הבנת הגיאומטריה של כלי הברחת תוצאות טובות יותר

מבוא לגלישה ותפקידו של הכלי גיאומטריה

Broaching הוא תהליך יעיל מאוד כי מסיר חומר במעבר אחד באמצעות כלי רב-מיותר הנקרא broach. בניגוד לריצה או מטפש, שבו חיתוך מתרחשת באופן מצטבר, broaching משיג את הצורה הסופית של העבודה בשבץ מתמשך אחד, מה שהופך אותו אידיאלי לייצור גבוה של פרופילים פנימיים וחיצוניים כגון מפתח, splines, ריבועים, ו ריבועים של כל צורות עיצוב מורכבות.

גיאומטריה כלי בסגיעה אינה רק קבוצה של זוויות וממדים; היא מערכת ממונדסת בקפידה ששולטת היווצרות שבב, כוחות חיתוך, ייצור חום ושלמות פני השטח. שינוי קטן בזווית אחת יכול לשנות באופן דרמטי את חיי הכלי, על פני השטח וזמן מחזור. עבור יצרנים המבקשים להישאר תחרותי, הבנה של הגיאומטריה של כלים מכופים היא חיונית להשגת תוצאות עקביות, באיכות גבוהה תוך צמצום עלויות ומהירות.

מאמר זה מספק בדיקה מקיפה של אלמנטים גיאומטריים קריטיים של כלים רוטטטיביים, מסביר כיצד כל תכונה משפיעה על הביצועים, ומציע הדרכה מעשית עבור עיצוב כלי עבור חומרים שונים ויישומים. בין אם אתה מהנדס תהליכים, מעצב כלים, או מאצ'יניסט, מאסטרינג מושגים אלה יעזור לך לקבל החלטות טובות יותר בבחירת כלי, תחזוקה ושיפור תהליכים.

(הגאומטריה טוול) היא הגורם המשפיע ביותר בביצועים של הסגידה, קבל את זה נכון, ואתה משיג דיוק, מהירות וחיי כלי ארוכים.תתטעה, ואתה נתקל בגרד, מתפורר, והפסדת הייצור.

מה זה Broaching? a brief review

לפני צלילה עמוק לתוך גיאומטריה, זה שימושי כדי ליישב את תהליך הסגנית עצמו. a broach הוא כלי ארוך בצורת בר עם סדרה של שיניים מתקדמות יותר חיתוך גבוה יותר.כפי שהברנץ דוחף או נמשך דרך העבודה (או להיפך), כל שן מסיר כמות קטנה של חומר.

היתרון העיקרי של broaching הוא היכולת שלה לייצר צורות מורכבות עם סובלנות הדוקה ומשטח מעולה לסיים במעבר יחיד.יישומים טיפוסי כוללים רכיבי שידור רכב (קווי, הילוכים), חלקי כלי נשק, חלל מתאים, ושתלים רפואיים. כי הברחת הוא תהליך ייעודי - כל כלי מיועד לפרופיל ספציפי - הגיאומטריה הכלי חייב להיות מותאם בדיוק לחומר העבודה, הסובלנות הנדרשת, הייצור, נפח.

הבנת הגיאומטריה של כלים רוטינג מתחיל עם ההכרה כי כל שן על ברונץ הוא למעשה כלי חיתוך חד-פעמי יחיד. אותם עקרונות ששולטים בכלי או הוספת מטאטא חל, אבל את המגבלות של כלי רב-כפים, ליניארי צריך אופטימיזציה זהירה של זוויות, ספיגה, ותכונות של השבבים.

תכונות גיאומטריות מפתח של כלי הברחת

שן ברונכי מוגדר על ידי מספר פרמטרים מרכזיים.כל פרמטר תורם לביצוע הכולל של הכלי.הסעיפים הבאים מתארים את התכונות הגיאומטריות החשובות ביותר ותפקידיהם.

