TARTÓSSÁGNÖVELŐ ELJÁRÁSOK

TARTÓSSÁGNÖVELŐ ELJÁRÁSOK Bevezetés Gépek működésekor a legtöbb igénybevétel elsősorban: - a gépelemek felületét, - bizonyos vastagságú felületi rétegét érinti. + A megmunkált felület mikrogeometriája kihat: - a gépelem kopásállóságára, - fárasztáskor feszültség gyűjtõ hatású. + A felületi réteget: - elsősorban surlódáskor, - fárasztáskor éri károsodás. Az élettartam és üzembiztonság (megbízhatóság) növelése elérhetõ: - a konstrukció tökéletesítésével, - megfelelő anyagválasztással, - felületi minőség (FM) javításával, átalakításával.

ÉLETTARTAM NÖVELŐ ELJÁRÁSOK A felületi minőség javítása (történhet) : Kérgesítő eljárásokkal (hőkezelésekkel, a felületi réteg edzésével) Ezek az eljárások a felületi réteg tulajdonságait + szénnel, nitrogénnel, krómmal, stb. elemmel való dúsítással (cementálás, nitridálás, nitrocementálás, difffúziós krómozás, stb.) és + a dúsított réteg edzésével változtatják meg. - Feltöltő, felrakó hegesztéssel Célja: az alkatrészek élettartamának és üzembiztonságának növelése, a hasznos felületre felvitt jó üzemeltetési tulajdonságokat biztosító anyaggal. - Alkatrészek működõ felületének bevonásával Fémes vagy nemfémes bevonatok felvitele. - Felületszilárdítás mechanikai megmunkálással - az érdesség esetenként hatékonyabban csökkenthető, mint forgácsolással; - a felületi réteg tulajdonságai hőkezelés nélkül is nagymértékben javíthatók. A tartósságnövelés céljából alkalmazott mechanikai megmunkálásokat felületszilárdító megmunkálásoknak nevezzük.

Felületszilárdító megmunkálások Számos elméleti és kísérleti eredménnyel bizonyítható, hogy ha az alkatrészek működő felületét hideg-képlékeny alakítással szilárdítjuk (keményítjük), akkor az élettartamuk megnő, azaz a koptató és korróziós, ill. fárasztó hatásoknak jobban ellenállnak. A felületszilárdítás eredményeként a nagyobb élettartam az alábbi okokra vezethető vissza: - nő a felület keménysége, - csökken a felület érdessége, - nő a hordfelülethányad, - az igénybevétel szempontjából kedvező maradó feszültség eloszlás jön létre. A megmunkálandó felületet érõ hatások jellege szerint a felületszilárdító megmunkálás lehet: - felületvasalás, - felülethengerlés, - ütőtestes felületszilárdítás.

6.1 Felületvasalás 6.1.1 KHF vasalása a) jellemzői: A felület érdességének változását és a felületi réteg szilárdítását a megmunkálandó anyagnál jóval keményebb anyagú szerszám és a szilárdítandó felület csúszási súrlódásakor végbemenő kölcsönhatás eredményezi Lényeg: a vasalószerszám gyémánt gömbszelet, mely méretezett rugó segítségével megfelelő nyomóerővel támaszkodik a vasalandó felületre. Szerszámanyag: gyémánt (1-2 karát nagyságú). Gép: Esztergaszerű gépeket alkalmaznak.

6.1 Felületvasalás 6.1.1 KHF vasalása A gyémántvasalás vázlata Mozgásviszonyok: hasonló az esztergáláshoz főmozgás: forgó, a mdb. végzi, előtoló mozgás : egyenes vonalú , a szerszám végzi

Alakítási sebesség v [m/min] 6.1 Felületvasalás 6.1.1 KHF vasalása b) Technológiai adatok: A munkadarab anyaga Technológiai adatok minősége keménysége Szerszám sugár Rs [mm] Alakítási sebesség v [m/min] Előtolás f [mm/ford] Vasalóerő P [N] Átvasalási szám Szerkezeti acél HB 300 2-3 40-120 0,02-0,1 60-150 1-3 Közepes keménységű hőkezelt acél HRC 20-35 30-150 80-120 1-2 Edzett, cementált acél HRC 50-65 0,6-1-2 20-100 0,01-0,06 30-80 1 Alumínium ötv. HB 140-180 3-4 70-150 0,04-0,1 60-100 Bronz és réz ötv. HB 100-180 4 70-120 0,04-0,08 60-80 KHF vasalása 1-4 20-150 0,02-0,1 30-150 1-3

