HU222098B1 - Fúrószerszám - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya fúrószerszám (10), amelynek szerszámteste (11) afúrás folyamán első tengely (28) körül forgat- hatóan, és az elsőtengely (28) mentén előretolhatóan van kialakítva, és a szerszámtesten(11) az első tengelyhez (28) képest rögzített második tengely körülforgó forgácsoló betétkés (15) van elrendezve, továbbá a forgácsolóbetétkésen (15), lényegében a szerszámtest (11) fúrásirányú mozgásairányába néző forgácsoló homlokfelületet (53) határoló, kerület mentiforgácsolóél (54) van kialakítva, valamint az első és másodiktengelyek (28) viszonya olyan, hogy a betétkés (15) forgácsolóélének(54) az első tengelytől (28) sugárirányban legtávolabb elhelyezkedőforgácsolási pontjában (55), a forgácsoló homlokfelület (53) az elsőtengelyhez (28) viszonyítva sugárirányú és tengelyirányúhomlokszögekkel (?) van kialakítva úgy, hogy a homlokszögek (?)egymáshoz viszonyított elrendezésével, a betétkésnek (15) a másodiktengely körüli, legalább kiválasztott nagyságú forgatónyomatékkalelőidézett, kiválasztott irányban történő forgása biztosítva van. Atalálmány feltárja továbbá a fúrószerszámban (10) alkalmazhatóillesztőelemet (16) és azt a meghatározott anyagból lévő munkadarabbankialakított, meghatározott átmérőjű furat megmunkálására szolgálóeljárást is, amelynek során a találmány szerinti fúrószerszámotalkalmazzák. ŕ

Description

A találmány tárgya fúrószerszám, amelynek szerszámteste a fúrás folyamán első tengely körül forgathatóan, és az első tengely mentén előretolhatóan van kialakítva, továbbá illesztőelem gyűrű alakú, forgó betétkés rögzítésére olyan fúrószerszámban, amelynek szerszámteste a fúrás folyamán első tengely körül forgatható és az első tengely mentén előtolható, és eljárás meghatározott anyagból lévő munkadarabban kialakított, meghatározott átmérőjű furat megmunkálására önforgó betétkéssel, amelynek során forgatható fúrószerszámot alkalmazunk, amelyben a fúrószerszám forgástengelyétől a meghatározott fúratátmérő felével sugárirányban eltolt forgácsolóponttal ellátott önforgó betétkést rendezünk el.

Az önhajtó forgóbetétek vagy lapkák, betétkések használata jól ismert a fémmegmunkálásban, elsősorban az esztergálási műveleteknél, ahol a munkadarabot az esztergán forgatják. Az ilyesfajta használat ismeretes a marási műveletek esetében is.

Az US 2 233 724, 2 513 811 és 4 181 049 számú szabadalmak régebbi és frissebb példákat is hoznak a forgó betétkések esztergálásnál történő alkalmazására. Az US 3 329 065 számú szabadalmi leírás példát ismertet az ilyen lapkáknak a marási műveleteknél történő alkalmazására.

A fémek megmunkálásánál alkalmazott önhajtó forgó betétkések gyűrűszerű elemek, amelyeket többnyire azért illetnek a betétkés elnevezéssel, mert kicserélhetők a megfelelő hordozóban vagy szerszámtestben, és keményebbek, mint az a fém, amelyet megmunkálnak velük. A betétkéseket különböző geometriai kialakítással lehet készíteni, de a lapos, alátétszerű geometria közkedvelt és gyakori, mivel egyszerű geometriai kialakítása miatt kis költséggel előállítható. A betétkés a szerszámtesten van elrendezve úgy, hogy tengelye körül foroghat. Akár a marószerszám alkalmas kialakításával és azzal, hogy a test hogyan hordozza a forgatható betétkést, akár a lapkákat hordozó szerszám megfelelő pozicionálásával az esztergán forgó munkadarabhoz képest, körkörös homlokfelület és emellett lévő forgácsolóéi van kialakítva a betétkésen a megmunkálandó munkadarabhoz viszonyított meghatározott és megfelelő helyzetben. Ez a betétkés és a munkadarab közötti megfelelő helyzet, amelyben a szerszám, valamint a munkadarab egymáshoz képest forgómozgást végez és a betétkés ezenfelül befelé mozog a munkadarab anyagába, a megmunkálás folyamán súrlódást okoz a betétkés és a munkadarab között, és ez a súrlódási erő készteti a betétkést a tengelye körüli forgásra. Ez a súrlódás tulajdonképpen a betétkés és a között a fémforgács között lép fel, amely a betétkés és a munkadarab közötti erőteljes érintkezés nyomán képződik. Ahogy a betétkés forog a tengelye körül, újabb és újabb homlokfelület-tartomány és forgácsolóél-szakasz kerül forgácsoló érintkezésbe a munkadarabbal, miközben azok a homlokfelület-tartományok és forgácsolóél-szakaszok, amelyek már elhagyták az érintkezési pontot, lehűlhetnek, mielőtt újra érintkezésbe kerülnének a munkadarabbal. A forgó betétkésnek az a képessége, hogy hidegebb lehet, mint az ugyanolyan megmunkálási körülmények között dolgozó, de nem forgó betétkés, a forgó betétkést jelentősen hosszabb élettartamúvá teszi, mint egy nem forgó betétkést.

Jóllehet a szakirodalomban találunk utalásokat az önhajtó forgólapkák alkalmazására fúrási műveleteknél, ezeket a lapkákat manapság jobbára csak az esztergálásnál és a marási műveleteknél alkalmazzák. Ahogy azt a következő leírásban egy példa szerinti önhajtó forgó betétkéses fúrószerszám ismertetése kapcsán részletesebben is ki fogjuk fejteni, míg az esztergálás és a marás egymással több rokon vonást mutat, legalábbis ami a forgó betétkésre ható erőket illeti, addig a fúrás ettől jelentősen különböző betétkés-beállítást igényel, és a fúrók ráadásul eltérő betétterhelési feltételek között működnek. Ezek a különbségek és beható ismeretük feltűnő hiánya azonban korlátozza az önhajtó forgó betétkések sikeres és hatásos alkalmazását a fémfúrás műveleteinél.

A fémek fúrása alapvetően különbözik a fúratkészítéstől. A fúrás előfeltétele lényegében körkörös hengeres üreg jelenléte a munkadarabban, amelynek üregfalai képezik a megmunkálás tárgyát, hogy még hengerhűbb üreget kapjunk, például meghatározott átmérőt és megfelelő felületi minőséget alakítsunk ki. A fúrás az a művelet, amely ezeknek a céloknak a megvalósítására szolgál. A fúratkészítés egyébként - általában - azt jelenti, hogy a munkadarabban nincsen üreg a szóban forgó helyen; a fúratkészítés tehát az a művelet, amelyet az ilyen üregek kialakítása érdekében alkalmazunk, és amelyeknek meghatározott átmérőjük és meghatározott felületi minőségük van. A furatok általában olyan átmérő/hossz viszonnyal készülnek, amely nagyobb, mint a fúratkészítéssel előállított üregek átmérő/hossz aránya.

A fémfúrási műveletek egyre nagyobb szerepet játszanak a gépgyártásban, ahol az önhajtó forgólapkákat előnyösen használhatnák, de pillanatnyilag még nem nagyon alkalmazzák. Például az autóiparban sok tényező, például könnyebb járművek építése a hatékonyabb üzemanyag-felhasználás céljából, készteti az autógyártókat arra, hogy elsősorban alumíniumból vagy más könnyűfémötvözetből, vagy más anyagból (mint például a vermikuláris grafitos öntöttvasból, amely az öntöttvas egyik speciális formája) állítsák elő a motorblokköntvényeket azért, hogy a motorblokkok jóval könnyebbek legyenek. Az alumínium rendkívül kedvező anyag, mivel könnyű és viszonylag olcsó. Az alumínium mindazonáltal nem éppen jó kopásállóságáról híres, különösen nem magas hőmérséklet-tartományokban, hacsak nem valamilyen speciális és drága ötvözetről van szó, amelyet az alumínium más anyagokkal történő ötvözésével alakítanak ki.

Az autók nyers motorblokkjait öntéssel állítják elő, majd az ezt követő megmunkálás során fúrással, menetfúrással, marással és furatok készítésével, továbbá más megmunkálási eljárásokkal alakítják. Ha a nyers motorblokkot alumíniumöntvényből készítik, a hengerfúratok falai gyakran fémperselyt kapnak, amely magasabb hőmérsékleteken nagyobb kopásállóságú, mint az alapfém. A henger falait ki lehet alakítani úgy is, hogy megmunkált perselyeket helyeznek a megmunkált motorblokkba, de célszerűbben kopásálló anyagból készült

HU 222 098 Β1 hüvelyeket helyeznek el a formában, majd e köré öntik az alumínium motorblokkot. Az utóbbi esetben a hengerbetét, vagyis a persely kialakítására megfelelő anyag a vermikuláris grafitos öntöttvas, vagy CGI (Compacted Graphite írón). A CGI rendkívül nehezen megmunkálható anyag, mivel nagy szakító- és nyírószilárdságú, amelyet a betétkéssel kell legyőzni a megmunkálás folyamán. Manapság, amennyire tudjuk, a CGI-t nem használják hengerperselyek anyagaként a motorblokkok gyártásában. A legkedveltebb anyag, amelyből a motorblokkokat öntik és amelybe a hengerfuratokat bemunkálják: a szürkevas (öntöttvas).

