Comprender el proceso de desplegamiento

El broche es una operación de mecanizado de alta productividad que utiliza una herramienta multi-tooth llamada broach para eliminar el material en un solo paso. El broche tiene una serie de dientes de corte, cada uno ligeramente superior al anterior, de modo que cada diente toma un pequeño chip. El proceso puede producir formas internas (keyways, splines, agujeros cuadrados, hexágonos) o formas externas (slots, serrazas de repetición, diseño de superficies de excelente

A pesar de sus ventajas, el brochado impone restricciones estrictas en la geometría parcial. El broche debe poder entrar y salir de la pieza en una línea recta, y la parte debe tener suficiente rigidez para resistir las fuerzas de corte. Entendiendo estas limitaciones tempranamente en la fase de diseño es esencial para evitar costosos retrabajos o la necesidad de operaciones secundarias. Este artículo proporciona directrices prácticas y comprobadas sobre el terreno para diseñar piezas que se optimizan para el broche, ayudando a lograr mejores resultados de fabricación.

Principios fundamentales de diseño para el desarrollo

Acceso directo a la luz

La regla más importante en el diseño de brocas es que el broche debe moverse en una línea recta relativa a la pieza de trabajo. Si usted está brotando una llave interna o una estilina externa, el camino de la herramienta no puede ser obstaculizado por paredes en ángulo, agujeros de compensación, o obstáculos internos. Los diseñadores deben asegurarse de que el broche puede entrar, pasar y salir de la pieza sin interferencia. Esto a menudo significa que características tales como agujeros internos de la tragapertura no debe ser

Si su parte requiere una forma interna ciega, el broche es raramente factible porque el broche debe salir de la parte después del corte. Para aplicaciones ciegas, considere procesos alternativos como alambre EDM, conformando o brochando desde ambos extremos (aunque esto añade complejidad). Cuando en duda, consulte con un fabricante experimentado de broche temprano en el ciclo de diseño.

Geometría y claridad de la parte

Para la limpieza adecuada entre el broche y la pieza de trabajo es fundamental para la evacuación de chips, la disipación de calor y la vida útil de la herramienta. Para el broche interno, el agujero de arranque debe ser mayor que el diámetro más pequeño del diente del broche. Típicamente, se recomienda una limpieza de 0,1 a 0,2 mm (0.004 a 0,008 pulg) pero el valor real depende del material, el tamaño del broche y el tono de diente.

Los diseñadores también deben considerar el lado de salida de la pieza. El broche debe emerger limpiamente de la pieza; un cambio repentino en la sección transversal o una pared delgada en la salida puede hacer que los dientes finales se rompan o la parte para deformar. Añadiendo un chamfer de salida (45° a 1–2 mm) en el lado de salida ayuda a distribuir la última fuerza de corte suavemente.

Simplifique los perfiles internos

Geometrías internas complejas con múltiples subcutores, anchos variables o formas multi-lobed aumentan significativamente el coste del broche y pueden requerir múltiples pases de broche (o múltiples herramientas de broche). Siempre que sea posible, diseñar características internas como formas geométricas simples: teclas laterales rectas, secciones de una sola línea o agujeros cuadrados de diámetro uniforme. Si las formas complejas son inevitables, romperlas en una serie de agujeros más simples

Otro escollo común es especificar los ángulos internos agudos. Los dientes de escote no pueden producir un verdadero 90° de esquina interior porque el borde de corte tiene un radio. Diseñar esquinas internas con un radio de al menos 0,5 mm (0,20 pulgadas) para que coincida con el radio de la nariz del broche. Los radios más grandes reducen las concentraciones de estrés tanto en la parte como en la herramienta, y permiten que el broche corte más libremente.

Consideraciones materiales para el desenlace

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Los diseñadores deben especificar un rango de dureza de material que equilibra la maquinabilidad y la fuerza de la parte final. Para la mayoría de las piezas de acero, una dureza de 25–35 HRC es óptima para el broche. Materiales más suaves (bajo 20 HRC) tienden a desgarrar en lugar de cortar, produciendo acabado superficial deficiente.