⁇

זווית הגרף היא זווית בין פני השיניים (המשטח שעליו זורם השבב) לבין מטוס המסכן לכיוון חיתוך.זה אחד הפרמטרים המשפיעים ביותר בסגירה.

• (FLT:0) זווית של גרף:FLT:1 ערכים אופייניים נע בין 5° ל 15 מעלות עבור רוב החומרים. A חיובי גרף כוחות חיתוך ומשפר את זרימת השבבים, אשר מועיל במיוחד כאשר מאצ'ינג חומרים רכים כגון אלומיניום או פלדה פחמן נמוך.עם זאת, עלייה חיובית גדולה מחלישה את קצה חיתוך, מה שהופך אותו יותר רגיש לכשבב או עיוות.
• (FLT:0) ⁇ ⁇ ⁇ : FLT:1 בשימוש בחומרים קשים, מתפתלים (למשל, פלדה קשיחה, ברזל) או כאשר הכלי חייב לעמוד בעומסי השפעה גבוהים. זוויתיות של משיכה שלילית (0 מעלות עד -10 מעלות) מחזקות את הקצה, אך מגבירים את כוחות חיתוך ודור חום.
• (FLT:0) ⁇ גרף זווית: FLT:1 לעתים רחוקות בשימוש בסגירה כי הוא מציע מעט יתרון בהפחתת כוח או קצה כוח.רוב עיצובי הסגנית המודרניים משלבים צלע חיובי או שלילי בהתאם לגיאומטריה החומרית והמכשירית.

בחירת זווית הגרף הנכונה דורש איזון יעילות חיתוך עם כוח קצה.לדוגמה, ברונכי המיועד חיתוך 4140 פלדה עשוי להשתמש בגרף חיובי 10 מעלות, בעוד אותו פרופיל על רצועה עבור נירוסטה פלדה עשוי להשתמש בגרף חיובי 6 מעלות כדי למנוע את ללבוש קצה.קוב יוצרי כלי לעתים קרובות לספק זוויתי משיכה המומלצת המבוססים על קשיחות חומרית וחוזק רב.

המונחים:

זווית ההנקה היא זווית בין הדחף של השן (המשטח מאחורי קצה חיתוך) לבין משטח העבודה המוגמר.המטרה העיקרית שלו היא למנוע את הכלי משפשף נגד החלק העבודה לאחר החתיכה נעשה.

• (FLT:0 , סטיות ברורות: ⁇ FLT:1 ; עבור רוב היישומים הסגנית, זווית ההנקה נעה בין 2 ל 5 מעלות חומרים Softer עשוי לאפשר זווית נקה גדולה יותר כדי להפחית חיכוך, בעוד חומרים קשים יותר דורשים ניקוי קטן יותר עבור תמיכה קצה.
• (FLT:0) Wear על בירור: 1 כפי שהמכשיר לובש, זווית ההנקה הופכת קטנה יותר, מה שמוביל לעלייה בשומן. ניטור של הלחות הוא חלק מרכזי של ניטור מצב כלי.

זווית בהירה לעיתים מפורטת בנפרד עבור הטנקים העיקריים והמשניים.הההבהבה העיקרית (הקרוב לקצה חיתוך) היא קריטית ביותר לביצועים, בעוד שהניקוי המשני מספק הקלה נוספת וניקוי השבבים.

פרופיל וצורה

פרופיל השן מתייחס לצורה החלקתית של קצה חיתוך.פרופילים הנפוצים ביותר הם:

• (FLT:0)Rectangular (נפח) שיניים: ראטאלף 1 פשוט לייצר ולחדד; המשמש לסגירה כללית של חריצים, כבישים מרכזיים, וצורות פשוטות.
• (FLT:0) שיניים טרוזואידיות: FLT:1) צורה מרוקנת שמשפרת את היווצרות השבבים ומצמצמצת את כוחות חיתוך.פרופילים טרנזיאליים משמשים לעתים קרובות לקווי ריצוף ומשקעים שבהם השן חייבת להיכנס לחתיכת העבודה בצורה חלקה.
• (FLT:0)Pyramid או סביב שיניים: ⁇ : ⁇ 1 פרופילים אלה מייצרים ריכוזי מתח נמוכים יותר שורש השן, צמצום הסיכון של שבירת שיניים.הם שימושיים במיוחד עבור broaching חומרים קשים כמו titanium או ⁇ מבוסס ניקל.

