Esztergalapkák forgácstörési képességének korszerű vizsgálatai

BIRÓ Szabolcs1 - HORVÁTH Richárd2 - Dr inż. Bogdan SŁODKI3

1,2 Óbudai Egyetem, Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar, Budapest-H

3Cracow University of Technology, Production Engineering Institute, Cracow-PL

Az esztergaszerszámok forgácstörési képességének vizsgálati eredményei fontosak mind a szerszáminnovációt végrehajtó gyártók, mind pedig a felhasználók számára. A gyártók (és forgalmazóik) felkérésére végzett, szisztematikusan megtervezett és végrehajtott forgácstörési kísérleteink sok tapasztalatot hoznak, a belőlük levonató következtetések pedig egy újabb, egy következő szerszámfejlesztés irányait is kijelölhetik. A forgácsképződés kutatását kiterjedt nemzetközi együttműködéssel, a legkorszerűbb eszközökkel és vizsgálati módszerek alkalmazása mellett végeztük, amelyről néhány szemelvényt mutatunk be az előadásunkban.

Bevezetés

Az esztergalapkák forgácstörési képességének korszerű vizsgálataihoz szükséges nagyértékű műszerek ritkán találhatók meg egy kutatóbázison belül, ezért a hazai és nemzetközi szakmai kapcsolatok fenntartása, a közös kutatások végzése elengedhetetlenek az innovációs szférában. Az Óbudai Egyetem Bánki kara jó kapcsolatot ápol a krakkói Műszaki Egyetemmel, a Ceepus program keretein belül közös kutatási témában veszünk részt. A nagy beruházást igénylő műszerek használatában is kölcsönös a segítségnyújtás, Intézetünk elektronmikroszkóppal rendelkezik, Krakkóban nagysebességű kamerával kiépített a mérőrendszer. Jelen cikk a közös kutatás eredményeit publikálja, melyet több lépésben végeztük. Elsőként W-alakú lapkák forgácstörési képességét elemeztük, elektronmikroszkópos felvételek segítségével nagy felbontású képeket készítettünk. Majd különféle gyártók C-alakú lapkái közül választottuk ki az előzetes vizsgálatok alapján legjobbnak vélt hármat, ezeket működés közben filmeztük nagysebességű kamerával.

W-alakú lapkák vizsgálata

Egy korábbi fejlesztésű WNMG080408-MT (1. ábra) és a legújabb törőgeometriával ellátott WNMG080408-PC (2. ábra) jelű TaeguTec lapka forgácstörési képességének vizsgálatát végeztük el. A forgácsolás zavarmentes végrehajtásának igénye a felügyeletszegény gyártás alapkövetelménye. Ezen belül fontos feladatot jelent a forgácstörés tervezhetősége, azaz a forgácsok kezelhető alakúra és kedvező méretűre történő feldarabolása már a művelet közben [1].

1. ábra. mt geometria
2. ábra. pc geometria
1. ábra. MT geometria
2. ábra PC geometria

 

Az elektronmikroszóppal készített felvételen jól látszik, hogy az MT jelű hagyományosnál (3. ábra) nagyobb törőküszöböt tartalmaz a PC jelzésű (4. ábra). A tesztelt lapkákon elhelyezett alakzatok bemélyedéseket és kitüremkedéseket (ún. noppokat) tartalmaznak [2].

3. ábra. mt forgácstörő 4. ábra. pc forgácstörő
3. ábra. MT forgácstörő
4. ábra PC forgácstörő

Forgácstörési tabló felvétele

A DugardEagle BNC1840 típusú CNC-esztergán elvégzett forgácstörési vizsgálatokhoz C45 jelű, HB180-185 keménységű ötvözetlen szerkezeti acélt használtunk fel. Az Ø85 x 250 mm méretű próbadarabokat egységesen vc = 160 m/min sebességgel forgácsoltuk, a következő fogásmélység és előtolás-értékekkel:

fogásmélység, a, mm: 1-1,6-2,5-4előtolás, f, mm: 0,1-0,16-0,2-0,25-0,32-0,4

A forgácstörés hatékonyságának minősítése az egyes beállításokkor keletkezett forgácstípusok osztályokba való sorolásával történik [3]. Az ún. forgácsalak-osztály (FAO) öt csoportot különböztet meg: a legkedvezőtlenebb (hosszú, gubancos) forgácsalak 1 osztályzatú, a hosszú, spirál alakú már 2 érdemjegyű, a rövid, tömör spirál alakú forgács 3, a rövid spirál 4, míg a legkedvezőbb (C vagy G-alakú) forgács ötös osztályzatot kap. A 3. ábra az MT, a 4. ábra pedig a PC törőgeometriával leválasztott forgácsok fotóit összesíti. Az egyes képek tartalmazzák az adott pontszámokat is.