6.1 Felületvasalás 6.1.1 KHF vasalása c) Pontosság: IT 6-10 (függ az elõgyártmány pontosságától!) d) Termelékenység: tg - hasonlóan számítható, mint esztergálásánál. e) Felületminőség: KHF: Ra=0,04-0,16 µm A technológiai adatok hatása a felület mikrokeménységére. a felület érdességére. a maradó feszültségre.

6.1.2 BHF vasalása Jellemzői: Belső hengeres felületek vasalásával: - a pontosság növelését, - a forgácsoláskor kialakított érdesség csökkentését, - a kopásállóság és - a kifáradással szembeni ellenállóképesség fokozását érjük el. Lényeg: a vasaló tüske és a vasalandó furat felülete között fedést hozunk létre, a tüskét a furaton átnyomva a felületi rétegben képlékeny alakváltozást hozunk létre. A gépgyártásban a BHF vasalásakor végbemenő méretváltozás szerint megkülönböztetnek: - simító vasalást, -alakító vasalást.

A furatvasaló szerszám fő részei: 6.1.2 BHF vasalása Szerszámai: A furatvasalás általában állandó méretű, merev szerszámokkal történik. A szerszám készülhet: színesfém vasalásakor: - golyóscsapágy acélból - szerszámacélból acélok vasalásakor: - keményfémbõl A furatvasaló szerszám fő részei: 1. alakító kúp 2. kalibráló kúp 3. hátsó kúp

6.1.2 BHF vasalása pr - rugalmas alakváltozást előidéző nyomás A furatvasalás jellegét a mdb belső hengeres felületét érő terhelés határozza meg. A keletkező feszültségeket és alakváltozásokat a vastag falú csövek szilárdságtana alapján vizsgálják. Ha a furatvasalás célja elsősorban vagy kizárólag a felület érdességének javítása, akkor elegendő olyan hatás, mely a furat felületi határrétegét a vasalás során rugalmassági határfeszültséggel terheli. Az ehhez szükséges nyomás: pr - rugalmas alakváltozást előidéző nyomás ReH - a mdb anyagának folyáshatára do - a mdb furatátmérője D - a mdb külső átmérõje

6.1.2 BHF vasalása Ha a furatvasalás célja az egész keresztmetszet maradó alakváltozásának létrehozása (alakító furatvasalás), az ehhez szükséges nyomás: Jellegzetes alakváltozások furatvasaláskor c) Képlékeny alakváltozás a mdb teljes keresztmetszetében a) Rugalmas alakváltozás b) Rugalmas-képlékeny alakváltozás d) Méretváltozást okozó Képlékeny alakváltozás a mdb teljes keresztmetszetében

6.1.2 BHF vasalása Az alakítókúp szögének hatása az alakító erőre b) Technológiai adatok: - átfedés mértéke táblázatból G.6.3 tábl. - első alakító kúp opt = f(f/do) szög összefüggése G.423. old. ill. G.6.9 ábra - alakító erõ szükséglet: Fvasalási = Falakváltozás + Fsurlódás + Fjárulékos alakváltozás Az alakítókúp szögének hatása az alakító erőre Az alakítókúp optimális szöge furatvasalásnál különböző viszonylagos átfedések és súrlódási tényezők esetén

c) Pontosság: általában IT 6-10 6.1.2 BHF vasalása c) Pontosság: általában IT 6-10 Sorozatban gyártott alkatrészek furatainak vasaslásakor a méretek Szóródása csökken, a szóródás nagysága: T - a furatok átmérőjének szóródása a furatvasalás előtt, T1 - a furatok átmérőjének szóródása a furatvasalás után E - a mdb rugalmassági modulusa e = 4Dm/3 Dm - a mdb anyagának keményedési modulusa G.6.2 tábl.