A gyártósorokat széles körben alkalmazzák az autók motorblokkjainak nyers motorblokköntvényekből történő készre munkálása során. A gyártósor megmunkálóállomásokból áll, amelyeken a motorblokk fokozatosan halad át, és ahol egy vagy több, különleges megmunkálóműveletet végeznek el a blokköntvényen. A modem megmunkálósorok nagymértékben automatizáltak. A nyers blokköntvényeket kézzel vagy robotok segítségével, vagy más mechanizmusok felhasználásával a gyártósor egyik végén helyezik fel a sorra, és a készre munkált blokkokat hasonló módon veszik le a gyártósor másik végén. A gyártósor két vége között a blokkokat általában nem érinti emberi kéz. A gyártósorok akkor működnek a leghatékonyabban, hogyha a kopott vagy tompa fémmegmunkáló betétkések cseréjére a számos megmunkálóállomáson csak ritkán van szükség. Ennek következtében, ha a motorblokkokat automatizált megmunkálósorokon állítják elő, általában a hengerfúrás az a művelet, amely az egész gyártósor sebességét visszafogja és hatékonyságát csökkenti. Az ok pedig a fúrószerszámok viszonylag gyakori cseréjének szükségessége, mivel a fémmegmunkáló betétkéseket tartalmazó szerszámok élettartama rövid, tekintettel arra, hogy a folyamatos használat közben nagy hőmérsékleteknek vannak kitéve. A modem, automatizált gyártósorok többnyire két, egymást követő hengerfelfúró munkaállomással vannak ellátva a durva, majd a félkész fúráshoz, amelyet egy hengerhónoló munkaállomás követ. így a motorblokkok hengereinek fúrása emberemlékezet óta körülményes dolognak számít az autóiparban.

Az előbbiek ismeretében látható, hogy jelentős és hosszú ideje létező igény áll fenn az automatizált gyártósorokon előállított könnyű motorblokkok gyártásában egyebek mellett az önhajtó forgó betétkések előnyeinek a fúrási műveleteknél történő kiaknázására is.

Találmányunk célkitűzése egyrészt az, hogy megoldjuk az ismertetett problémát, vagyis csökkentsük az autóipari motorblokkgyártó sorok hengerfúró munkaállomásain szükséges szerszámcserék számát, másrészt az, hogy a találmányt más olyan iparágakban is hasznosíthatóvá tegyük, amelyekben hasonló fúrási eljárásokat alkalmaznak.

Célkitűzésünket olyan fúrószerszám kialakításával értük el, amelynek szerszámteste a fúrás folyamán első tengely körül forgathatóan, és az első tengely mentén előretolhatóan van kialakítva, és a szerszámtesten az első tengelyhez képest rögzített második tengely körül forgó forgácsoló betétkés van elrendezve, továbbá a forgácsoló betétkésen, lényegében a szerszámtest fürásirányú mozgása irányába néző forgácsoló homlokfelületet határoló, kerület menti forgácsolóéi van kialakítva, valamint az első és második tengelyek viszonya olyan, hogy a betétkés forgácsolóélének az első tengelytől sugárirányban legtávolabb elhelyezkedő forgácsolási pontjában, a forgácsoló homlokfelület az első tengelyhez viszonyítva sugárirányú és tengelyirányú homlokszögekkel van kialakítva úgy, hogy a homlokszögek egymáshoz viszonyított elrendezésével, a betétkésnek a második tengely körüli, legalább kiválasztott nagyságú forgatónyomatékkai előidézett, kiválasztott irányban történő forgása biztosítva van.

A betétkésnek célszerűen sík kialakítású forgácsoló homlokfelülete, továbbá körhengerpalást kialakítású kerület menti hátfelülete van.

A sugárirányú és a tengelyirányú homlokszögek előnyösen negatív értékekkel vannak kialakítva.

A tengelyirányú homlokszög értéke kedvezően a sugárirányú homlokszögértékének kb. kétszerese.

A betétkés célszerűen olyan illesztőelemre van forgathatóan felszerelve, amely meghatározott helyzetben és eltávolíthatóan van a szerszámtesthez csatlakoztatva.

A tengelyirányú és sugárirányú homlokszögek értékei célszerűen negatívak, és a sugárirányú homlokszög kb. kétszer nagyobb, mint a tengelyirányú homlokszög.

A fúrószerszám előnyösen olyan rögzítőelemmel van ellátva, amellyel az illesztőelem meghatározott helyzetben a szerszámtesthez van rögzítve.

Az illesztőelem kedvezően olyan tengelycsappal van kialakítva, amely körül a betétkés forgathatóan van elrendezve, és a rögzítőelem, a tengelycsapnak a betétkés melletti végével együttműködőén van kialakítva.

Az illesztőelem célszerűen fecskefarok-illesztéssel van a szerszámtesthez csatlakoztatva.

Az illesztőelem fecskefarok-illesztésének középvonala előnyösen a tengelycsap középvonalától oldalirányban el van tolva.

A fecskefarok-illesztés kedvezően a tengelycsap középvonalától olyan irányban van eltolva, hogy a tengelycsap, az illesztőelemet a szerszámtesthez csatlakoztató fecskefarok-illesztés tartományán kívül van.

A szerszámtest célszerűen, az illesztőelemnek a fecskefarok-illesztés mentén történő elmozdulását lehatároló helyzetbeállító csappal van ellátva.

A helyzetbeállító csap kedvezően a szerszámtestből a fecskefarok-illesztés szerszámtestben elrendezett hornyába nyúlóan van elrendezve.

A fecskefarok-illesztés előnyösen a szerszámtest első tengelyével lényegében párhuzamosan van elrendezve.

A betétkések forgácsolópontjai célszerűen a szerszámtest első tengelyére merőleges irányban eltérő távolságban és/vagy egymástól az első tengely mentén mért bizonyos távolságban vannak elrendezve.

A betétkések forgácsolópontjai kedvezően egymástól az első tengely mentén mért, lényegében egyenlő távolságban varnak elrendezve.

HU 222 098 Bl

A betétkések forgácsolópontjai célszerűen az első tengelyre merőleges irányban, a tengelytől lényegében egyenlő mértékben változó távolságban vannak elrendezve.

A betétkések forgácsolópontjai előnyösen a szerszámtest első tengelyére merőleges irányban azonos távolságban, és az első tengelyre merőleges, közös síkban vannak elrendezve.

Célkitűzésünk megvalósítását szolgálja továbbá az a találmány szerinti illesztőelem is, amely gyűrű alakú, forgó betétkés rögzítésére szolgál olyan fúrószerszámban, amelynek szerszámteste a fúrás folyamán első tengely körül forgatható és az első tengely mentén előtolható, és az illesztőelemnek befogóeleme, és a befogóelemen második tengely körül forgatható gyűrű alakú betétkése van, valamint a betétkésen a második tengelyre lényegében merőleges homlokfelület, továbbá a homlokfelületet határoló kerület menti forgácsolóéi van elrendezve, és az illesztőelem a szerszámtesthez, a szerszámtest meghatározott helyén, szilárdan csatlakoztatható módon van kialakítva úgy, hogy a betétkés homlokfelületének normálisa lényegében a fúrószerszám első tengely körüli forgásának irányában van, és a homlokfelületnek, a betétkés forgácsolóélének a fúrószerszám első tengelyétől legtávolabbi forgácsolópontjában, a fúrószerszám első tengelyéhez viszonyítva megválasztott tengelyirányú és sugárirányú homlokszögértékei vannak, amelyekkel a betétkés második tengely körül kiválasztott irányban, megválasztott nagyságú nyomatékkai létrehozott forgása, a fúrószerszám fúrómozgása közben biztosítva van.

A betétkés homlokfelülete célszerűen sík felület.

A forgácsolóéi előnyösen a betétkés körhengerpalást kialakítású hátfelületének a betétkés homlokfelületével alkotott metszésvonalában van elrendezve.

A tengelyirányú és sugárirányú homlokszögek kedvezően negatív értékekkel vannak kialakítva.

A tengelyirányú homlokszög értéke célszerűen a sugárirányú homlokszög értékének kb. kétszerese.

Az illesztőelemnek kedvezően olyan tengelycsapja van, amely körül a betétkés forgathatóan van elrendezve, és a tengelycsap betétkéshez közeli végén, a tengelycsap szerszámtesthez történő rögzítését szolgáló felületek vannak kialakítva.

Az illesztőelem szerszámtesthez történő rögzítése célszerűen fecskefarok-illesztés révén van megvalósítva.