Consejos de diseño importantes para el éxito de la investigación

  • Proveer el espesor suficiente de la pared. El broche ejerce fuerzas radiales y axiales altas. Las paredes gruesas (abajo 3 mm para el lateral de acero) pueden distorsionar o colapsar bajo la fuerza de corte. Una buena regla del pulgar es un espesor mínimo de la pared de 1,5 veces la profundidad de la característica desbrochada.
  • Agregar las chamferas de entrada. Un chamfer en el lado de entrada del camino del broche ayuda a guiar la herramienta en la pieza de trabajo y evita que el primer diente se desprenda. Un chamfer de 45° de 1-3 mm de ancho es estándar.
  • ]Diseñar para alimentación recta. La parte debe ser sujetada para que el eje de broche esté alineado con el eje de la máquina. Características que proporcionan una ubicación positiva, como un bore piloto, una cara plana o una llave en contra de un backstop, mejoran la repetibilidad.
  • Evitar cortar los cortes. Agujeros o ranuras internos que intersectan el camino del broche hacen que los dientes de corte impacten contra el espacio abierto, lo que conduce a la charla, el acabado deficiente y la falla de herramienta prematura. Si los agujeros cruzados son inevitables, considere el uso de un broche helicoidal o un broche segmentado que entra en el corte gradualmente.
  • ]Considera la longitud de la tirada. El broche debe ser más largo que la pieza de trabajo para pasar por completo. La longitud total del broche incluye el piloto, dientes de agitación, dientes de acabado y extremo del seguidor. Un broche típico es 3–5 veces la longitud de la pieza. Asegúrese de que su tracción de la máquina puede acomodar la longitud del broche y la longitud de la pieza con la limpieza para la carga.
  • Use formas simétricas. Las fuerzas de desplegamiento son más estables cuando la carga de corte es equilibrada. Las características asimétricas (por ejemplo, una vía de un lado solamente) inducen cargas laterales que pueden desviar el broche y reducir la precisión. Si usted debe desbrochar una forma asimétrica, considere diseñar una segunda operación de desbrocha en el lado opuesto para equilibrar el equilibrio.

Formas comunes de fractura y sus reglas de diseño

Keyways (Internal and External)

Las teclas son la característica más común de la brocha. Para una clave interna, el diámetro del agujero de inicio debe ser igual a la profundidad de la autopista más el doble de la limpieza. Las anchuras de la llave estándar siguen los estándares de la industria (por ejemplo, ANSI B17.1, DIN 6885). Los diseñadores deben especificar el ancho de la llave y la profundidad, no sólo el tamaño de la llave, porque las herramientas de broche se hacen para cortar ancho preciso.

Esparcimientos (Involute, Parallel y Serrated)

Los ejes y los centros de espino se aglomeran a menudo para aplicaciones de alta torsión. Las espinillas involuntarias (por ejemplo, SAE, DIN, ISO) ofrecen un compromiso autocentrado y suave, pero exigen una geometría angular precisa de dientes. Para el broche de esporas involuntarias, el diámetro de arranque debe coincidir con el diámetro de la raíz de la espora es generalmente compatible con ±0

Plaza y Hexagonal A través de los agujeros

El broche es una de las maneras más rápidas de producir agujeros cuadrados o hexagonales en placas gruesas. Para un agujero cuadrado, el diámetro del agujero redondo inicial debe igualar la longitud lateral de la plaza más una pequeña limpieza para la entrada del broche. El broche debe tener una sección piloto que se ajuste al agujero redondo, luego una sección de transición que cambia gradualmente de redonda a cuadra. Una punta de diseño: evitar paredes delgadas del espesor cuadrado y las características adyacentes.

Acabado superficial y tolerancias

El desbroche puede alcanzar acabados superficiales tan bajos como 0.4 μm Ra (16 μin Ra) en condiciones ideales, y los acabados de producción típicos son 0.8–1.6 μm Ra (32–63 μin Ra). Para lograr el mejor acabado, diseñar los dientes de acabado con una carga de chip ligero (0.01–0.02 mm por diente) y asegurar que la retención de material no tenga una característica de esqui

Las tolerancias para las dimensiones desgarradas son típicamente IT7 a IT9 (ISO) o ±0.025 mm (±0.001 en) para diámetros de agujeros y anchos de ranura. Las tolerancias posicionales dependen de la ubicación del eje de broche relativo a la parte datum. Usando un agujero de presión ajustada (H7 ajuste) pueden mejorar la concentricidad a dentro de 0,05 mm TIR.

Consideraciones de costos y herramientas

El uso de herramientas de desbrochado es caro: un solo broche interno puede costar entre $500 y $5,000, dependiendo de la longitud, complejidad y material. La producción de alto volumen (≥10.000 partes al año) justifica la inversión, mientras que las carreras de bajo volumen o prototipo pueden ser mejor ser servidos por alambre EDM o broche en un slotter.

  • Características de diseño que permiten un solo broche para cortar múltiples partes en una pila (por ejemplo, partes delgadas de paredes con formas internas idénticas).
  • Evite los recortes, las transiciones agudas y los tamaños no estándar que requieren diseños de broche personalizados.
  • Especifique las dimensiones estándar cuando sea posible, por ejemplo, utilice una tecla de 1/4 pulgadas (6,35 mm) en lugar de una llave de 6,5 mm.
  • Plan para el reforzamiento de brocas. Un broche puede ser recalentado 3-5 veces antes de que llegue al final de su vida. Piezas de diseño para que un broche de recalado (de ancho o diámetro ligeramente más pequeño) todavía se encuentre con tolerancias de dibujo.

