Forgácsolószerszámok vizsgálata a BMF Bánki Donát Gépészmérnöki Karán

dr. Sipos Sándor, Biró Szabolcs

Bevezetés

A Budapesti Műszaki Főiskola Bánki Donát Gépészmérnöki Karán a Gépgyártás-technológiai Szakcsoportjának évtizedek óta kiemelt tevékenysége a forgácsoláskutatás. A különféle megmunkálási eljárások ellenőrzött körülmények között történő vizsgálata több tudományos diákköri munka, szakdolgozat és kutatási jelentés alapját képezi. Az elmúlt években olyan neves szerszámgyártó cégek szerszámait minősítettük, illetve forgácsolóképességüket kutattuk, mint például a Böhlerit, DeBeers Ltd., Dormer Ltd., Gühring&Co, Horn GmbH., Kennametal Inc., Korloy Ltd., Platit AG., Robb&Jack Inc., Sandvik Coromant, SecoTools, TaeguTec, Tivoly SA,, vagy a Tungaloy Ltd. [1]. Számszerűsítve: az utóbbi öt évben 11 szakdolgozat, 10 TDK-munka és 6 kutatási jelentés született. Legutóbbi témáink például a cirkuláris menetmarás, a hőkezelt acélok forgácsolhatósága és különféle hűtő-kenő közegek alkalmazása voltak. A jól felépített mérőrendszeren, a modern műszereken és berendezéseken kívül szükség van egy olyan szakmai közösségre is, amely szakértő módon végzi a feladatokat. Ebben a tevékenységben részt vesznek TDK-tevékenységet folytató és/vagy szakdolgozatukat készítő hallgatók és intézeti mérnökök, akiket a tudományos fokozattal rendelkező oktatók irányítanak. Az utóbbi három évben már a nappali és levelező hallgatók graduális képzésében is egyre fontosabb szerepet kapnak a korszerű szerszámokon elvégzett laborvizsgálatok, amelyek jegyzőkönyveit a támogató/forgalmazó cégekhez is eljuttatjuk.

1. A forgácsoló mérőrendszer felépítése

A forgácsoló mérőrendszer legfőbb ismérve, hogy a mérés összes adatát egy központi számítógépen gyűjti össze és tárolja. Az 1. ábrán látható mérési környezet lehetővé teszi a forgácsolási folyamat szisztematikus nyomon követését, az összegyűjtött adatok rendszerezését, feldolgozását és értékelését. Az így kapott eredmények rámutatnak a forgácsolási folyamat változásaira. A mérőrendszer valamennyi forgácsolási kísérletben alkalmazható, jellemzően az esztergálási, marási és fúrási folyamatok megfigyelésére szolgál. A kutatás összetettsége és a rendelkezésre álló időtartam határozza meg azt, hány elemből épül fel a rendszer.

4. ábra. Kopás meghatározása VideoMess szoftverrel

1. ábra. A forgácsoláskutatási mérőrendszer általános felépítése

2. A forgácsoló mérőrendszer elemei

A mérőrendszer felépítéséből is látszik, hogy az alkalmazott elemek a forgácsolószerszámok, szerszámgépek, mérőműszerek, valamint a folyamatjavító- és szerszámél minőségét megújító (kondicionáló) berendezések köré csoportosíthatók. A kutatáshoz használt mérőrendszer jellemzően az alábbi eszközökből és berendezésekből áll [2]:

Szerszámgépek:

  • SU50/1500 egyetemes esztergagép, fokozatmentes hajtással,

  • MSN 500 CNC-marógép,

  • NCT EuroTURN 12B CNC-esztergagép,

  • EEN 320 CNC-esztergagép.

Hordozható mérőműszerek:

  • MARSURF PS1 hordozható érdességmérő berendezés (2. ábra),

  • Wilson-Wolpert dyna TESTER®10 keménységmérő berendezés.

4. ábra. Kopás meghatározása VideoMess szoftverrel

2. ábra. MarSURF PS1 érdességmérő műszer

Telepített mérőműszerek:

  • KISTLER 5019 típusú, 3 komponenses erőmérő (esztergáláshoz),

  • KISTLER 9257A típusú nyomatékmérő a maró- és fúrószerszámok vizsgálatához (3. ábra),

4. ábra. Kopás meghatározása VideoMess szoftverrel

3. ábra. KISTLER nyomatékmérő fej

  • DynoWare szoftver az erő- és nyomatékadatok értékeléséhez,

  • HITEC sztereómikroszkóp CCD kamerával és VideoMess szoftverrel (4. ábra),

4. ábra. Kopás meghatározása VideoMess szoftverrel

4. ábra. Kopás meghatározása VideoMess szoftverrel

  • Mahr Perthometer PRK 3D-s felületvizsgáló berendezés mikrotopográfiai kutatásokhoz (5. ábra).

Mahr PERTHEN PRK felületvizsgáló

5. ábra. Mahr PERTHEN PRK felületvizsgáló

Dokumentáló berendezések:

  • NIKON COOLPIX 5400 digitális fényképezőgép,

  • SONY HD digitális kamera a forgácsolási folyamat felvételére, lassítására és elemzésére.

