat

Köszörülés utáni felületi érdességek Beállított paraméterek

Vasalás utáni mért felületi érdességek

fv vv Fv

mm/ford m/min N

2,66 0,33 0,020360 125

1,03 0,112

3,32 0,33 0,0500 1,92 0,260

3,39 0,37 0,020383 125

0,70 0,096

3,32 0,37 0,0500 1,40 0,180

2,79 0,37 0,020360 150

0,75 0,100

3,89 0,42 0,0500 1,18 0,160

3,53 0,43 0,020383 150

0,97 0,130

2,95 0,34 0,0500 1,20 0,150

Köszörülés és vasalás utáni felületi érdességek

gRmax, gaR , vRmax, vaR ,

mµ mµ


.

7.2.2.2. Mikrogeometriai jellemzők vizsgálata

A Faktoriális Kísérlettervezési módszert alkalmaztuk akísérleti paraméterek időrendi sorrendjénekkialakítására.

A vasalás utáni felületérdességek számításáraszolgáló képleteket az alakhibák szerint írtuk fel:

m

v

m

v

m

vvv FvfCRm

δγα ⋅⋅⋅=1max (7.1)

a

v

a

v

a

vvava FvfCRδγα ⋅⋅⋅=

1 (7.2)


A konkrét kísérletek után a Faktoriális Kísérlettervezési

módszer lépéseit alkalmazva, a cvm, cva, αm, αa, γm, γa, δm és

δa értékei meghatározhatók voltak. Ezen konstansokat és

kitevők értékeit az (7.1) képletre vonatkozóan a 7.3. táblázat

tartalmazza.

7.3. táblázat

Cvm=e218,152 γm = -(41,9107-8,2493 ln Fv)

αm =(11,5073-0,2899 ln vv-1,9766 ln Fv)

δm = -42,7924

(7.1) képlet konstansainak és kitevőinek értékei


. Megjegyzendő, hogy a (7.2) képlethez tartozókonstans és kitevő értékek is meghatározásra kerültek,azonban itt nem kerülnek közlésre.

A felületi érdesség változásáról jobb képet kapunk, hacsak a javulást, a vasalt és a köszörült felület közöttikülönbséget vizsgáljuk. Így új paraméterek bevezetéseválik szükségessé:


v

k

RR

R

1

1

max

max

max =ρ (7.3)

va

ka

RR

R

a

1

1=ρ (7.4)


A vasalás hatása akkor a legjobb, amikor az

és értékei maximálisak. A felületi érdességmérésére bevezetett új képletek a következők:

∆1maxR

∆1aR

m

v

m

v

m

vmR FvfC ρδγραρρρ ⋅⋅= .max (7.5)

aaa

a vvvRa FvfC ρρρ δγα

ρρ ⋅⋅⋅= (7.6)


A Faktoriális Kísérlettervezés kiértékeléséhez az

adatokat továbbra is a 7.2. táblázatból véve az (7.5)-ös

képlet konstansára és kitevőire a következő képlet

adódik.

7.4. táblázat

5053,230−= eC mρ)ln6419,108366,52( vm F−=ργ

4515,0=mρα 34,46=mρδ

(7.5) képlet konstansainak és kitevőinek értékei


Megjegyezzük, hogy az (7.1), (7.2), (7.5) és (7.6)

képletek csak az 7.2. táblázatban található (fv, vv és Fv)

értéktartományokban érvényesek.

A vasalt felület Rmax maximális érdességre vonatkozó

relatív felületi érdességi paraméter javulását az 7.6. ábra

mutatja.


7.6. ábra

maxRρ

(relatív felületiegyenetlenségi

paraméter)változása avasalóerő Fv

és a technológiaiparaméterek

függvényében[174]

A


Néhány megjegyzés a 7.6. ábrához:

• A vasalási sebesség hatása függ a vasalásnál

alkalmazott erőtől. Kis vasalóerő esetén (pl.:

Fv=125N) a sebesség növelése javítja az Rmax

maximális felületi érdesség értékét. Növelve a

vasalóerőt egy nagyobb értékre (pl.:Fv=150N) a

maxRρ

maxRρ arány növekszik,

viszony csökkenő hatású.

• Az előtolás csökkentésével a

tehát az Rmax értéke javul.


7.3. Külső hengeres felületek hengerlése

A külső hengeres felületek hengerlésével növelhető:• a működő felületek kopásállósága,• gépelem kifáradási szilárdsága,

míg a felületi érdesség nagymértékben csökken.

Esztergán vagy célgépen acélgörgőkkel vagyacélgolyókkal végzik. Az alkalmazott görgők átmérője Dg =20 ÷ 200 mm, a leggyakrabban előforduló alakjait a 7.7.ábra szemlélteti.


7.7. ábraGörgők jellegzetes alakjai


A görgők:• lekerekítésének sugara: r = 0,5 ÷ 200 mm,• anyaga: szerszám vagy golyóscsapágyacél.

Kisméretű munkadarabok felületénekhengerlésekor: Dg = 15 ÷ 20 mm átmérőjűgolyóscsapágy golyókat alkalmaznak.

A görgőket:• hidraulikus,• pneumatikus úton vagy,• rugókkal kifejtett F = 200-200.000 N erővel nyomják

a megmunkálandó felületre a munkadarab forgásaés megfelelő előtolás mellett.


Jellegzetes felülethengerlési megoldásokat mutat a 7.8. ábra.


Jellegzetes felülethengerlési megoldások:

1. Egygörgős, 4., 5. Kétgörgős, 8. Esztergálás és egygolyósszerszámmal

való hengerlés,

2. Egygolyós, 6. Kétgörgős simító, 9. Esztergálás és simító

felülethengerlés.

3. Kétgolyós, 7. Kétgörgős kúpos simító hengerlő-szerszám,


A munkadarab kerületi sebességének nincslényeges hatása a felületminőség alakulására. Amunkadarab sebességének irányértéke hengerléskor:

vmdb = 30 ÷ 90 m/min

Hengerléskor az Ra lényegesen csökken.Ra = 0,01 ÷

1 µm. Az Ra kialakulása hasonlóan megy végbe mintegyélű határozott élű szerszámmal végzettforgácsoláskor (7.9.ábra).


e

r

e

r

f f

7.9. ábra A mikro-egyenetlenség alakulásának vázlataa) görgőzéskor, b) acélgolyóval történő hengerléskor


7.10. ábraA görgőzés előtti és utáni

érdesség kapcsolata

7.11. ábraA görgő lekerekítési sugarának

hatása a görgőzött felület érdességére


A technológiai adatok közül az érdességet a görgőző

erő, az előtolás (7.12. ábra) és a fogások száma (7.13.

ábra) befolyásolja.


Rm

zµ

,

1000 2000

F , N

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1

2

Rz,

µm

fogások száma 2 4 6 8 10 12 14 16

12

10

8

6

4

2

0

7.12. ábraA görgőzőerő hatása a felület

érdességére

7.13. ábraA fogások számának hatása a görgőzött felület érdességére

Documents

MEGMUNKÁLÁSA A FELÜLETI RÉTEG TÖMÖRÍTÉSÉVEL · A felületi réteget els ősorban fárasztáskor éri károsodás. Tartósságnövel őmechanikai megmunkálásokkal: • az