6.1.2 BHF vasalása e) Felületminőség: A furat érdessége függ: d) Termelékenység: tg - az előtolástól (az alkalmazott szerszámgéptől ill. berendezéstől) függ. e) Felületminőség: A furat érdessége függ: - az eredeti érdesség nagyságától, - az alkalmazott átfedéstõl, - az első (alakító) kúp szögének nagyságától. G.6.12 ábra A felületi réteg keménységének növelése elsősorban az alkalmazott átfedés nagyságától függ. G.6.13 ábra A maradó feszültség eloszlása a sugár függvényében. G.6.14 ábra

6.2. Felületek hengerlése 6.2.1 Simító és szilárdító hengerlés a)Jellemzői: Felülethengerléskor : a felület érdességének csökkenését és a felületi réteg szilárdí-tását a megmunkálandó anyagnál jóval keményebb szerszám és a szilárdítandó felület gördülési surlódásakor végbemenő kölcsönhatás eredményezi. A felülethengerlést szinte mindenféle jellegzetes felület (KHF, BHF, alakos, sík) megmunkálására használják. Szilárdító hengerlés: elsősorban kifáradási szilárdság, ill. kopásállóság növelésére alkalmazzák. A mdb és az alakító görgő érintkezésének geometriájából következik, hogy viszonylag kis erővel nagy felületi nyomást lehet elérni, ami elősegíti a képlékeny alakváltozások mélyebb behatolását az anyagba. Felkeményedés következik be, javul az érdesség, változik a méret. Simító hengerlés: - a mdb hideg-képlékeny alakításával javítjuk a felületminőségi jellemzőket, - döntő mértékben az érdesség jelentős javítására törekszünk, - emellett a jelentkező felületkeményedés, kedvező maradó feszültségi állapot csak járulékos előnynek tekinthető.

6.2. Felületek hengerlése Simító hengerlés Ha a görgőket merev rendszerbe foglaljuk: kalibráló hengerlés; ha a terhelőrendszer rugalmas: simítóhengerlés. Szerszám: golyó vagy görgő , a jelentős alakítóerők miatt a görgők támasztására is szükség lehet. (G.6.16 ábra) Gép: - esztergán vagy célgépeken, - csúcsnélküli eljárás (az előtolás sebességét az alakító görgő elfordítása  eredményezi, a szög nagysága 1-5º-ig terjed

Jellegzetes felülethengerlési eljárások Egygörgős hengerlőszerszám Egygolyós hsz Kétgolyós hsz Kétgörgős hsz Kétgörgős hsz ferde elh. Kétgörgős simító hsz Eszt. + egygolyós hsz Kétgörgős kúpos simító hsz Eszt. + simító kúpos hsz

6.2. Felületek hengerlése b) Technológiai adatok: Előírt felkeményedési mélység biztosítása: Ha feltételezzük, hogy a görgő és a mdb felületének érintkezése pontszerű, (Hejfec leegyszerűsített összefüggése alapján) az alakváltozott réteg vastagsága Az előtolás: C= 0,5-1 - az előírt érdesség függvényében 2a - előtolásirányú lenyomatméret Ng - átgörgőzési szám (3-15 az érdesség csökkenés mértéke függvényében) Z - görgők száma Hengerlési sebesség: v=30-100 m/min

6.2. Felületek hengerlése Érdesség csökkentése: Az érdesség csökkentéshez szükséges erő nagysága: mo - Meyer keménység (acéloknál mo=1,14HB30-20 daN/mm˛) n - Meyer kitevő (acéloknál ~2,3) e=f(Ra,e) - előzetes felület érdességének függvénye (=2º-6º) De - egyenértékű golyóátmérő: egy olyan fiktív golyónak az átmérője, mely sík felületen a lenyomattal egyenértékű nyomot hagy: Dm - mdb. átmérője; Dg - a görgő átmérője; [KHF (+); BHF (-)] rg - a görgő lekerekítési sugara; Az előtolás: ugyanaz az összefüggés, csak C, Ng más értékű (Ng=20-60) Hengerlési sebesség: v=30-100 m/min

6.3 Felületek ütőtestes szilárdítása A felületminőség változását a megmunkálandó anyagnál keményebb anyagú, szabad vagy korlátozott mozgású ütőtestek és a szilárdítandó felület ütközésekor végbemenő dinamikus kölcsönhatás eredményezi. Emiatt szokás dinamikus szilárdításnak is nevezni ezen eljárásokat. Az elterjedt berendezések működési elve szerint az ütőtestekkel végzett felületszilárdítás történhet: - szabadon mozgó ütőtestekkel (sörétezés), - kötött elhelyezésű ütőtestekkel. Az ütőtestek a felületre ütéseket mérnek, melyek a felületi rétegben hideg-képlékeny alakváltozást eredményeznek. Az egyedi ütések nagyságát: - az ütőtest tömege, - az ütési sebesség határozza meg elsődlegesen.