מגרש השיניים (מרחק בין שיניים מוצלחות) הוא גם חלק מהגאומטריה של פרופיל.פץ קובע כמה שיניים יש במגע עם המשטח בכל עת והשפעות על העומס חיתוך. מגרש קנס מגביר את מספר השיניים המעורבות, אשר מקטין את העומס שבב לשן אבל מגביר את כוח חיתוך הכולל. , Coar מגרשים משמשים לחתכים עמוקים יותר וחומרים רכים יותר כדי לאפשר צ'יפס גדול יותר.

ארץ וגוללט

הקרקע היא האזור שטוח בין קצה חיתוך לבין הגלוט.זה מספק כוח לשן ותומכת בחוד החנית. ארץ רחבה יותר מגבירה את כוח השן אך מפחיתה את החלל הזמין עבור שבבים. עיצובי ברנץ מודרניים משתמשים לעתים קרובות בארץ צרה (0.5-1.5 מ"מ) כדי למקסם את יכולת החיתוך השבבים תוך שמירה על תמיכה נאותה.

הגרוטטה הוא הסגנית העקומה מאחורי כל שן שאוסף שבבים במהלך חיתוך.גיאומטריה נאותה גרוטאות הוא קריטי עבור פינוי שבב. a רדודה או צר גורטה יכול לגרום אריזה שבב, המוביל לפירוק כלי או משטח גרוע לסיים. נפח הגלוט חייב להיות גדול מספיק כדי להכיל את השבב משן עד שהשן הבאה לנקות את העבודה.

הפרמטרים המרכזיים של הגלוט כוללים את הרדיוס, העומק והזווית האחורית שלה.כלל טיפוסי של אצבע הוא שנפח הגלוט צריך להיות שלוש עד ארבע פעמים נפח השבב שנוצר על ידי כל שן.

Back-off (Relief)

בנוסף לזווית ההנקה על ה-Fank, כמה עיצובים של ברונכי משלב זווית אחורית על גבי השן (הפנים) זה נפוץ במיוחד על כאבי עגולים ו כאבי פני השטח כדי להפחית את השפשף לאחר שהשן יוצא מהחתיכה. זווית אחורית היא בדרך כלל קטנה מאוד (0.5- °) ומשמשת לצמצום החיכוך ולבנות חום.

רדינוס ב-The Cutting Edge

בעוד שלעתים קרובות להתעלם, רדיוס קצה (או hone) יש השפעה משמעותית על חיי כלי ועל פני השטח לסיים. a חד קצה לחתוך עם כוח נמוך יותר אבל הוא נוטה יותר micro-chipping. a bitרדיוed Edge (0.02-0.10 מ"מ) משפר את הכוח ואת ללבוש התנגדות, במיוחד בחתכים מופרכים או חומרים קשים. Broaches עם שיניים מטופלות (למשל, TiN, N) יש בדרך כלל ציפוי קטן כדי למנוע רדיוס קטן.

כיצד כלי הגיאומטריה משפיע על ביצועי הגילוח

הגיאומטריה של כלי broaching אינה רק אוסף של זוויות עצמאיות; כל תכונה אינטראקציה עם אחרים כדי לקבוע את הביצועים הכוללים.כאן אנו בודקים את ההשפעות הישירות של גיאומטריה על כוחות חיתוך, מעבר פני השטח, חיי כלי וניהול השבבים.

