Szerszámanyagok és hőkezelésük Tantárgy kódja: NGM_AJ 026_1

1. Szerszámanyagok és hőkezelésükTantárgy kódja: NGM_AJ 026_1 MSc Mérnöktanár szak, Kötelezően választható tantárgy

2. A tantárgy célja • Az eddig tanult anyagismeret, anyagvizsgálat, anyag feldolgozási technológiák , valamint a kapcsolódó tárgyak ismereteinek felhasználásával megismerni a különböző megmunkálási technológiáknál alkalmazható szerszámok: • anyagait, • hőkezelésüket • a szerszám választás szempontjait

3. Szerszámtípusok és igénybevételük Az igénybevételek főbb típusai Az igénybevételekkel összehasonlítható anyagjellemzők

4. Az igénybevételek jellemzése • Az igénybevétel hatása szerinti felosztás: • Teljes anyagtérfogatra ható igénybevételek • A felületre ható igénybevételek • Az igénybevétel időbeli lefolyása szerinti felosztás: • Statikus • Dinamikus, lökésszerű • Ismétlődő, fárasztó • Az előbbi három kombinációja

5. Az igénybevételek és az anyag-jellemzők kapcsolata a méretezéssel Anyagjellemző Igénybevétel Méretezésiösszefüggések A szerkezet méreteinek meghatározása

6. A szerszámkészítésre felhasználható anyagok Valamely szerszámkészítésére felhasználható anyag • minőségét, • kezelését , hőkezelését a szerszám alkalmazása során fellépő igénybevételek határozzák meg. A szerszámot érő hatások és igénybevételek a megmunkálási technológiától függnek.

7. A szerszámot érő igénybevételek alapján a megmunkálási technológiák csoportosítása • Hidegalakítás • Melegalakítás- és fémöntés • Forgácsolás • Műanyag alakítás

8. Hidegalakítási eljárások rövid áttekintése Redukálás Zömítés Folyatás

9. Folyatott alkatrészek

10. Anyagszétválasztó eljárások Darabolás Kivágás nyitott kontur mentén zárt vonal mentén

11. Lemezalakító eljárások • Hajlítás • Mélyhúzás és rokon műveletek • Nyújtva húzás és rokon műveletek

12. Hidegalakító szerszámok • Hidegalakításról akkor beszélünk, ha az alakítás hőmérséklete kisebb, mint a megmunkált fém újrakristályosodási hőmérséklete. • A szerszámok üzemi hőmérséklete általában 200-300 C-ot ritkán haladja meg.

13. A leggyakoribb szerszámtípusok • Daraboló szerszámok, • Kivágó, lyukasztó szerszámok, • Húzószerszámok • Sajtoló- folyató szerszámok • Hajlító szerszámok • Hideghengerek • (Idomszerek és mérőeszközök)

14. A hidegalakító szerszámok jellemző igénybevételeDaraboló szerszámok Vágók: • A forgácsleválasztást, darabolást a vágó éle végzi ütő- és hajlító igénybevétel Élnyomás, erős koptató igénybevétel Nagy a ridegtörés veszélye

15. A hidegalakító szerszámok jellemző igénybevételeDaraboló szerszámok Kések: • A fűrészeléshez és hasításhoz hasonló műveletet végez forgácsleválasztás nélkül • A szerszám állandóan érintkezik a darabbal erős koptató igénybevétel A vékony él kicsorbulási, kitöredezési veszélye nagy

16. A hidegalakító szerszámok jellemző igénybevételeKivágó-és lyukasztó szerszámok • A vágóélek állapota lényeges! • Igénybevétel: • A bélyeg nyomásra , kihajlásra • A vágólap ismétlődő dinamikus nyomásra és hajlításra • Jelentős koptató hatás • A súrlódásból és az alakváltozási munkából származó hő (150 – 300 ºC) bélyeg vágólap

17. A hidegalakító szerszámok jellemző igénybevételeMélyhúzó szerszámok • Igénybevétel: • Elsősorban a súrlódás hatására fellépő koptató hatás • A húzógyűrűben radiális nyomás, tangenciális ismétlődő húzás

18. HIDEG TÉRFOGATALAKITÓ SZERSZÁMOK

19. A hidegalakító szerszámok jellemző igénybevételeHidegfolyató szerszámok Az alakított anyag a matricában közel hidrosztatikus nyomófeszültségi állapotba kerül A szerszámelemek igénybevétele nagy és összetett Minden elem,jelentős koptató, és a felmelegedésből eredő hő Bélyeg: nyomás, lehet járulékos hajlitó és húzó Gyűrű: belső nyomásból eredő összetett többtengelyű húzás, az előfeszítés mértékétől függő