Folyamatjavító berendezések:

  • a TKM cég HCS250 típusjelű minimálkenő berendezése (6. ábra),

6. ábra. HCS250 minimálkenő berendezés fúvókái

6. ábra. HCS250 minimálkenő berendezés fúvókái

  • Cold Air Gun hideglevegőfúvó berendezés (szokás Vortex-csőnek is nevezni, 7. ábra),

7. ábra. COLD AIR GUN berendezés

7. ábra. COLD AIR GUN berendezés

Szerszámél minőségét javító berendezés:

  • DAREX V391 szerszámélező gép.

3. A forgácsolószerszám-vizsgálat általános lépései

A forgácsolási kísérletek legfőbb célja, hogy kiderítsük és egzakt mérésekkel igazoljuk azt, milyen mértékben javítják a forgácsolási folyamatot az új fejlesztésű szerszámok, bevonatok és berendezések. A kísérletek megkezdése előtt minden esetben előzetes vizsgálatokat végzünk, elsőként a forgácsolószerszám mikroszkópos szemrevételezése történik. A mérőműszer fotódokumentálásra is képes, így az esetleges gyártási hibákból és szállítási sérülésekből adódó reklamációk kivédhetők. Ezután éllekerekedés- és élérdességmérést végzünk, azaz további hasznos adatokat gyűjtünk a szerszámról. Az előzetes szerszámvizsgálatokkal párhuzamosan előkészítjük a munkadarabokat, felműszerezzük a szerszámgépet, összeállítjuk a vizsgálati feladatnak megfelelő mérőrendszert. A technológiai adatokat a kísérlettervezés bevált módszerével választjuk meg. A kísérleti forgácsolások elvégzésekor a lehető legtöbb információt begyűjtjük a folyamatról: a fellépő erőket és nyomatékokat, a felületi mikrogeometria paramétereit, a keletkezett forgácsokat, valamint a szerszámkopás pillanatnyi állapotát. Az összegyűjtött adatokat rendszerezzük, feldolgozzuk és értékeljük [3].

A folyamatot leíró adekvát matematikai modellek alkalmazásával (8. ábra) elkerülhetőek az időrabló és jelentős költségeket felemésztő kísérletek [4].

8. ábra. Matematikai modell a forgácsoláskutatásban

8. ábra. Matematikai modell a forgácsoláskutatásban

4. Eredményeink

A forgácsolási folyamatot javító berende-zések beszerzésével új fejezet nyílt a forgácsolószerszámok vizsgálatában. Az aktuális kutatási témáink szinte mindegyikében szerepel a minimálkenés és a hűtött levegőközeg alkalmazása. Jótékony hatásukat a 9-10. ábra mutatja.

9-10. ábra. Minimálkenő és hideglevegőfúvó berendezés hatása a forgácsolási folyamatra9-10. ábra. Minimálkenő és hideglevegőfúvó berendezés hatása a forgácsolási folyamatra

9-10. ábra. Minimálkenő és hideglevegőfúvó berendezés hatása a forgácsolási folyamatra

Összefoglalás

A forgácsolási folyamatok kitüntetett jellemzőit mérő modern eszközök és berendezések nagy segítséget nyújtanak a kutatásban, szerszámvizsgálatokban történő alkalmazásuk pedig hatékonyabbá és rugalmasabbá teszi a munkát.

Jó kapcsolatot ápolunk mind a hazai, mind pedig a környező országok szerszámminősítő oktatási központjaival. A miskolci, valamint a kassai műszaki egyetemmel közösen végzett kutatási projektek (11. ábra) alkalmat teremtenek a mérési adatok modellezésére és számítógépes feldolgozására is [5].

11. ábra. Végeselem-analízis a forgácsoláskutatásban

11. ábra. Végeselem-analízis a forgácsoláskutatásban

Az intézményünkben folyó kutatómunka hatékonyságát a hazai és nemzetközi konferenciákon való részvételek emelkedő száma is mutatja: 2007-ben például 10 szakcikk született és 14 előadás hangzott el. A forgácsolószerszámok vizsgálata iránti egyre nagyobb számú hallgatói érdeklődés számunkra azt jelenti, hogy továbbra is érdemes folytatni az évtizedek óta tartó kutatásokat [6].

Irodalomjegyzék

[1] dr. Sipos, S.-dr. Palásti-Kovács, B.: A forgácsoláskutatás néhány eredménye a szerszámminősítés területénNemzetközi Gépész- és Biztonságtechnikai Szimpózium, BMF/BGK, 2007. nov. 14. (CD)

[2] Biró, Sz. – Horváth, R.: On-line mérőrendszerek a forgácsolás-oktatásban

Multimédia az oktatásban konferencia, Budapest, 2007. augusztus

[3] R. Horváth – Sz. Biró – S. Sipos dr.: New results on wear mechanisms of PCBN inserts in hard turning

DMC Conf., 15-16th Nov. 2007. Kosice, p. 85- 90.

[4] Csuka, S.: Nanokompozit bevonatú szerszámok kopási jellemzőinek vizsgálata II. helyezést elért pályamunka, OTDK, Győr, 2007. pp. 48.

[5] S. Sipos dr. – Sz. Biró – R. Horváth: Tool development in turning of hardened steels

Research Reports for Advanced Machining Technology in Automotive Production (AMTAP-2007), Cracow.

April 2007. p. 91-95.

[6] Szerszámminősítő K+F tevékenység a Budapesti Műszaki Főiskolán

“Innováció a felsőoktatásban” poszter-előadás (szervező: GTE) MACH-TECH,Budapest, 2005. április 19-22.