חיתוך כוחות

הכוח הכולל של החיתוך הוא סכום הכוחות על כל שן במגע.הזווית של ראקה היא הנהג העיקרי של כוח חיתוך: צלע חיובי יותר מפחית את זווית ההאר ואת הכוח הנדרש כדי לפענח את השבב. עם זאת, חתלת השיניים משפיע גם על כוח על ידי קביעת מספר השיניים המעורבות בו-זמנית. A קנס יותר (יותר שיניים במגע) מגביר את הכוח, אשר עלולים מעל המכונה או הגבורה עצמה.

אופטימיזציה של כוחות חיתוך לעתים קרובות כרוך התאמת זווית הגרף ואת המגרש בקונצרט.לדוגמה, כאשר broaching חתיכות עבודה ארוכות, מעצבים עשויים להגדיל את המגרש כדי להפחית את מספר השיניים מעורבים וכוחות שיא נמוך יותר.

Surface End

מעבר לסף בחיתוך מושפע מסימני השן (שפס, מצב קצה), מגרש שיניים, וגאומטריה צלולה. A שחוקים או חיתוך קצה צף על פני השטח הסופי.ה המגרש משפיע על חפיפות של השן חול; מגרש דק יותר בדרך כלל מייצר משטח חלק יותר כי גובה הסקאלופ בין חתכים מוצלחים מופחת.

זווית ההנקה חשובה גם: מעט מדי נקה גורמת לשפשף, אשר שורף את העודף ואת הפחתות לסיים. עבור יישומים הדורשים ראי כמו סיום, כאבי ראש עשויים להיות מעוצבים עם עלייה קטנה מאוד של שיניים סופית (שיניים מסומנים) ופניות צלולות.

כלי חיים

חיי כלי בסגידה תלויים מאוד בגיאומטריה. Edge רדיוס, זווית משיכה, וניקוי כל משפיעים על דפוסי הלבוש. A כלי עם צלע חיובי גדול עשוי ללבוש במהירות ליד קצה חיתוך עקב התרכך תרמי, בעוד כלי גרף שלילי עשוי לחוות עומס flank. ניקוי נכון מפחית חום הקשור לחיכוך, להאריך את החיים.

מדביקים נוספים משפרים את חיי הכלי, אבל הגיאומטריה התת-סטרית חייבת להיות תואמת.לדוגמה, כלי משיכה חיובי עם קצה חד לא יכול להחזיק ציפוי טוב; רדיוס קטן קצה משפר את החידה ומפחית את הסיכון של ציפוי flaking.

צ'יפ אווה וחבילה

אולי מצב הכישלון הנפוץ ביותר בלחיצת שבב הוא אריזה שבבים - כאשר צ'יפס נעשים תקועים בין השיניים לבין הפקקים הכלי או הפסקות. הגיאומטריה של גורלט היא קו ההגנה הראשון. עמוק, רחב גחלים עם רדיוס גדול מאפשר צ'יפס להתכרבל ולחזיק עד שהם יוצאים מהמטען העבודה. חלק מהעיצובים משלבים כיפי השבבים על פני השן כדי לשבור צ'יפס ארוכים יותר ויותר קצרים, מתחומים קצרים יותר.

Pitch גם משפיע על הבהרת השבבים: מגרש גדול יותר מספק יותר זמן עבור צ'יפס לצאת לפני שהשן הבאה נכנסת.בקיצור פנימי, שבו השבבים חייבים ליפול מהבור, גרוטה מעוצבת כראוי וזווית דלת אחורית נמוכה מעודדת שבבים ליפול.כישלון לייעל שבב יכול להוביל "לפרק", שבו שבבים בין השן לעבודה, גורם נזק חמור.

שיקולים חומריים ו-Gמטריה Optimization

שום גיאומטריה אחת לא עובדת עבור כל החומרים.תכונות העבודה - הרדיות, העוצמה העפילה, הדוקטרינה וההתנהגות התרמית - מכתיבים את הגרף האופטימלי, הנקה, המגרש ופרופיל השן.