20. Zömítő szerszámok • A nagy alakítási szilárdságú anyagot sajtolással vagy ütéssel • Igénybevétel: nyomás, koptató hatás, dinamikus hatások • Belső nyomásból eredő többtengelyű húzó-nyomó • Hő igénybevétel • Ismétlődő hatásokkifáradás

21. Melegalakító és fémöntő szerszámok A melegalakító és fémöntő szerszámokkal végzett feldolgozási technológiák: • Süllyesztékes kovácsolás, sajtolás • Sorjázás • Rúd-és csősajtolás • Kokillaöntés • Nyomásos öntés

22. Melegalakító és fémöntő szerszámok A melegalakító szerszámok igénybevétele nagyon összetett. Az összes melegalakító eljárás során érvényes, hogy a szerszám meghatározott ideig érintkezik a meleg darabbal, melynek hatására felmelegszik. A felmelegedés a technológiától és a feldolgozott anyagtól függően több száz fok is lehet. Az érintkezés megszűntével illetve a hűtés hatására a szerszám hőmérséklete csökken. Ez a felmelegedés lehűlés sokszor ismétlődve termikus kifáradáshoz vezet.

23. Az ismételt hőigénybevétel mellett természetesen mechanikai igénybevételek is fellépnek. A szerszám és a darab anyaga között fellépő súrlódás a meleg szerszámfalak, élek kopásához vezetnek. Meg kell említeni, pl. a kovácssüllyesztékek esetében fellépő dinamikus igénybevételeket is.

24. Süllyesztékes kovácsoló műveletek

25. Igénybevétel: Az alakító nyomás hatására váltakozó többtengelyű feszültségi állapot Jelentős hő (300-400 ºC) Koptató hatás (reve is) Dinamikus igénybevétel Kovács és sajtoló süllyesztékek

26. Kokilla öntés

27. Fémöntő szerszámok Igénybevétel: • Jelentős felmelegedés • Ismételt hőingadozás • A folyékony fém erodáló hatása

28. Forgácsoló szerszámok A forgácsoló szerszámokkal szemben két fő követelményt támasztanak. Eszerint a szerszám legyen alkalmas: • a meghatározott anyagrész leválasztására, • a munkadarab előírt méretpontosságának, alakhűségének és felületi érdességének biztosítására.

29. Forgácsoló szerszámok • A különböző forgácsolási feladatok ellátására sokféle forgácsoló szerszám létezik. Ezeket az alábbi szempontok szerint csoportosíthatjuk: • az élek száma szerint lehet egyélű, kétélű, szabályosan többélű és szabálytalanul sokélű; • az alkalmazás szerint van esztergakés, gyalukés, fúró, maró, üregelő tüske stb.; • a dolgozó rész anyaga szerint szerszámacél, keményfém, kerámia, gyémánt és egyéb anyag; • szerkezeti kivitel szerint tömör, tompán hegesztett, váltólapkás, betétkéses stb.; • egyéb szempontok szerint (pl. az élszögek nagysága, a szerszám méretei stb.).

30. Forrás: BME Gépgyártástechnológiai Tsz F gyakorlat

31. Forrás: BME Gépgyártástechnológiai Tsz F gyakorlat

32. Forgácsoló szerszámok • Forgácsoláskor a szerszám a munkadarabról anyagrészeket távolít el az előírt alak, méret, felületi minőség eléréséig, úgy, hogy a forgácsolóél a munkadarabhoz képest elmozdul. • A forgácsoló szerszámoknak tehát alkalmasnak kell lenni a forgács leválasztására, az előírt alak és felületi minőség megvalósítására. • A forgácsolás gazdaságossága szempontjából nagyon fontos a szerszám éltartama, vagyis a szerszám két élezés (élfejújítás, élcsere) között forgácsolással eltöltött ideje.

33. Forgácsoló szerszámok • Forgácsoláskor a forgács leválasztása és a súrlódás legyőzése erő kifejtését igényli. • A szerszámra ható erő függ • a munkadarab anyagától, • felületi minőségétől, • a forgácsolási feltételektől, • a szerszám kialakításától, • a súrlódási tényezőtől, • a kopás mértékétől stb.