6.2.2 Csúcsnélküli simítóhengerlés a)Jellemzői: Érdesség javítása az elsődleges cél. Szerszáma: hengeres görgő, két végén lekerekítéssel vagy enyhe kúppal. A alakítóerő jelentős,ezért görgőket a mdb.-ot körülvevően hármasával célszerű alkalmazni. A munkadarab tengelyét a két alakító és egy menesztő görgővel való érintkezés határozza meg. b)Technológiai adatok A munkadarab forgatását és előtolását a menesztő görgő surlódásos kapcsolata hozza létre. Az előtolás sebességét a két alakító görgő elfordítása (előtolószög) eredményezi (=1º-5º). Az előtolás: f=0,3-1,5 mm/ford. Hengerlési sebesség: v=30-100 m/min.

6.2.2 Csúcsnélküli simítóhengerlés c) Pontosság: IT 7-10 b) Termelékenység Igen termelékeny, mivel nagy előtolás lehetséges. c) Felületminőség Ra=0,04-0,63 µm, keménység nő, kifáradási határ nő, nyomó maradó feszültség Görgőzés után az érdesség csökken G.6.20 ábra A görgő lekerekítési sugara rg , Rz G.6.21 ábra Ra=f(F) G.6.23 ábra Előtolás: f , Rz G.6.24 ábra Fogások száma: G.6.25 ábra

6.3 Felületek ütőtestes szilárdítása 6.3.1 Felületek sörétezése a) A sörétnyaláb ütközési energiáját: - gravitáció, - sűrített levegő, - mechanikus mozgás (forgó lapátkerekes mozgás) révén nyerik. A sörétek anyaga: - nagy Si tartalmú öntöttvas (olcsó, de gyorsan tönkremegy), - nagy széntartalmú acéldrót (drága, de tovább tart) lehet. A sörétek mérete: általában 0,5-2 mm, de 4-5 mm is lehet (kis tömeg). A sörétnyaláb sebessége: v=5-150 m/s A sörétezés végezhető: gravitációs, pneumatikus, mechanikus sörétező berendezéseken.

Gravitációs sörétező berendezés 6.3.1 Felületek sörétezése - Gravitációs sörétezés: - 3-4 m magasból esnek a sörétek a megmunkálandó felületre, - sörétátmérő d = 2-3 mm - sörétnyaláb sebessége: v=5-7 m/s - egyszerű, de kis termelékenységű eljárás, - a felületszilárdító hatása kicsi (kis tömeg, kis sebesség). Gravitációs sörétező berendezés

6.3.1 Felületek sörétezése - Pneumatikus sörétezés - sűrített levegő (p=5-6 atm) biztosítja a sörétek mozgását (sűrített levegő ált. van az üzemekben), - sörétnyaláb sebessége: v=30-50 m/s, - viszonylag egyszerű kialakítású szerkezet, - közepes termelékenység (2-3x), -.felületszilárdító hatása közepes (nagyobb sebesség). Pneumatikus sörétező fej

6.3.1 Felületek sörétezése - nagy átmérőjű (D=300-1000 mm) - Mechanikus sörétezés - nagy átmérőjű (D=300-1000 mm) - gyorsan forgó (n=600-3500 1/min) lapátkerék biztosítja a sörétek mozgását - sörétnyaláb sebessége: v=70-150 m/s - közepes bonyolultságú szerkezet, - gyorsan elhasználódó lapát kerékkel - magas termelékenységgel (20x), - felületszilárdító hatása viszonylag nagy (igen nagy sebesség). Lapátkerekes sörétezők: kúpfogaskerekekhez (a), bütyköstengelyekhez (b)

6.3.1 Felületek sörétezése b) Technológiai adatok - Mechanikus sörétezés b) Technológiai adatok Sörétezésnél a keményedett réteg vastagsága ds - a sörét átmérője, Vs - a sörét sebessége, - a megmunkált felület és a sörétnyaláb által bezárt szög Hdin - a mdb anyagának dinamikus keménysége. c) Pontosság: IT 8-11 d) Termelékenység: gravitációs pneumatikus mechanikus e) Felületminőség Ra=0,63-25 µm, nyomó maradó feszültség.