נמוך-Carbon ו- Free-Machining Steels

חומרים אלה מייצרים זמן רב, צ'יפס מתמשך. A חיובי (10°-15 מעלות), גרוטטה רחב, ואג ' מתון (1.5-3 מ"מ) הם אופייניים. צ'יפ-breaker tches לעתים קרובות להוסיף לשלוט אורך השבבים.

Alloy and Tool Steels (למשל, 4140, D2)

חומרים אלה יש כוח גבוה יותר קשיחות. ⁇ ⁇ מופחתים 5 °-8 מעלות חיובי לשמור על כוח קצה. מגרש coarser (3-5 מ"מ) להפחית כוחות חיתוך לשן. נפח גוללט חייב להיות מספיק כדי להתמודד עם נפח השבב המוגדל מחתכים עמוקים.

פלדות ללא סטטין (למשל 304, 316)

פלדות ללא סטטין לעבוד -harden בקלות לייצר שבבים קשים, מסובכים. ⁇ ⁇ צריך להיות נמוך יותר (5 °-8 °) כדי להימנע מעבודה קשה בקצה חיתוך. a גדול גלימה ותכונות השבבים הם הכרחיים. מהירויות חיתוך חייב להיות מופחת, וזווית נדיבות (4 °-6 °) עוזר למנוע בנוי-up.

אלומיניום וקופר Alloys

חומרים חניכיים רכים, דורשים גרף חיובי מאוד (12 °–20 °) כדי למנוע smearing ונבנה קצה. les גדול עם פנים מלוטשות להפחית את הדבקות. סטנדרטית גבוהה פלדה מהירה (HSS) כלים לא ממולאים לעתים קרובות לעבוד טוב. זווית קלירנס יכול להיות גדול יותר (5 °- °- °- °) כדי למנוע חיכוך.

פלדה קשיחה וקטירות

עבור חומרים מעל 40 HRC, זוויות של גרף שלילי (-5 ° עד 0 °) משמשים לחיזוק הקצה. פיסות קנס מאוד (0.5-1.5 מ"מ) ועלייה קטנה למזער כוחות חיתוך. broaches Carbide לפעמים מועסקים. זווית קלירנס נשמרים קטן (1 ° - 2) כדי לתמוך את קצה.

טיטניום ו-ניקל - מבוסס Alloys

חומרים אלה מציגים אתגרים קיצוניים עקב טמפרטורות חיתוך גבוהות ועבודה קשה. Tool Geometries חייב להיות גרף חיובי מתון (6 °-10 °), רדיוס קצה קטן (0.05–0.10 מ"מ), וניקוי נדיב ( °- 5 °) עיצוב גוללט חייב להתאים שבבים קצרים, מפוסקים.

טכניקות גיאומטריה מתקדמות ליישום מיוחד

כדי לענות על הדרישות של ייצור גבוה או גבוה, מעצבי כלים לעתים קרובות מעסיקים תכונות גאומטריה מתקדמות מעבר לבסיסים.

תגית: Pitch Broaches

במקום מגרש קבוע, סט משתנה (או "האגם המופרש") מפיץ שיניים בספאם אחר.זה מקטין את האמרה של רטטים הרמוניים, אשר יכול לגרום לסימנים צ'אטים על העבודה. המגרש משתנה הוא מועיל במיוחד עבור כאבי ברם ארוכים או כאשר חומרים מתכנסים נוטה לרטט.

שפירלי ו Helical Broaches

עבור broaching פנימי של קווי רוחב הלילית או הילוכים, השיניים מסודרים לאורך helix. זווית helix חייב להיות מותאם בזהירות לסוליק העבודה הנדרשת.סול. Tool גיאומטריה כולל גם את הגיאומטריה חיתוך (צילום/נקיה) ואת זווית helix, המשפיעה על זרימת השבבים וחיתוך כוחות.