A fecskefarok-illesztés előnyösen a második tengelytől oldalirányban el van tolva.

Célkitűzésünket továbbá olyan eljárás kidolgozásával valósítottuk meg, amely meghatározott anyagból lévő munkadarabban kialakított, meghatározott átmérőjű furat megmunkálására szolgál önforgó betétkéssel, és amelynek során forgatható fúrószerszámot alkalmazunk, amelyben a fúrószerszám forgástengelyétől a meghatározott fúratátmérő felével sugárirányban eltolt forgácsolási ponttal ellátott önforgó betétkést rendezünk el, és az eljárás során, a munkadarab anyagi tulajdonságainak figyelembevételével, forgácsolási sebesség, fogásmélység és tengelyirányú előtolás első műveleti értékeit határozunk meg, továbbá az első műveleti értékek esetében meghatározzuk a betétkés sugárirányú és tengelyirányú homlokszögei, valamint az érintőirányú, sugárirányú és tengelyirányú forgácsolóerők, és a betétkés szögsebessége és nyomatéka közötti viszonyt; a forgácsolópontban meghatározzuk a betétkés homlokszögeit, és ezzel a betétkés forgástengelye körüli kívánt irányban maximális nyomatékot érünk el; meghatározzuk a betétkés támasztóerőit az ismert homlokszögértékek esetében; majd a fúrószerszámot az ismert forgácsolási sebességnek megfelelő szögsebességgel és az ismert tengelyirányú előtolással működtetjük, és a munkadarabban kialakított furatot megmunkáljuk.

Meghatározott anyagként célszerűen vermikuláris grafitos öntöttvasat (CGI) munkálunk meg, és a tengelyirányú, valamint a sugárirányú homlokszögeket negatív értékűre választjuk.

A tengelyirányú homlokszöget előnyösen kb. kétszer negatívabbra választjuk, mint a sugárirányú homlokszöget.

Kedvezően olyan fúrószerszámot alkalmazunk, amelynek szerszámtestét megerősített szerkezettel alakítjuk ki, és a szerszámtestet meghatározott méretű és meghatározott homlokszögekkel rendelkező betétkéssel látjuk el.

Az eljárás során a betétkés homlokszögeit előnyösen erőszimulációs modell segítségével határozzuk meg.

A találmányt a továbbiakban példakénti kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra önhajtó forgó betétkéssel ellátott fúrószerszám oldalnézete, ahol a betétkések a fúrószerszám felső végén vannak elrendezve, a

2. ábra a fúrószerszám nézete, a

3. ábra forgó betétkés illesztőelemének nézete, amelyből három van az 1. és 2. ábrán látható fúrószerszámban, ahol a forgó betétkések és más szerelvények részleteikben is megfigyelhetők, a

4. ábra a 3. ábra 4-4 vonala mentén vett nézet, az

5. ábra a fúrószerszám szerszámtestének résznézete a betétkések nélkül, a

6. ábra a szerszámtest nézete, a

7. ábra a hátsó rögzítőelem nézete, a

8. ábra a hátsó rögzítőelem oldalnézete, a

9. ábra a mellső rögzítőelem nézete, a

10. ábra mellső rögzítőelem oldalnézete, és a

11-15. ábrák olyan változók közötti viszony megjelenítésére szolgálnak, amelyek lényegesek az 1. és 2. ábrán látható találmány szerint fúrószerszám, valamint más fúrószerszámok és betétkésszerelvények kialakításánál.

A 11-15. ábrákon az abszcissza (a vízszintes tengely) a tengelyirányú homlokszögváltozása -20°-tól (eredeti) 0°-ig, l°-os növekményenként. A görbék mindegyik grafikon esetében a sugárirányú homlokszög értékei l°-os lépésekben β=0°-ίό1 5=-20°-ig. Az ordináták (függőleges tengely) a 11 -15. ábrákon a következők:

HU 222 098 Β1

- a 11. ábrán az érintőirányú forgácsolóerő (N),

- a 12. ábrán sugárirányú forgácsolóerő (N),

- a 13. ábrán tengelyirányú forgácsolóerő (N),

- a 14. ábrán a betétkés nyomatéka (Nm), és

- a 15. ábrán a betétkés fordulatszáma (1/p).

[A példákban a forgácsolási (kerületi) sebesség 805 m/perc, a fogásmélység 0,40 mm és az előtolás sebessége 0,15 mm/fog. A fog: egy betétkés a szerszámban. Az előtolás sebessége/fog az egész szerszám előrehaladási sebessége fordulatszámonként, osztva a szerszámban lévő forgácsolóélek számával.]

Az 1. ábra a találmány szerinti 10 furószerszám oldalnézete. A 10 furószerszámnak 11 szerszámteste van 12 orsóvéggel és 13 tengelycsonkkal, amelyet az ábrán nem látható fúrógép vagy megmunkálóközpont orsója hajt meg. A 10 furószerszámot megmunkálóközpontban szereljük fel, amely automatikusan cseréli a szerszámokat a központ által végrehajtott különféle megmunkálási műveletek között, így a szerszámazonosításhoz, rögzítéshez, beállító mozdulatokhoz szükséges információkat a 13 tengelycsonk megfelelő kialakítása szolgáltatja a megmunkálóközpont szerszámkezelő mechanizmusának. A furószerszám 13 tengelycsonkjának az 1. ábrán látható geometriai kialakítása megfelel a szerszámszár-kialakitásra, valamint a gépi szerszám orsókialakítására vonatkozó ABS 80 kritériumoknak. All szerszámtest ellenkező végén 14 betételrendezés található. Általában a 10 furószerszám 14 betételrendezése a szerszám használata közben alul helyezkedik el. A fúrási műveletek során fém munkadarabban (mint például motorblokkban) előzőleg kialakított, lényegében körhenger alakú üreg falait munkáljuk meg, és alakhűen hengeres felületet hozunk létre, amelynek átmérőjét a 10 fürószerszám 14 betételrendezésének geometriája határozza meg.

A 10 furószerszám 14 betételrendezésében három olyan forgó 15 betétkés van elhelyezve, amelyek általában jól ismertek a megmunkálóiparban. A 15 betétkések a munkadarab anyagánál jóval keményebb anyagból vannak kialakítva; a 15 betétkések anyaga célszerűen szilícium-nitrid-kerámia.

Ahogy az 1. és 2. ábrán is látható, a 10 fiirószerszámban a 15 betétkések 16 illesztóelem segítségével vannak befogva, amelyet cserélhető, kazettaszerű kialakítással készítünk el. A 16 illesztőelemek kazettái könnyedén behelyezhetők és eltávolíthatók a 10 fiirószerszámból, illetve all szerszámtestből, ezzel a szerszámcsere hatékonyságát fokozzuk, amikor a kopott betétkéseket cserélni kell, és a régiek helyébe a szerszám kapacitásának határain belül új 16 illesztőelemkazettákat helyezhetünk, továbbá a gépi megmunkálásnál különböző átmérők kialakítását végezhetjük eltérő illesztőelemek behelyezésével. A 16 illesztőelemek célszerűen egyformák és ábrázolt kiviteli alakjuk lényegében megfelel az US 4 477 211 számú szabadalmi leírásban ismertetett kialakításnak. Minden 16 illesztőelem-kazettában 18 befogóelem (ún. állórész), 19 rotor, továbbá 15 betétkés, 20 forgácsterelő és 21 rögzítőanya van, amelyeket a 18 befogóelem 24 tengelycsapjára szerelünk fel (lásd 3. és 4. ábrák). Noha az ábrákon nem látható, de az US 4 477 211 számú szabadalmi leírással összhangban a 19 rotor a 18 befogóelem 24 tengelycsapjára célszerűen talpcsapágy, tűgörgős és golyóscsapágy kombinációval van illesztve. Ezek a csapágyak a 18 befogóelem és a 19 rotor között vannak elhelyezve úgy, hogy a 19 rotor egyrészt forgatható 18 befogóelemben, másrészt a 15 betétkés által fúrás közben a 19 rotorra gyakorolt tengelyirányú terhelést átviszik a 18 befogóelemre. A 18 befogóelem 24 tengelycsapjának 27 tengelye lényegében a 15 betétkés forgástengelye. A 21 rögzítőanya a 18 befogóelem 24 tengelycsapjához 25 menettel van csatlakoztatva (lásd 3. és 4. ábra), amely a 24 tengelycsapnak a tövétől távolabbi végén van kialakítva. A 25 menetek célszerűen a betétkésnek a 18 befogóelem 24 tengelycsapja körüli, a fúrás folyamán felvett forgásirányával ellentétes forgásirányunk. így a 10 fúrószerszámban a 15 betétkések az óra járásával megegyező irányban forognak a 18 befogóelem 24 tengelycsapja körül (azaz jobbsodrásban, ha a tengely menetes vége felől a tengely vonalában nézzük) így a 24 tengelycsap balmenetes. A 18 befogóelem szerkezeti tulajdonságainak köszönhetően a 18 befogóelem könnyedén, kazettaszerűen leszerelhető és felszerelhető all szerszámtestre úgy, hogy a 18 befogóelem 27 tengelye all szerszámtest központi 28 tengelyéhez képest előre meghatározott, rögzített helyzetben lesz all szerszámtesten. Ezek a szerkezeti tulajdonságok lényegében fecskefarok-illesztésben testesülnek meg, amelynek „pozitív” 22 eleme a 18 befogóelem felületén van kialakítva, a 25 menetekkel ellentétes oldalon. A fecskefarok-illesztés 22 eleme a fecskefarokillesztés 23 hornyába (lásd a 2. ábrát például) illeszthető, amely all szerszámtesten lévő 17 fészek hátsó falán van kialakítva. A fecskefarok- 23 hornyok középvonalai általában és célszerűen párhuzamosak a szerszám központi első 28 tengelyével. A fecskefarok-illesztés 22 elemeinek középvonalai nem, legalábbis többnyire nem merőlegesek a 18 befogóelem 27 tengelyére, hanem a merőlegestől eltérően állnak a 27 tengellyel γ szöget bezárva, amely az ismertetett körülmények között, a megfelelő 15 betétkés a tengelyirányú homlokszögét alkotja, ha az a 11 szerszámtestbe be van építve. Ez a 3. ábrán látható, amely a 18 befogóelem oldalnézete a központi 28 tengely felől, ha a 18 befogóelemet a 11 szerszámtestre illesztjük a fecskefarok-illesztés 22 elemével a 23 horonyba történő becsúsztatásával. A 19 rotor, a 15 betétkés, a 20 forgácsterelő és a 21 rögzítőanya helyzetét a 18 befogóelemen a 3. ábrán szaggatott vonallal jelöltük.