34. A szerszámélre ható eredő forgácsoló erőnek a homloklapra merőleges összetevője nyomja, illetve hajlítja a szerszám forgácsoló részét. A legnagyobb fajlagos nyomás a vékony forgácsolóéleket éri. A szerszámnak ezt az igénybevételt megengedett mértéket nem meghaladó rugalmas alakváltozás és természetesen törés nélkül kell elviselni

35. Forgácsoló szerszámok Nagyon jelentős igénybevétel keletkezik a homloklap síkjában a forgács elcsúszásakor ébredő súrlódás hatására is. A súrlódóerő nagysága függ. • a darab és a szerszám anyagától, • a forgácsolás sebességétől, • a hűtéstől és kenéstől.

36. Forgácsoló szerszámok A leválasztandó réteg alakváltozása és a súrlódás leküzdésére befektetett munka jelentős része hővé alakul. A szívós, nagyszilárdságú anyagok forgácsolásakor nagyobb, míg a rideg anyagok esetében kisebb hőmennyiség keletkezik. A forgácsolási sebesség növelése is a keletkező hőmennyiség növekedését eredményezi. (HSC!) A keletkező hőmennyiség jelentős része távozik a forgáccsal, de mintegy 20 %-a a szerszámot terheli, jelentősen felmelegítve azt. A forgácsolószerszám főélének környezetében a forgácsolás feltételeitől függően 600 – 1000 C is mérhető. 36

37. Forgácsoló szerszámok • Jelentős a szerszámra ható koptató igénybevétel is. • A forgácsolószerszámok kopása nagy felületi nyomáson és nagy súrlódási tényező értékeknél magas hőmérsékleten megy végbe, ezért összetett jelenség, amely dörzsölés, koptatás, karcolás, csorbulás, adhézió, diffúzió, kémiai, villamos, és fáradásos stb. jelenségek következménye.

38. Műanyag alakító szerszámok • A műanyagok feldolgozása a fémekkel összehasonlítva lényegesen alacsonyabb hőmérsékleteken történik. A leggyakrabban csak 150 – 280 C körüli hőmérsékletek fordulnak elő. • Azonban a nagy viszkozitás miatt erős koptató-, erodáló hatás léphet fel és bizonyos esetekben nem hanyagolható el a korróziós hatás sem. • A műanyagsajtoló, fröccsöntő stb. szerszámok rendszerint bonyolult alakúak, gyakran vékony kiálló bordákat tartalmaznak. A felületeket gondosan kell megmunkálni (gyakran polírozott, tükrösített). • Ezekkel a szerszámokkal nagy sorozatban állítanak elő darabokat ezért hosszú ideig ki kell elégíteniük az elvárt követelményeket.

39. Műanyagok alakításaExtrudálás Cső Rúd Profil

40. Műanyag alkatrészek gyártása:fröccsöntés (2)

42. A szerszámanyagokkal szemben támasztott követelmények összefoglalása • Keménység, melegkeménység Kritikus keménység A kritikus keménység felett az él keménysége rohamosan csökken . (45-50 HRC azaz 400 HV)

43. A forgácsoló szerszám és a munkadarab keménységének viszonya Hszerszám/Hmunkadarab 2-3

44. A szerszámanyagokkal szemben támasztott követelmények összefoglalása • Kopásállóság, kémiai passzivitás • Szívósság • Termikus kifáradás • Alak-és mérettartósság • Megmunkálhatóság • Előnyös ár

45. Kopásállóság és szívósság

46. Szerszámanyagok és jellemzőik A szerszámanyagokat három nagy csoportba sorolhatjuk. Ezek: • Szerszámacélok • Keményfémek és kerámiák • Szuperkemény szerszámanyagok

47. Szerszámacélok A szerszámacélokat csoportosíthatjuk: • Ötvözetlen szerszámacélok A C-en kívül nem tartalmaznak egyéb ötvözőt • Ötvözött szerszámacélok. A felhasználási igényeknek megfelelően karbidképzőkkel ötvözik pl. Cr, W, V • Hidegalakító szerszámacélok • Melegalakító szerszámacélok • Műanyag megmunkáló acélok • Gyorsacélok. Forgácsolószerszámok anyaga. Karbidképzőkkel erősen ötvözött acélok.

48. Szerszámacélok

49. A szerszámacélokkal szemben támasztott követelmények • Keménység • Szívósság • Hőállóság • Kopásállóság • Edzhetőség • megmunkálhatóság

50. Ötvözetlen szerszámacélok • A C tartalmuk a szerkezeti acélok felső határától 0,6 %-tól 1,4 %-ig terjed. • Jellemzők: • csekély mértékű átedződés • edzés során a maradék ausztenit mennyisége nő, elérheti a 10-30 %-ot is. • a hőmérséklet ne haladja meg a 200 C-ot • Kis C tartalmúak szívósabbak