6.3.2 Felületek szilárdítása forgó alakos ütőtestekkel a) Jellemzői A megmunkáló szerszám forgatásakor a röpítőerő hatására az ütőtestek szélső helyzetet foglalnak el egy adott kerület mentén. Ha az ütőtesteket átfedésbe hozzuk a megmunkálandó felülettel, az ütőtestek a felületre ütéseket mérnek, melyek a felületi rétegben hideg-képlékeny alakváltozást eredményeznek. Az egyedi ütések nagyságát: - az ütőtest tömege, - az ütési sebesség, - a fedés nagysága határozza meg. Lényegében az ütési impulzusváltozás nagysága határozza meg az alakváltozás mértékét. Az impulzus változás nagysága: C - állandó (szerszámméret, ütőtest tömeg,, anyagjellemző), v - ütőtest sebességének felületre merőleges komponense, f - fedés

6.3.2 Felületek szilárdítása forgó alakos ütőtestekkel Az átfedés vázlata 1. munkadarab 2. acélgolyó ütőtest 3. oldalgyűrű 4. golyókosár Sebesség és erőviszonyok sík felületek ütőtestes szilárdításakor

6.3.2 Felületek szilárdítása forgó alakos ütőtestekkel Az ütőtest kialakítása szerint: - alakos, - gyűrű (méret és alakadó megmunkáláshoz, pl. menetek, fogazatok szilárdítása), - golyó (tartósságnöveléshez a legelterjedtebb) Acélgolyós tömörítő-szerszám alaptárcsa oldaltárcsa golyókosár acélgolyó ütőtest szorítócsavar munkadarab

6.3.2 Felületek szilárdítása forgó alakos ütőtestekkel Tömörítő szerszám alakos gyűrű ütőtestekkel munkadarab alaptárcsa alakos gyűrű ütőtest felfogócsap

6.3.2 Felületek szilárdítása forgó alakos ütőtestekkel b) Technológiai adatok átfedés: f=0,05-0,8 mm ütőtest sebesség: v=12-40 m/s acél, v=15-20 m/s öv., v=8-12 m/s, szinesfém fajlagos ütésszám: Nü=30-70 ütés/mm˛ c) Pontosság IT 7-10 d) Termelékenység A felületszilárdítás hatékonyságát ill. az alakképzés termelékenységét az alábbiak határozzák meg: - az ütőtest alakja és méretei, - az átfedés, - a szerszám kerületi sebessége, - az ütőtestek száma, - a szerszám előtolása, - a munkadarab kerületi sebessége, - a fogásszám, - a munkadarab anyaga.

6.3.2 Felületek szilárdítása forgó alakos ütőtestekkel e) Felületminőség A felület mikrogeometriáját elsősorban a fajlagos ütésszám határozza meg: u - a szerszám ütéseinek száma, nsz - a szerszám fordulatszáma, 1/min i - fogásszám, dmdb - a munkadarab átmérője, mm f - a szerszám előtolása, mm/f nmdb - a munkadarab fordulatszáma, 1/min. Ra = 0,04-1,25 µm Keménységnövekedés

A különböző felületszilárdító eljárások célkitűzésének, az elérhető pontosságnak, érdességnek, keményedésnek és élettartam növekedésnek összefoglalása: Szilárdító eljárás Szilárdítás Pontosság Érdességi Keményedés Élettartam célja IT osztály mélység % növekedés Vasalás a, e, b, d, c 6-10 8-11 Ra=0,04-0,63 0,2-15 5-60 50-300 Hengerlés a, b, c, d, e 7-10 10-60 50-400 Sörétezés b 2-8 Ra=0,63-25 0,4-1,5 20-40 Forgó ütőtes-tes felület-szilárdítás b, a, d, c 7-11 Ra=0,04-1,25 0,5-2,5 15-60 a- kopásállóság növelés b - kifáradási szilárdság növelés c - korrózióállóság növelés d - érdesség csökkentés e - kalibrálás