A 4. ábra a 18 befogóelem nézete a 3. ábra 4-4 vonala mentén, és azt mutatja, hogy a fecskefarok-illesztés 22 eleme célszerűen nem középpontos a 18 befogóelem 27 tengelyével, hanem oldalirányba kissé el van tolva ettől a 27 tengelytől a 3. ábrán látható 18 befogóelem oldala felé. Ez az eltolás megkönnyíti a 23 horony kialakítását all szerszámtesten, amely így a 11 szerszámtest kerületétől a 17 fészek belső fala közelében van, és biztosítja az erős csatlakozást a 18 befogóelem és a 11 szerszámtest között, és lehetővé teszi, hogy a 18 befogóelem 27 tengelye eléggé távol legyen a 10 fü5

HU 222 098 Β1 rószerszám központi 28 tengelyétől úgy, hogy a 15 betétkés átmérőjét a 10 fúrószerszám felhasználásával történő fúrás során kialakított furat átmérőjével összhangban, alacsony értéken tartsuk. A 22 elem eltolása a 27 tengelytől egyszersmind robusztus szerkezeti tulajdonságot kölcsönöz a 27 tengely menetes külső végének, elősegítve, hogy a 27 tengely vége hathatósan kapcsolódjék all szerszámtesthez, ahogy azt az 1. és 2. ábrán láthatjuk, és ahogy azt a továbbiakban ismertetni fogjuk.

A 18 befogóelem előnyös szerkezeti tulajdonságait hordozó további elemek: két, célszerűen sík 30, 31 felület, amelyek a 18 befogóelem 27 tengelyének 25 menetes részén vannak kialakítva; ezek a felületek a legjobban a 3. és 4. ábrán láthatók, és megkönnyítik, hogy a 18 befogóelem 27 tengelyének helyzete rögzítve legyen a szerszám központi 28 tengelyéhez képest, amikor a 18 befogóelemet felszereljük all szerszámtestre. Ezek a 30, 31 felületek elülső 33 rögzítőelemhez kapcsolódnak, amely a 9. és 10. ábrán, valamint felszerelt helyzetben az 1. és 2. ábrán látható. A 18 befogóelem 27 tengelyének hátsó 30 felülete célszerűen párhuzamos a 27 tengely tengelyvonalával, valamint párhuzamos a fecskefarok-illesztés 22 elemének meghosszabbításával is. Helyzete a 18 befogóelemen all szerszámtest 17 fészkének alakja által van meghatározva úgy, hogy amikor a 18 illesztőelemet a fecskefarok-illesztéssel betoljuk a 17 fészekbe, a 30 felület a 17 fészek sík 34 felületére fekszik fel. A 31 felület a 30 felülethez képest szögben áll, lényegében ékszerű elrendezést alkotva a 30 felülettel. Ahogy az legjobban a 2. ábrán látható, a 31 felület a teljesen összeszerelt 10 fúrószerszámban 33 rögzítőelem 35 nyelvével van érintkezésben. A mellső 33 rögzítőelemnek lényegében csőszerű 36 teste van, amelyből 35 nyelv nyúlik ki, célszerűen sugárirányban. A 35 nyelv mérete a 36 test hosszának irányában kisebb, mint a 36 test hossza a 36 test egyik végétől mérve. A rögzítő- 36 testben tengelyirányú, belső csavarmenetes 37 furat van kialakítva.

Az összeszerelt 10 fúrószerszámban az elülső 33 rögzítőelem 39 üregben helyezkedik el, amely a 11 szerszámtest sík 34 felületében van kialakítva; lásd 5. ábra. A 39 üreg olyan kialakítású és profilú, hogy a benne elhelyezett 33 rögzítőelem nem tud elfordulni, továbbá 35 nyelve a megfelelő betétkés 18 befogóelem- 31 felületével működik együtt. Az elülső 33 rögzítőelem a 11 szerszámtestben csavarral van rögzítve (nem látható), méghozzá úgy, hogy a 33 rögzítőelem 35 nyelvének 40 belső felületével van érintkezésben, amely 35 nyelv a 18 befogóelem végének 31 felületéhez nyomódik azért, hogy a 11 szerszámtesthez rögzítse a 18 befogóelem 24 tengelycsapjának végét a 17 fészekben. A 33 rögzítőelemnek a 39 üregben történő rögzítésére használt csavar all szerszámtesthez kapcsolódik 41 belső menetes furatban, amely a 11 szerszámtesten van kialakítva a 39 üreg aljánál.

A 15 betétkés 16 illesztőelemének all szerszámtest tengelyirányához viszonyított megfelelő helyzete helyzetrögzítő 43 csappal van rögzítve, amelyet a 11 szerszámtestben kialakított 44 furatban helyezünk el. A 44 furat áthalad a fecskefarok-illesztés 23 hornyán csakúgy, mint a 44 furatban elhelyezett 43 csap. A 43 csap a fecskefarok-illesztés 22 elemét rögzíti, miután a kazettaszerű 16 illesztőelemet behelyeztük a 11 szerszámtestbe a fecskefarok-illesztés 23 hornyának segítségével. A 43 csap a fecskefarok-illesztés 22 elemével érintkezik, amely a 3. ábra jobb alsó sarkában látható. Mivel all szerszámtestben lévő 23 horony a szerszám központi első 28 tengelyével lényegében párhuzamosan áll, a 43 csap határolja be a fecskefarok-illesztés eleme, és így a 16 illesztőelem mozgását all szerszámtestbe a központi 28 tengely mentén. Ez a határ a 16 illesztőelem 22 elemének hosszától függ és meghatározza az adott 16 illesztőelem forgácsoló- 55 pontjának helyzetét a 10 fúrószerszám központi 28 tengelye mentén. Ahogy az a következő leírásból is kitűnik, akár a 11 szerszámtestben lévő helyzetbeállító 43 csap szabályozásával, akár a 22 elem hosszának változtatásával beállítható a 15 betétkés megfelelő forgácsoló- 55 pontjának a 10 fúrószerszámban elhelyezett további 15 betétkések forgácsoló- 55 pontjaihoz viszonyított tengelyirányú fogeltolása.

A 16 illesztőelem fecskefarok- 22 elemét hátsó 46 rögzítőelem közreműködésével rögzítjük all szerszámtesthez, amely lényegében hasonló a megfelelő elülső 33 rögzítőelemhez, de alsó 47 felületének meghosszabbítása úgy lejt, hogy érintkezésbe kerüljön a mellette lévő 16 illesztőelem fecskefarok- 22 elemének ferde oldalfalával. A hátsó 46 rögzítőelem all szerszámtest külső oldalfelületén, a 16 illesztőelemek hornyai mögött kialakított alakos 48 üregben van elhelyezve. A 46 rögzítőelem a 48 üregben csavarral van rögzítve (nem látható), amely a 33 rögzítőelemhez hasonló módon együtt működik a 46 rögzítőelemmel és a 11 szerszámtesttel, ahogy azt korábban ismertettük.

A 11 szerszámtest 14 betételrendezése közepén 50 mélyedés található. Az 50 mélyedésnek részleges kapcsolata van a mellette lévő 16 illesztőelem- 17 fészekkel, és fémforgács befogadására szolgál, amely a 10 fúrószerszám működése közben keletkezik.