5. ábra. mt forgácstabló 6. ábra. pc forgácstabló
5. ábra. MT forgácstabló 6. ábra. PC forgácstabló

A vizsgált geometriák komplex értékelése a [4] alapján hajtható végre. E szerint a 24 lehetséges beállítás maximálisan elérhető pontszáma 5x24=120. Az osztályzatokat összegezve és a maximális pontszámhoz viszonyítva olyan adathoz jutunk, amely - a vizsgált tartományon belül - kiválóan jellemzi a törőgeometria komplex forgácstörő-képességét. Az 5. és 6. ábrákon közölt tablók legjellemzőbb pontja az a kritikus beállítás, amikor a forgács legalább közepes osztályzatú [5].

Bár mindkét forgácstörő közepes megmunkálási adatokhoz ajánlott, figyelemre méltó, hogy a PC jelzésű változat már az a=1 mm fogásmélységnél is kezelhetőbb forgácsot választ le, mint az MT jelű. Ez az új fejlesztésű lapka fölényét és sokkal univerzálisabb alkalmazhatóságát mutatja: nemcsak nagyolás körülményei között, hanem félsimítási adatok beállításakor is kedvezően dolgozik.

Elekronmikroszkópos vizsgálat

A forgácstörési kísérlet után a lapkákat ismételten elektronmikroszkóp segítségével vizsgáltuk. Az MT jelű lapka (7. ábra) főélén csorbulást tapasztaltunk, míg az új fejlesztésű PC geometria ép maradt (azonos körülmények és technológiai paraméterek beállítása mellett). A PC lapka homlokoldalán jól kivehetők a forgácstörés nyomai, a főéloldali nopp felületén kopás nyomait fedezhetjük fel.

7. ábra. mt forgácsolóélének csorbulása 8. ábra. pc lapka noppkopása
7. ábra. MT forgácsolóélének csorbulása 8. ábra. PC lapka noppkopása

 

A csúcssugár környezetében az MT jelű lapka kevésbé éltartós, felületén különleges kopásnyomok fedezhetők fel (9. ábra). A 200x-os nagyítású felvételeken jól látszik, hogy a PC geometria homlokfelületén nincs anyagfelrakódás (10. ábra), szemben az MT lapkával: A PC jelű szerszámon a csúcssugár hátfelületének kopása mérsékeltebb.

9. ábra. mt csúcssugara 200x-os nagyításban
10. ábra. pc csúcssugara 200x-os nagyításban
9. ábra. MT csúcssugara 200x-os nagyításban 10. ábra. PC csúcssugara 200x-os nagyításban

C-alakú lapkák vizsgálata

A CNMG alakjelű szerszámok vizsgálatát Pramet cég több különféle lapkájával végeztük el két lépcsőben. Elsődlegesen az élépség mikroszkópikus ellenőrzését hajtottuk végre, majd az éllekerekedést mértünk [6]. A különféle törőgeometriával rendelkező szerszámok érdesség-előállító képességét kutattuk, végezetül a kopás intenzitását vizsgáltuk [7]. Második lépcsőben három különböző forgácstörő geometriával rendelkező lapkát választottunk ki és nagysebességű kamerával felszerelt esztergagépen működés közbeni mozgóképeket rögzítettünk a krakkói Műszaki Egyetem laboratóriumában. Jelen cikk terjedelmi korlátai miatt a második fázis vizsgálatainak tapasztalatait foglaljuk össze.

Vizsgált szerszámok bemutatása

A kísérletben alkalmazott szerszámok három különféle forgácstörő kialakítással készültek, valamennyi CNMG 120408 lapkakódú. A LI (11. ábra), a PL (12. ábra) és a PR (13. ábra) forgácstörő kialakítás közötti különbségeket az alábbi képek jól mutatják.

11. ábra. li geometria
12. ábra. pl geometria
13. ábra. pr geometria
11. ábra. LI geometria
12. ábra. PL geometria 13. ábra. PR geometria

 

Kísérleti körülmények

A nagysebességű kamerákkal felszerelt Masterturn 400 esztergagép a 14. ábrán látható. A mérőrendszer kiépítése során nagy figyelmet fordítottak a rezgésmentes állványszerkezetre, a konzolra szerelt kamerák és nagyteljesítményű fényforrások ezen függeszkednek. Bár a szerszám előtoló mozgását nem követi a kamera, a másodpercenkénti 3100 képkocka 512x512 pixel felbontásban jól elemezhető. Jobb képminőség (1152x896 pixel) beállításával csak 1000 képkocka készíthető másodpercenként [8].