עיצובים פרוגרסיביים ומתקדמים

כמה מטמוןים משתמשים בשילוב של מחוספס, חצי-מימון, וסיום שיניים.שיניים קשוחות יש עלייה גדולה יותר בשיניים וגביע אגרסיבי יותר, בעוד השיניים השלימות יש עלייה קטנה מאוד (0.01–0.03 מ"מ) וחוד חדה, טובה היטב. גישה זו מתפצלת את ההסרה החומרית לתוך שלבים, איזון ואיכות פני השטח.

כלי ריגול מודולריים ואינדקסיים

בייצור גבוה כרכים, כאבי מודולרי עם הוספת carbide מוחלפים הם צובר פופולריות. הגיאומטריה המוסמכת (ציור, נקה, השבב-Breaker) ניתן לייעל באופן עצמאי של הגוף הכלי, ומאפשר שינויים מהירים עבור חומרים שונים.הגוף הכלי עצמו חייב עדיין להיות מתוכנן עם סטון תקין ו gullet עבור ניקוי השבבים.

טעויות גאומטריה נפוצות וכיצד להימנע מהן

אפילו מעצבי כלים מנוסים יכולים ליפול למלכודת המקצרת את חיי הכלי או איכות הדרגה.הבאים הבאים הם מכשולים הקשורים לגיאומטריה.

• (FLT:0Wrong ke זווית של החומר: ⁇ 1) שימוש בגרף 12 מעלות על פלדה קשה יכול לגרום ל-Switchping.תמיד להתייעץ עם המלצות ספציפיות חומר או לבצע קיצוץ משפטי.
• (ב) [15] ,הנקה: ⁇ 1 (ב) סיבה נפוצה של צריבה ולבוש מוגזם.לבדוק זוויתי נקה הם לפחות 2 מעלות עבור חומרים קשים ו 4 ° עבור רך.
• (ב) ארץ רחבה: 1FLT (ב) בעוד ארץ רחבה מחזקת את השן, היא מפחיתה את יכולת הגלוט.
• (FLT:0) Improper gullet Radio: ⁇ 1) פינה חדה בתחתית הגלות יכולה ליזום היווצרות סדק. השתמש ברדיוס נדיב (לפחות 1/3 מהעומק של הגלוט) כדי להפחית את הלחץ.
• (FLT:0) יותר מדי שיניים במגע: FLT:1ir עבור חתיכות עבודה ארוכות, מגרש קנס עשוי לגרום כוח יתר רטט. Switch ל מגרש קוהרסר או עיצוב סטון משתנה.
• (ב) ,0) ,למצוא את קצה הקצה: ⁇ 1 (ב) חוד החנית של חץ (ב) יכול לגרום ללבוש מוקדם.

כדי להימנע מבעיות אלה, ליישם סקירה עיצוב שיטתי הכולל סימולציה של כוחות חיתוך ו היווצרות שבב (באמצעות ניתוח אלמנט סופי) לפני ייצור הברוקאץ '. יצרנים כלים רבים מציעים שירותי סימולציה חינם או בתשלום כדי לאמת את אפשרויות גיאומטריה.

מסקנה

גיאומטריה כלי ברחת הוא שדה שבו הדיוק ההנדסי פוגש ניסיון מעשי.זווית הגרף, זווית ההנקה, פרופיל השן, מגרש, אדמה, וגורט כל עובד יחד כדי לקבוע כיצד הכלי חתכים, כמה זמן הוא נמשך, ומה איכות הוא מייצר. על ידי הבנת התכונות האלה וכיצד להתאים אותם לחומרים ספציפיים ויישומים, יצרנים יכולים להשיג מחזורים מהירים יותר, חיי כלי ארוך יותר, והתעלות מעל פני השטח.

(ב) להשקיע זמן בלימוד יסודות הגיאומטריה הסגנית משלמת על שערי גרד מופחת, עלויות כלי נמוך יותר, וייצור עקבי יותר.אם אתה בוחר broach סטנדרטי או עיצוב מותאם אישית עבור יישום ייחודי, תמיד לשקול את המשחק של גיאומטריה עם חומר עבודה, יכולות מכונה, ומשלוח מגניב.