Mivel a találmány szerint különböző geometriai kialakítású 15 betétkések használhatók egyazon 10 fúrószerszámban, a 10 fúrószerszám úgy van kialakítva, hogy gyűrű alakban köröskörül elhelyezett 15 betétkései vannak, amelyeknek körkörös hengeres külső 52 felületük, valamint sík és párhuzamos fő forgácsoló homlokfelületeik vannak, amelyek merőlegesek a megfelelő 16 illesztőelem 27 tengelyére, amely viszont tulajdonképpen egy forgácsoló tengely vagy második 27 tengely a 10 fúrószerszám központi 28 tengelyhez képest. A 15 betétkések kerület menti 52 felületének a forgácsoló 53 homlokfelülettel alkotott kör alakú metszésvonala alkotja a 15 betétkés 54 forgácsolóélét. Az forgácsolóélen a 28 központi tengelytől legtávolabbi 55 pont a 15 betétkés idealizált forgácsolási 55 pontja a fúrás folyamán, minthogy ez az az 55 pont, amely meghatározza annak a hengeres felületnek az átmérőjét, amelyet a 15 betétkéssel felfúrunk, ahogy a 10 fúrószerszám forog és tengelyirányban előrehalad a fúrás közben.

HU 222 098 Β1

A tengelyirányú vagy sugárirányú dőlésnek megfelelő tengelyirányú vagy sugárirányú α, β homlokszög kifejezéseket az önhajtó forgó 15 betétkésekkel ellátott fémforgácsoló szerszámok bizonyos fontos geometriai viszonyainak megvilágítása érdekében használjuk. A tengelyirányú a homlokszög negatív, amikor a forgácsolószerszám 15 betétkésének 27 tengelye lényegében a munkadarab felé mutat; a 10 fúrószerszámok estében az, hogy a „munkadarab felé mutat” azt jelenti, hogy a szerszám 28 tengelyének meghosszabbítása irányába mutat. A tengelyirányú a homlokszöget olyan távolabbi pontból nézzük, amely a szerszám egyik 56 sugarának vonalán van, ezzel a sugárirányú homlokszög hatását kiküszöbölhetjük. A tengelyirányú a homlokszög az a szög, amely az 54 forgácsolóélen lévő forgácsoló55 pontban a szerszám 28 tengelye és a forgácsoló homlokfelület síkja között van, ahogy az 1. ábrán látható, és megegyezik a 3. ábrán látható γ értékével. A sugárirányú β homlokszöget a szerszám 28 tengelyén lévő távolabbi pontból nézzük, amelyből a szerszám betételrendezését láthatjuk; ezzel kiküszöböljük a tengelyirányú a homlokszög hatását. A tengelyirányú a homlokszög a forgácsolási ponton átmenő 56 sugár, (mint a szög egyik szára), valamint a szerszámtengelyen átmenő és a 15 betétkés (forgás) 27 tengelyére (az említett távolabbi pontból szemlélve) merőleges 57 sík által bezárt szög. A sugárirányú β homlokszög negatív, ha a forgácsolási 55 pont a 10 fúrószerszám forgásirányába tolódik abból az 57 síkból, amely merőleges a betétkés 27 tengelyére és amelyben a radiális β homlokszög másik szára van. A radiális β homlokszög látható a 2. ábrán, és a 10 fúrószerszám esetében negatív.

Ahogy már jeleztük, a mozgó forgácsolóélekkel és felületekkel rendelkező fémforgácsoló szerszámoknak jelentős előnyeik vannak azokkal a szerszámokkal szemben, amelyeknél ezek az élek és felületek stacionáriusak a szerszámhoz képest, mert sokkal hosszabb hasznos élettartamuk van hasonló megmunkálási feltételek között, tehát azonos megmunkálandó fém, fogásmélység, előtolási sebesség és a szerszámnak a munkadarab anyagához viszonyított azonos sebessége esetén. Ez a hosszabb élettartam annak köszönhető, hogy a 15 betétkések 54 forgácsolóélei és 53 homlokfelületei mozognak a szerszámban, továbbá annak, hogy ezeket a 54 forgácsolóéleket és 53 homlokfelületeket hűtjük is, mivel különböző részeik ciklikusan távolodnak, közelednek, majd érintkezésbe kerülnek a munkadarabbal. Az ilyen forgácsolóélek és 53 homlokfelületek esetében ahhoz, hogy a leghatékonyabban eltávolítsuk a forgácsot a munkadarabról, ezeknek az 54 forgácsolóéleknek és 53 homlokfelületeknek a megfelelő irányba kell mozogniuk a munkadarabhoz képest, méghozzá olyan sebességgel, amely összhangban van a gyakran egymásnak ellentmondó gyakorlati követelményekkel; túlságosan kis sebesség szükségtelen hőfejlődéssel jár, a túl nagy sebességnek pedig más hatásai vannak. így régen felismerték, hogy az önhajtó forgó 15 betétkésekkel ellátott megmunkálószerszámok optimális kialakítása során soksok, egymással alig megérthető, komplex módon és szorosan összefüggő tényezőt kell figyelembe venni. Ha optimális geometrikus kialakítást dolgozunk ki, ezt szinte lehetetlen megtestesíteni megfelelő méretű forgácsolószerszámban, amelyben a szerszám és alkatrészei kielégítő szerkezeti szilárdsággal rendelkeznek ahhoz, hogy elfogadható ideig együtt maradjanak a megmunkálás aktuális körülményei között. E rengeteg, egymással versengő tényező hatására a kereskedelmileg elfogadható forgólapkás fémmegmunkáló szerszám kialakítása olyan gyakorlat, amely kompromisszumokat igényel és csak gyakorlati tapasztalatok alapján folytatható.

Ismeretes, hogy a 15 betétkés forgását a 15 betétkés és a forgácsolás során keletkező forgács közötti súrlódás okozza, ahogy a forgács áthalad a 15 betétkés forgácsoló felülete fölött. Ezt a mozgást minden egyes forgácsolási helyzetben az axiális a homlokszög és a sugárirányú β homlokszög okozza. Fémforgácsolás közben három, egymásra merőleges forgácsolóerő lép fel. 10 fúrószerszám esetében, mint amilyen a 10 fúrószerszám is, a 15 betétkésre ható forgácsolóerők modellezhetők úgy, mintha a 15 betétkés forgácsolási 55 pontjában lépnének fel. E három erő: a 15 betétkésre a szerszám 28 tengelyével párhuzamos irányban (azaz a 28 központi tengely irányában) ható tengelyirányú erő, valamint a 15 betétkésre a szerszám sugarával egyező irányban ható sugárirányú erő, továbbá mind a sugárirányú, mind pedig a tengelyirányú erőkre merőleges, tangenciális vagy érintőirányú erő, amelyek a 15 betétkés forgácsolási pontjában hatnak. Ezeket az erőket össze kell egyeztetni a szerszám fizikai szerkezetével, és olyan nyomatékot kell eredményezniük, amely a kívánt irányban (azaz abban az irányban, amelyben a betérnek forognia kell 27 tengelye körül) és sebességgel hajtja a 15 betétkést. A 15 betétkésre ható forgatónyomaték rendkívül fontos, mert a 15 betétnek le kell győznie a csapágyain fellépő súrlódást és a megfelelő sebességgel kell forognia.

Az önhajtó forgólapkára ható nyomaték értéke különféle változók összetett csoportjától függ, amelyek között ott van a 15 betétkés tengelyirányú a homlokszöge, sugárirányú β homlokszöge, a 10 fúrószerszám szögsebessége (azaz fordulatszáma), a 10 fúrószerszám 56 sugara a 15 betétkés forgácsolási 55 pontjában, a 15 betétkés sugara, a súrlódási együttható a 15 betétkés forgácsolási felülete és a fúrás közben keletkező forgács között, a fogásmélység, továbbá a 10 fúrószerszám tengelyirányú előtolási sebessége. További, számításba vehető tényezők a tengelyirányú, sugárirányú és érintőirányú erők, amelyek a forgácsolási pontban hatnak a 15 betétkésre. Ezek az erők nemcsak a 15 betétkés α, β homlokszögeivel vannak kapcsolatban, hanem a megmunkálandó fém tulajdonságaival is; vermikuláris grafitos öntöttvas forgácsolásánál megfelelően dolgozó fúrószerszám rosszul vagy egyáltalán nem működik, ha alumínium forgácsolására használjuk, és fordítva. A munkadarabnak a forgácsolásnál figyelembe vett anyagi tulajdonságai a szakítószilárdság, a nyírószilárdság, a keménység, a nyújthatóság és az alakíthatóság.