14. ábra. a kísérleti berendezés felépítése
14. ábra. A kísérleti berendezés felépítése

 

 

Technológiai paraméterek

A vizsgálatokat két forgácsolósebességen, három előtolás és állandó fogásmélység mellett végeztük Ø70mm, L=300mm méretű C45 minőségű munkadarabon az 1. táblázatban megadott értékek szerint.

vc1 = 100 m/min

vc2 = 200 m/min

f1 = 0,15 mm

f2 = 0,21 mm

f3 = 0,25 mm

a = 1,5 mm

1. táblázat Alkalmazott technológiai paraméterek

Forgácstörés vizsgálat eredményei

A nagysebességű kamerával készített mozgóképek utólagos elemzésével alátámasztható az egyes geometriák közötti forgácstörés különbsége. A 18 beállítási kombináció vizsgálata során a forgácsterelési és forgácstörési képesség eltérést mutat a három geometria között. Jól kivehető például, hogy a legnagyobb forgácsolósebesség legkisebb előtolás beállítása mellett az LI lapka spirális forgácsot képez (15. ábra), amely a munkadarabra kis ívben hajtva törik meg. A 16. ábrán látható PL geometria ugyanazon technológiai paraméterek beállítása mellett nagyobb ívben tereli spirálossá a forgácsot, amely szintén a munkadarab felületén súrlódva távozik. PR geometriájú lapka alkalmazásánál a szerszám hátfelületére hajlik a forgács és "C"-alakúra törik (17. ábra).

15. ábra. LI forgácstörése
16. ábra. PL forgácstörése
17. ábra. PR forgácstörése
15. ábra. LI forgácstörése 16. ábra. PL forgácstörése
17. ábra. PR forgácstörése

 

Összefoglalás, további feladatok

A két, különféle célból elvégzett vizsgálat összegzéseként megállapítható, hogy a TaeguTec cég sikeres innovációt hajtott végre forgácstörőjének kifejlesztésekor. Az új, PC jelzésű törőgeometria a forgácstörés tekintetében sokkal hatékonyabb volt. A nagysebességű kamerával végzett vizsgálatok rávilágítottak az eltérő forgácstörővel rendelkező lapkák közti forgácsalak különbségekre. A kutatást szeretnénk kibővíteni vertikális síkban beállított nagysebességű kamerával készített felvételekkel. Az általunk vizsgált szerszámok jól segítették a szakirányú oktatást.

Irodalomjegyzék

  1. Sipos, S. dr. - Biró Szabolcs: Forgácsolószerszámok vizsgálata a BMF Bánki Karán
    Gépgyártás, XLVIII. évf. 2008/3. p. 96-99.
  2. R. Horváth - B. Kovács-Palásti - S. Sipos: Environmental Al-friendly cutting of automotive parts, made of aluminium castings,
    Hungarian Journal of Industrial Chemistry Vol. 38(2), 2010, p. 99-105 (ISSN: 0133-0276)
  3. Az ISG által gyártott lapkák forgácsolási tulajdonságainak vizsgálata (I. fázis) A forgácstörés vizsgálata és számítógépes tárolásának megoldása (Témavezető: dr. Sipos Sándor)
    Kutatási jelentés, ISG-BDGMF kutatás, SzM 523/1989. pp. 42.
  4. Palásti, K. B. dr. - Dajcs, L: - Sipos, S. dr.: ISG-gyártmányú lapkák forgácstörési tartományának vizsgálata
    Gépgyártástechnológia, 1990/8. p. 346-351.
  5. Li Zhou: Machining Chip-Breaking Prediction with Grooved Inserts in Steel Turning
    Ph.D. Research Proposal, Worcester Polytechnic Institute, USA, Dec. 2001. p.154.
  6. Biró Sz. - dr. Sipos S. - Nagy A.: Korszerű geometriájú forgácsolólapkák az oktatásban,
    FMTÜ 2011 Konferencia, Kolozsvár, ISSN 2067 - 6 808 p.41.-46.
  7. Biró Sz. - dr. Sipos S. - Nagy A.: Use of cutting insert with modern geometry in higher education
    GYÁRTÁS Konferencia 2010 (GTE), Budapest, CD ISBN 978-963-9058-31-6
  8. Bogdan Słodki: Selected sequences of chip breaking process in turning nickel based superalloys
    Advances in Manufacturing Science and Technology Vol. 35, No. 2, 2011