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]