Az eddigi szakmai tapasztalatok azt sugallják, hogy a forgó 15 betétkés sugárirányú β homlokszögének nö7

HU 222 098 Bl velése általában növeli a 15 betétkés 27 tengely körüli sebességét, és növeli a 15 betétkés hőleadását is. Jóllehet ez a tapasztalat érvényes lehet marás esetén, fúrásnál egyszerűen nem igaz. Többek között a 15 betétkés forgácsolási 55 pontjának elhelyezkedése a 11 szerszámtesthez képest fúrás esetén más, minthogy a forgácsolási erők másként hatnak a 15 betétkésre; úgy tapasztaltuk, hogy bizonyos esetekben a sugárirányú β homlokszög növelésével fúrásnál azt érjük el, hogy a betétkés nem forog vagy forgásiránya megfordul. Felfedeztük, fúrással és talán más megmunkálási folyamatokkal összefüggésben is, hogy mind a tengelyirányú, mind pedig a sugárirányú α, β homlokszög hatással van a 15 betétkés forgására, és általánosságban azt mondhatjuk, hogy a tengelyirányú α homlokszög kétszer nagyobb jelentőségű, mint a sugárirányú homlokszög. A tengelyirányú α homlokszög 5°-kal történő megváltoztatása kétszer nagyobb hatással van a 15 betétkés szögsebességére és nyomaték keltésére, mint a sugárirányú homlokszög 5°-kal történő megváltoztatása.

Bár úgy tűnhet, hogy működőképes forgó 15 betétkéses 10 fúrószerszám-kialakítással a fellépő nyomaték maximalizálható, ezzel kapcsolatban komoly gyakorlati nehézségek merülhetnek fel. Ahogy a nyomatékot növeljük, a 15 betétkést all szerszámtesthez rögzítő csapágyakra ható reakcióerők is nőnek, és ennek folytán csökken a szerszám élettartama. All szerszámtesttel kapcsolatban felmerülő gyakorlati megfontolásokat is figyelembe kell venni. All szerszámtest szerkezetében a vékony keresztmetszetek kerülendők, minthogy ezek akadályozhatják a 15 betétkés 16 illesztőelemének biztos rögzítését, ezenkívül feszültséggyűjtő helyeket alkotnak a 11 szerszámtestben. E körülmények egyaránt hatni fognak a szerszám stabilitására és magára a fúrási műveletre is.

A fenti ismertetett 10 fúrószerszám, amely a mellékelt ábrákon is látható, azért készült, hogy vermikuláris grafitos öntöttvasban kialakított furatot munkáljunk meg vele. A 10 fúrószerszámmal olyan furatot hozunk létre, amelynek átmérője 79,5 mm, és a 15 betétkés forgácsolási 55 pontjában mért 56 sugara ennek a méretnek a fele, azaz a 10 fúrószerszámba épített 15 betétkéseknek nincs sugárirányú fogeltolásuk. Sőt, a 10 fúrószerszámnak tengelyirányú fogeltolása sincs, ami azt jelenti, hogy a 15 betétkések forgácsolási 55 pontjai olyan síkban fekszenek, amely merőleges a 10 fúrószerszám központi 28 tengelyére. A 15 betétkések átmérője 26,97 mm. A névleges fordulatszám 3200 fordulat/perc, amely 805 m/perc forgácsolási sebességnek felel meg. A forgácsolás névleges fogásmélysége 0,40 mm. A névleges előtolási sebesség 0,15 mm/fog. A fog a szerszámon lévő 54 forgácsolóéi. A fogankénti előtolási sebesség: az egész szerszám előtolási sebessége fordulatonként, osztva a szerszámban lévő 54 forgácsolóélek számával. A 10 fúrószerszám 15 betétkései egy-egy 54 forgácsolóéit képeznek.

A 11-15. ábrákon látható diagramok a 10 fúrószerszám kialakításánál számításba vett változók közötti viszonyt mutatják be. A forgácsolási sebesség, a forgácsolási fogásmélység és az előtolás sebessége minden példában állandó, és a fent megállapított értékekkel egyezik meg. All. ábra az érintőirányú forgácsolóerő (ordináta) N-ban kifejezett értéke és a tengelyirányú α homlokszög (abszcissza) közötti viszonyt mutatja be a sugárirányú β homlokszögek különböző értékeire β=0°-ΐό1 β=-20°ig, l°-os növekménnyel. A 12. ábra a sugárirányú forgácsolóerő (ordináta) N-ban mért értéke és a tengelyirányú forgácsolóerő (abszcissza), valamint a sugárirányú β homlokszögek közötti viszonyt mutatja be ugyanilyen értékhatárok között és ugyanilyen növekménnyel. A 13. ábra a tengelyirányú forgácsolóerő (ordináta), Nban mért értéke és a tengelyirányú forgácsolóerő (abszcissza), valamint a sugárirányú β homlokszögek közötti viszonyt mutatja be a sugárirányú β homlokszögek ugyanilyen tartományában. A 14. ábra a betétkésnyomaték (ordináta) Nm-ben mért értéke és az α tengelyirányú (abszcissza), valamint sugárirányú β homlokszögek ugyanilyen tartományában (és ugyanilyen lépésenként) közötti viszonyt mutatja be. A15. ábra azt a viszonyt mutatja be, amely a 15 betétkés sebessége (f/p) (ugyanebben az értéktartományban) és a tengelyirányú (abszcissza) és sugárirányú α, β homlokszögek között van. A fúrással megmunkálandó anyag vermikuláris grafitos öntöttvas (CGI). A 11-15. ábrák adatainak felhasználásával, továbbá a csapágyakra ható erők és a szerszámszerkezet értékelésével, ahol az adatokat végeselem-analízissel dolgozzuk fel, -15°-os tengelyirányú α homlokszöget és -7,5°-os sugárirányú β homlokszöget állapítottunk meg. Ezeknek a szögeknek a megállapítása, beleértve az α, β homlokszögek kombinációjának meghatározását, arra szolgál, hogy maximalizáljuk a 15 betétkés nyomatékét, analizáljuk a három forgácsolóerőt a szögek függvényében, és igazoljuk, hogy all szerszámtest és a 15 betétkés felszerelése megfelelő. A szakterületen járatos szakember méltányolni fogja, hogy miközben ezek az eljárások interaktív természetűek, nem túlzottan megterhelőek, és a 11-15. ábrákon bemutatott viszonyok szerint alkalmasak a 10 fúrószerszám kialakítására.

A betétkések α, β homlokszögeinek meghatározásához erőszimulációs modellt használhatunk. A modellel képesek vagyunk a forgácsolóerőket, továbbá a 15 betétkés nyomatékét és a betétkés forgási sebességét az a, β homlokszög függvényében szimulálni. A 11-15. ábrák ilyen erőszimulációs modell felhasználásával nyerhetők és bemutatják a változások irányát is. Megjegyzendő, hogy a változók közötti viszony nem minden esetben lineáris.

A szakemberek fel fogják ismemi, hogy a 10 fúrószerszámok, amelyeket akár más munkadarabokhoz vagy más műveleti körülmények között is használunk, elkészíthetők a fenti leírás szerint. Könnyedén belátható, hogy a 10 fúrószerszám szerkezeti elrendezései különbözhetnek attól, amelyet leírtunk és bemutattunk. Például a 3. ábrán bemutatott γ szög és az 1. ábrán bemutatott tengelyirányú α homlokszög egyenlősége a fecskefarok-illesztés 22 eleme és 23 hornya síkállásának következménye, mivel ez a sík párhuzamos a 28 központi tengellyel, és a különböző fecskefarokillesztés-síkállások a 28 tengelyhez képest különböző γ értéket eredményeznek az α ugyanolyan értéke mellett,

HU 222 098 Bl valamint, a 4. ábra alapján, még egy, a merőlegestől eltérő 27 tengelyállás is lehetséges a fecskefarok-illesztés síkállásához képest. Továbbá a fecskefarok-illesztéstől eltérő megoldások is alkalmazhatók 15 betétkés 16 illesztőelemének a 11 szerszámtestre történő rögzítéséhez. A 15 betétkés felszerelése a 10 fúrószerszám 11 szerszámtestére a 16 illesztőelem alkalmazásánál közvetlenebb módon, de talán kevésbé kényelmesen is megvalósítható; a 27 tengely, amely körül a 15 betétkés forog, rögzített módon, a szerszámtest részeként is kialakítható, és a 15 betétkést eltávolíthatóan, megfelelő csapágyakkal szerelhetjük fel a 27 tengely köré.

A fenti információk birtokában a szakmában, és különösen a gyártósorok tervezésében és működtetésében, továbbá a szerszámok géporsóra történő illesztésében, valamint különböző tulajdonságú fémek megmunkálásában járatos szakember értékelni fogja, hogy a találmány szerinti 10 furószerszámot olyan 15 betétkésekkel lehet ellátni, amelyek a szerszámra szerelve akár tengelyirányú, akár sugárirányú lépcsőzetes fogeltolással is elrendezhetők. A tengelyirányú lépcsőzetes fogeltolás esetén a 15 betétkés forgácsolási 55 pontjai a 10 fúrószerszám 28 központi tengelye mentén („függőlegesen”) mért kis távolságokra vannak egymástól. Sugárirányú lépcsőzetes fogeltolás esetén a 15 betétkés forgácsolási 55 pontjai különböző sugárirányú távolságban vannak a 10 furószerszám 28 központi tengelyétől. A sugárirányú és/vagy tengelyirányú fogeltolás arra használható, hogy a kihajtóorsón lévő 10 fúrószerszám (és az orsó csapágyaira és szerelvényeire ható) terhelését szabályozzuk, biztosítva ezzel a szerszám és az orsó csatlakozásának egytengelyúségét és szilárd csatlakozását, továbbá hogy csökkentsük a 10 fúrószerszám, például fúrás folyamán fellépő remegését.