También es prudente considerar la máquina de encaje. Las máquinas de encaje horizontal son comunes para partes internas largas, mientras que los broches verticales de superficie se utilizan para superficies planas externas y claves. La máquina debe tener suficiente trazo (longitud de la pluma) y fuerza (tonnage) para conducir el broche a través de la pieza de trabajo. Los diseñadores deben evitar especificar características que requieren un broche excepcionalmente largo (más de 1 metro) a menos que la longitud de la longitud de la longitud de la longitud de la longitud de la longitud de la pieza.

Trabajar con un proveedor de formación

El diseño de brocha exitoso es una colaboración entre el ingeniero y el fabricante de broches. Proporcionar al proveedor un dibujo completo que incluye tolerancias, grado material, dureza y un datum definido para el eje de broche. Indica la dirección del tirón —normalmente vertical para broche de superficie y horizontal para broche interno— para que el proveedor pueda orientar la geometría de la herramienta adecuadamente.

Para formas complejas, considere ordenar un broche de ensayo o una herramienta prototipo hecha de un material menos costoso (por ejemplo, AISI M2 en lugar de PM M4) antes de comprometerse a una ejecución de producción completa. Esto le permite verificar la formación de chips, acabado superficial y tolerancias sin la inversión completa de herramientas. Una vez que se demuestre el diseño, el broche de producción final se puede hacer con acero y recubrimientos como TiCN o AlTiN para ampliar la vida útil de herramienta.

Errores de diseño comunes y cómo evitarlos

  • ]Tres paredes que se derrumben. Como se ha observado, las paredes inferiores a 1,5 veces la profundidad desproporcionada son propensas a la deformación. Aumentar el espesor de la pared o reducir la profundidad de la característica desgarrada.
  • Esquinas de arañazo en la entrada o salida. Sin una chamfer, el primer diente puede arañarse, y el último diente puede romperse. Siempre incluye una chamfer de entrada de 45° y una salida suave.
  • Características internas interesantes. No diseña una clave que interseque otra característica desencadenada en un ángulo recto. El broche no puede hacer un giro agudo. Utilice una ranura estándar o rediseñe la parte para evitar intersecciones.
  • Agujeros ciegos con formas desgarradas. A menos que utilices un broche de empuje (que requiere un alivio inferior), el broche ciego no es posible con broches de tirada estándar. Diseño a través de agujeros para el broche interno.
  • La tolerancia se acumula en una sola operación. El brocado no es un proceso de acabado para tolerancias extremadamente estrictas. Si usted necesita IT6 o mejor, planea una operación posterior de remojo, rectificado o cableado.
  • Ignorar la formación de burr. Broaching produce un buen burr en el lado de la salida. Diseñar la cara de salida para permitir el desembolso (por ejemplo, añadiendo un ranurado de alivio o especificando una operación de enredo secundario).

Validación de diseño y simulación

Antes de lanzar una parte para el broche, validar el diseño utilizando herramientas CAD y FEA. Compruebe que el camino del broche es sin obstáculos y que la parte tiene suficiente rigidez para resistir la fuerza de corte. Muchos sistemas CAM ahora incluyen módulos de simulación de broche que pueden mostrar visualmente la ruta de la herramienta y resaltar la interferencia. Algunos fabricantes también ofrecen calculadores de diseño en línea para el desbloqueo que recomiendan diámetro de agujeros, tamaños de geometría,

Además, revise el esquema de sujeción de la parte. Las fuerzas de brocha pueden alcanzar varias toneladas, por lo que la parte debe ser sostenida de forma segura en una fijación que no distorsiona bajo carga. Los métodos de trabajo comunes incluyen los planos o vises, chuletas de collet, y accesorios de paletas personalizados con los localizadores. Los diseñadores pueden ayudar a la colocación de brotes añadiendo planos, agujeros de pin o un jefe piloto en la parte— características que no se repiten directamente para arreglar

Conclusión

Diseñar piezas para el broche es una disciplina que combina la simplicidad geométrica, la conciencia material y una comprensión clara de las limitaciones de herramientas. Siguiendo los principios descritos en este artículo, asegurando el acceso directo, proporcionando una limpieza adecuada y chamfers, simplificando las formas internas y especificando materiales apropiados: los ingenieros y los diseñadores de productos pueden desbloquear todo el potencial de este proceso rápido y preciso.

Recuerde involucrar a su proveedor de brocación temprano, validar el diseño con simulación, y construir en los amplios radios y espesores de pared. Broaching no es un proceso que tolera atajos en el diseño, pero cuando se aplica correctamente, ofrece componentes con acabado superficial excepcional y consistencia dimensional. Aplica estos consejos a su próximo proyecto y encontrará que el broca se convierte en una solución confiable, rentable para sus requisitos de modelado interno y externo más exigentes.

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