Szimmetrikusnak nevezzük az olyan 10 fúrószerszámot, amelyben a 10 fúrószerszám 28 tengelyéhez képest sem tengely-, sem sugárirányú 15 betétkés-fogeltolás nincs. A 10 fúrószerszám szimmetrikus prototípusával korábban végzett fentebb ismertetett teszt során úgy találtuk, hogy az orsó csapágyai nagyon kopottak és lazák voltak. Ezt a tesztet autók motorblokkjait megmunkáló gyártósor fúró munkaállomásán végeztük; az orsó tengelye ezen a munkaállomáson lényegében vízszintes volt. Az orsót úgy tervezték, hogy olyan szerszámokat hajtson, amelyek illesztőszárai megfelelnek az ABS 80 szerinti előírásoknak és geometriai kialakításnak. A szerszám szára ebben a kialakításban nem volt teljesen merev, és így a szerszám úgy viselkedett, mintha laza illesztéssel csatlakozna az orsóhoz, így a szerszám nem működött megfelelően. A szerszámot a 15 betétkések szerszámon belüli elhelyezkedésének beszabályozásával úgy módosítottuk, hogy 1,27 mm-es sugárirányú és 0,508 mm-es tengelyirányú fogeltolást hoztunk létre all szerszámtesten; a fogeltolást a szomszédos 15 betétkések között mértük. Ez a módosítás minden 15 betétkés esetében azt eredményezte, hogy a 15 betétkések igénybevétele nőtt a fúrás folyamán; ez a növelt 15 betétkésterhelés a 10 fúrószerszámon fellépő nagyobb igénybevételt eredményezett, ennek megfelelően csökkent a szerszámremegés a blokköntvényben, és igazolódott a találmány működőképessége. A teszt azt is kimutatta, hogy az ABS 80 lineáris (nem kúpos) szerszámszár-kialakítási követelmények az ISO-50 és HSK-100 kúpos szerszámszár-kialakítás követelményeihez képest - amelyek szintén ismertek és gyakoriak a gyártósorokon és a megmunkálóközpontokban sokkal lazábbak. Azok a szerszámok, amelyeknek HSK-100 szerinti kialakításuk volt, célszerűbbnek bizonyultak. Úgy tűnik, hogy a szerszám ABS 80 szerinti szárkialakítással használható megfelelően, ha a központi 28 tengely függőlegesen vagy majdnem függőlegesen helyezkedik el.

A találmány szerinti más 10 fúrószerszám-prototípusokkal folytatott további kísérletek megmutatták, hogy jelentős fejlődés élhető el velük a veimikuláris (vagy átmeneti) grafitos öntöttvasban, továbbá a szürkevas motorblokkokban kialakított hengerfuratok fúrásánál. Három, tengelyirányú és sugárirányú fogeltolással elrendezett önhajtó forgó 15 betétkésekkel ellátott szerszámot alakítottunk ki, amelynek névleges átmérője legalsó és legbelső 15 betétkésénél 79,73 mm, továbbá névleges átmérője tengelyirányban középső betétjénél 81,76 mm, és névleges átmérője felső és legkülső lapkájánál 83,8 mm volt, azaz egyenletes, 1 mm-es sugárirányú fogeltolással és szintén egyenletes, 2,54 mm-es tengelyirányú fogeltolással volt kialakítva. A szerszámmal veimikuláris grafitos öntvény hengerfúratát 3,4 másodperc alatt sikerült felfújni, míg hagyományos szerszámmal ez 25 másodperc volt, a kifúrt henger linearitása jobb vök, és a furat felülete is jobb minőségű lett. Az eredményeket olyan szerszámokkal értük el, amelyeknek ISO-50 és HSK-100 szárkialakításuk volt.

Az előző bekezdésben ismertetett teszteket motorblokköntvényeken hajtottuk végre, amelyekben a hengerfúratok mentén hűtőfolyadék-járat van kialakítva. Amikor egy ilyen öntvényt hagyományos fúrószerszámokkal fúrtunk, a henger falai a hűtőfolyadék-járatba felé deformálódtak a fúrószerszám okozta terhelés következtében, majd ezt követően visszaugrottak, amikor a terhelés megszűnt. Az eredmény olyan fúrt felület volt, amelynek átmérője a közepén kisebb volt, mint a végeinél, vagyis óraüveghatást tapasztaltunk. A fúrt felületek, amelyeket a találmány szerinti fúrószerszámmal készítettünk, lényegesen kisebb óraüveghatást mutattak.

A fent ismertetett és más tesztek alapján úgy találtuk, hogy a motorblokkok alapanyagául szolgáló vermikuláris grafitos és szürke öntöttvas hengerfúrása, amelyet valaha a gyártósor két munkaállomásán hajtottak végre, a találmány szerinti 10 fúrószerszámok alkalmazásával elvégezhető egyetlen munkaállomáson is. Azt is megfigyeltük, hogy a találmány szerinti 10 fúrószerszám által kialakított fúrt felület olyan jó minőségű, hogy fokozza a motorblokkgyártó sorban soron következő hónoló munkaállomáson elért minőséget is.

Ha tengelyirányú 15 betétkés fogéi tolás-kialakítására van szükség a találmány szerinti 10 fúrószerszámban, a teljes fogeltolást (a 10 fúrószerszám 28 tengelye menti távolság a legalsó és a legfelső 15 betétkés forgácsolási 55 pontjai között) úgy kell meghatározni, hogy

HU 222 098 Bl biztosítsuk, a legalsó 15 betétkés nem kerül kedvezőtlen forgácsolási helyzetbe a munkadarab azon részeivel, amelyek a fúrás helye alatt vannak, mielőtt a legfelső 15 betétkés el nem éri a fúrás ívének végét.

A 15 betétkésnek olyan geometriai kialakítása is lehet, amely különbözik a találmány szerinti 10 fúrószerszámban elrendezett 15 betétkések célszerű geometriai kialakításától. A 15 betétkés hátfelülete és 53 homlokfelülete eltérhet a hengerestől, vagyis lehet lapos is, ha ez megfelelőbb. A 10 fúrószerszám fúrószár alakú is lehet amelyben egy 15 betétkés forgás- 27 tengelyének helyzetét úgy szabályozhatjuk, hogy ezzel a 15 betétkés forgácsolási 55 pontjában a különböző fúratátmérők vagy a munkadarab anyagminősége szerint változtathatók a tengely- és sugárirányú α, β homlokszögek és a fúrószár hatásos sugara. Sőt, az olyan 10 fúrószerszámok, amelyekben a 15 betétkés helyzete úgy szabályozható, hogy akár tengely-, akár sugárirányú fogeltolást érhetünk el, szintén a találmány oltalmi körén belül vannak. Célszerűen, de nem szükségképpen, a 15 betétkések és 16 illesztőelemek adott fúrószerszámban, a cserélhetőséget és helyettesíthetőséget tekintve, azonosak is lehetnek.

A szakmai gyakorlatban járatos szakember számára érthető, hogy a fenti leírás és a kísérő rajzok a találmány pillanatnyilag legkedvezőbb kiviteli alakjait tárják fel. Nyilvánvaló ugyanakkor, hogy a leírás és a rajzok nem mutatják be az összes kiviteli alakot, és a találmány szerinti megoldáson változtatások valósíthatók meg anélkül, hogy eltérnénk a találmány oltalmi körétől.

Claims (31)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Fúrószerszám, amelynek szerszámteste a fúrás folyamán első tengely körül forgathatóan, és az első tengely mentén előretolhatóan van kialakítva, azzal jellemezve, hogy a szerszámtesten (11) az első tengelyhez (28) képest rögzített második tengely (27) körül forgó forgácsoló betétkés (15) van elrendezve, továbbá a forgácsoló betétkésen (15), lényegében a szerszámtest (11) fúrásirányú mozgása irányába néző forgácsoló homlokfelületet (53) határoló, kerület menti forgácsolóéi (54) van kialakítva, valamint az első és második tengelyek (27, 28) viszonya olyan, hogy a betétkés (15) forgácsolóélének (54) az első tengelytől (28) sugárirányban legtávolabb elhelyezkedő forgácsolási pontjában (55), a forgácsoló homlokfelület (53) az első tengelyhez (28) viszonyítva sugárirányú és tengelyirányú homlokszögekkel (α, β) van kialakítva úgy, hogy a homlokszögek (α, β) egymáshoz viszonyított elrendezésével, a betétkésnek (15) a második tengely (27) körüli, kiválasztott irányban történő forgása, a fúrószerszám fúrómozgása közben biztosítva van.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a betétkésnek (15) sík kialakítású forgácsoló homlokfelülete (53), továbbá körhengerpalást kialakítású kerület menti hátfelülete van.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a sugárirányú és a tengelyirányú homlokszögek (α, β) negatív értékekkel vannak kialakítva.
4. 4. A 3. igénypont szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a tengelyirányú homlokszög (a) értéke a sugárirányú homlokszög (β) értékének kb. kétszerese.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti fúrószerszám, azzaljellemezve, hogy a betétkés (15) olyan illesztőelemre (16) van forgathatóan felszerelve, amely meghatározott helyzetben és eltávolíthatóan van a szerszámtesthez (11) csatlakoztatva.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti fúrószerszám, azzaljellemezve, hogy a tengelyirányú és sugárirányú homlokszögek (α, β) értékei negatívak, és a sugárirányú homlokszög (β) kb. kétszer nagyobb, mint a tengelyirányú homlokszög (a).
7. 7. Az 5. igénypont szerinti fúrószerszám, azzaljellemezve, hogy olyan rögzítőelemmel (33) van ellátva, amellyel az illesztőelem (16) meghatározott helyzetben a szerszámtesthez (11) van rögzítve.
8. 8. A 7. igénypont szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy az illesztőelem (16) olyan tengelycsappal (24) van kialakítva, amely körül a betétkés (15) forgathatóan van elrendezve, és a rögzítőelem (33), a tengelycsapnak (24) a betétkés (15) melletti végével együttműködőén van kialakítva.
9. 9. Az 5. igénypont szerinti fúrószerszám, azzaljellemezve, hogy az illesztőelem (16) elemből (22) és horonyból (23) álló fecskefarok-illesztéssel van a szerszámtesthez (11) csatlakoztatva.
10. 10. A 9. igénypont szerinti fúrószerszám, azzaljellemezve, hogy az illesztőelem (16) fecskefarok-illesztésének középvonala a tengelycsap (24) középvonalától oldalirányban el van tolva.
11. 11. A 10. igénypont szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a fecskefarok-illesztés a tengelycsap (24) középvonalától olyan irányban van eltolva, hogy a tengelycsap (24), az illesztőelemet (16) a szerszámtesthez (11) csatlakoztató fecskefarok-illesztés tartományán kívül van.
12. 12. A 9. igénypont szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a szerszámtest (11) az illesztőelemnek (16) a fecskefarok-illesztés hornya (23) mentén történő elmozdulását lehatároló helyzetbeállító csappal (43) van ellátva.
13. 13. A 12. igénypont szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a helyzetbeállító csap (43) a szerszámtestből (11) a fecskefarok-illesztés (22) szerszámtestben (11) elrendezett hornyába nyúlóan van elrendezve.
14. 14. A 9. igénypont szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a fecskefarok-illesztés (22) a szerszámtest (11) első tengelyével (28) lényegében párhuzamosan van elrendezve.
15. 15. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a betétkések (15) forgácsolópontjai (55) a szerszámtest (11) első tengelyére (28) merőleges irányban eltérő távolságban, és/vagy egymástól az első tengely (28) mentén mért bizonyos távolságban vannak elrendezve.
16. 16. A 15. igénypont szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a betétkések (15) forgácsolópontjai (55) egymástól az első tengely (28) mentén mért, lényegében egyenlő távolságban vannak elrendezve.

    HU 222 098 BI
17. 17. A 15. igénypont szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a betétkések (15) forgácsolópontjai (55) az első tengelyre (28) merőleges irányban, a tengelytől (28) lényegében egyenlő mértékben változó távolságban vannak elrendezve.
18. 18. Az 1-14. igénypontok bármelyike szerinti fúrószerszám, azzal jellemezve, hogy a betétkések (15) forgácsolópontjai (55) a szerszámtest (11) első tengelyére (28) merőleges irányban azonos távolságban, és az első tengelyre (28) merőleges, közös síkban vannak elrendezve.
19. 19. Illesztóelem gyűrű alakú, forgó betétkés rögzítésére olyan fúrószerszámban, amelynek szerszámteste a fúrás folyamán első tengely körül forgathatóan és az első tengely mentén előtolhatóan van kialakítva, azzal jellemezve, hogy az illesztőelemnek (16) befogóeleme (18), és a befogóelemen (18) második tengely (27) körül forgatható gyűrű alakú betétkése (15) van, valamint a betétkésen (15) a második tengelyre (27) lényegében merőleges homlokfelület (53), továbbá a homlokfelületet (53) határoló kerület menti forgácsolóéi (54) van elrendezve, és az illesztőelem (16) a szerszámtesthez (11), a szerszámtest (11) meghatározott helyén, szilárdan csatlakoztatható módon van kialakítva úgy, hogy a betétkés (15) homlokfelületének (53) normálisa lényegében a furószerszám (10) első tengely (28) körüli forgásának irányában van, és a homlokfelületnek (53), a betétkés (15) forgácsolóélének (54) a fúrószerszám (10) első tengelyétől (28) legtávolabbi forgácsolópontjában, a fúrószerszám (10) első tengelyéhez viszonyítva megválasztott tengelyirányú és sugárirányú homlokszög(α, β) értékei vannak, amelyekkel a betétkés második tengely (27) körül kiválasztott irányban, megválasztott nagyságú nyomatékkai létrehozott forgása, a fúrószerszám (10) fúrómozgása közben biztosítva van.
20. 20. A 19. igénypont szerinti illesztőelem, azzal jellemezve, hogy a betétkés (15) homlokfelülete (53) sík felület.
21. 21. A 19. igénypont szerinti illesztőelem, azzal jellemezve, hogy a forgácsolóéi (54) a betétkés (15) körhengerpalást kialakítású hátfelületének a betétkés (15) homlokfelületével (53) alkotott metszésvonalában van elrendezve.
22. 22. A 19. igénypont szerinti illesztőelem, azzaljellemezve, hogy a tengelyirányú és sugárirányú homlokszögek (α, β) negatív értékekkel vannak kialakítva.
23. 23. A 22. igénypont szerinti illesztőelem, azzal jellemezve, hogy a tengelyirányú homlokszög (a) értéke a sugárirányú homlokszög (β) értékének kb. kétszerese.
24. 24. A19. igénypont szerinti illesztőelem, azzal jellemezve, hogy olyan tengelycsapja (24) van, amely körül a betétkés (15) forgathatóan van elrendezve, és a tengelycsap (24) betétkéshez (15) közeli végén, a tengelycsap (24) szerszámtesthez (11) történő rögzítését szolgáló felületek (30, 31) vannak kialakítva.
25. 25. A 24. igénypont szerinti illesztőelem, azzaljellemezve, hogy a szerszámtesthez (11) történő rögzítése fecskefarok-illesztés révén van megvalósítva.
26. 26. A 25. igénypont szerinti illesztőelem, azzal jellemezve, hogy a fecskefarok-illesztés a második tengelytől (27) oldalirányban el van tolva.
27. 27. Eljárás meghatározott anyagból lévő munkadarabban kialakított, meghatározott átmérőjű furat megmunkálására önforgó betétkéssel, amelynek során forgatható fúrószerszámot alkalmazunk, amelyben a fúrószerszám forgástengelyétől a meghatározott fúratátmérő felével sugárirányban eltolt forgácsolóponttal ellátott önforgó betétkést rendezünk el, azzal jellemezve, hogy az eljárás során, a munkadarab anyagi tulajdonságainak figyelembevételével, forgácsolási sebesség, fogásmélység és tengelyirányú előtolás első műveleti értékeit határozzuk meg, továbbá az első műveleti értékek esetében meghatározzuk a betétkés sugárirányú és tengelyirányú homlokszögei, valamint az érintőirányú, sugárirányú és tengelyirányú forgácsolóerők, és a betétkés szögsebessége és nyomatéka közötti viszonyt; a forgácsolópontban meghatározzuk a betétkés homlokszögeit, és ezzel a betétkés forgástengelye körüli kívánt irányban maximális nyomatékot érünk el; meghatározzuk a betétkés támasztóerőit az ismert homlokszögértékek esetében; majd a fúrószerszámot az ismert forgácsolási sebességnek megfelelő szögsebességgel és az ismert tengelyirányú előtolással működtetjük, és a munkadarabban kialakított furatot megmunkáljuk.
28. 28. A 27. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy meghatározott anyagként vermikuláris grafitos öntöttvasat munkálunk meg, és a tengelyirányú, valamint a sugárirányú homlokszögeket negatív értékűre választjuk.
29. 29. A 28. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a tengelyirányú homlokszöget kb. kétszer negatívabbra választjuk, mint a sugárirányú homlokszöget.
30. 30. A 27. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan fúrószerszámot alkalmazunk, amelynek szerszámtestét megerősített szerkezettel alakítjuk ki, és a szerszámtestet meghatározott méretű és meghatározott homlokszögekkel rendelkező betétkéssel látjuk el.
31. 31. A 27. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az eljárás során a betétkés homlokszögeit erőszimulációs modell segítségével határozzuk meg.