כיצד לעצב כלי הברחת חומרים קשים למכונה

מבוא

תכנון כלי שיט לחומרים קשים למכונה הוא אתגר קריטי בייצור מודרני. Broaching הוא תהליך בעל עדיפות גבוהה, יעילות גבוהה המשמש ליצירת פרופילים פנימיים או חיצוניים מורכבים - מנקודות מפתח וקוויים ועד מזלבינות דיסקים דיסקים. עם זאת, כאשר חומר הנדסה העבודה הוא סופרוי (למשל, Inconel 718, Waspal), שילוב מהיר של ניקוי, או דיסקרטיברד, פלדה, או עיצובים קשים, (Ricerd), או RUSd).

מאמר זה מספק מדריך מקיף, סמכותי לעיצוב כלים שיכולים לשרוד ולהצטיין בסביבות תובעניות אלה.We will מכסה מדעי החומר, גיאומטריה כלי, ציפויים, אסטרטגיות מגניבות, תהליך, ומחקרים מקרה מעשי.עד הסוף, יהיה לך מסגרת שיטתית ליצירת כלים מתכנסים המספקים חיי כלי עקבי, השלמה מעולה, והפחתה כללית של עלויות לחלק.

הבנת חומרים קשים למכונה

לפני עיצוב הכלי, יש להבין לעומק את התנהגות החומר של העבודה במהלך חיתוך חומרים קשים למכונה לחלוק כמה מאפיינים מאתגרים:

(FLT:0) עוצמה וקשידות בטמפרטורות גבוהות: ⁇ 1 (העלילות) רבים מחזיקים בחוזק משמעותי עד 1000 מעלות צלזיוס, מה שגורם להתמוטטות קצה כלי מהיר.
(FLT:0) לולי מוליכות תרמית:FLT:1ua Titanium ⁇ s (k ⁇ 7 W/mK) ו Superalloys מבוסס ניקל (k ⁇ 11 W/mK) מתרכז חום באזור חיתוך, טעינה תרמית כלי.
(FLT:0) עבדו נטייה קשה: 1FLT:1 פלדה אל-חלד Austenitic וסגסוגת ניקל קשיחות תחת עיוות, מה שהופך את חיתוך לאחר מכן עובר קשה יותר.
(ב) ⁇ :0) הכללות הכלולות: FLT:1 , תחלואה קשה או חלקיקים בין-מטליקיים בחומרים כמו Inconel פועלים כמיקרו-אברסיביים, מאיצים את הנזלת ואת מכתש.
(FLT:0Chemical Reactivity:FLT:1hil Titanium ⁇ s יכול להגיב עם חומרים מסוימים בכלי בטמפרטורה גבוהה, המוביל לטבולית ללבוש או היווצרות קצה בנוי.

דוגמאות אופייניות לחומרים קשים למכונה כוללות: Inconel 718, Inconel 625, Waspaloy, René 88, Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Fe-3Al, פלדות כלי קשיחות (A2, D2, H13 ב 50 HRC+), ו-HRC-HRC-V, כל חומר דורש גישה מותאמת.

המונחים: Broaching Tools

בחירת כלים

המצע של השיניים הסנדוויץ' חייב לעמוד בעומסים דחוסים גבוהים, הלם תרמי, ולבוש אברמסיבי.

(FLT:0) פלדה מהירה (HSS) ואבקת-מטאורגיה HSS (PM-HSS): FLT:1 קשיחות טובה ולבוש התנגדות. ציוני ראש הממשלה כמו ASP 2052 או ASP 2080 פופולריים עבור חומרים קשים כלליים.הם מציעים קשיחות גבוהה יותר (65-67 HRC) מאשר HSS קונבנציונלי.
(FLT:0) Carbide: FLT:1 Tungsten carbide (WC-Co) מספק קשיחות מעולה והתנגדות חום. עם זאת, זה הוא מתפתל; עבור ריבאונדינג, microgra או submicron ציונים (למשל, K10-K20) הם לעתים קרובות מצופים או מכנית מגובה על מכונית מגולחת.
(FLT:0) בורון הלבבי (cBN) ויהלום פוליקריסטלליין (PCD): FLT:1 עבור השלמת פעולות על פלדה קשיחות (cBN) או ⁇ לא מפרה (PCD) אלה superabrasives לספק התנגדות ללבוש קיצוני אבל דורש הכנה זהירה והגדרות קשיחות.

ההתפתחויות האחרונות ב-FLT:0 , ⁇ ⁇ 1 (למשל, אל-טין, אל-CrN) שיפרו באופן דרמטי את הביצועים.הציפוי פועל כמחסום תרמי ומפחית חיכוך.עבור ציפויים עבים יותר (4-8 מיקרומטר) עם דבקות טובה הם הכרחיים להימנע מדיכאון תחת חתכים מופרכים.

כלי הגיאומטריה ו- Edge הכנה

כלים המכילים שיניים מרובות, כל אחת מהן חתיכה שכבה קטנה.עבור חומרים קשים, יש להתאים את הגיאומטריה לצמצום כוחות חיתוך ודור חום:

(FLT:0) זווית: ⁇ 1:1 ; A נייטרלי או מעט שלילי זווית גרף (0 ° ל- -5 מעלות) מחזק את קצה חיתוך. גרף שלילי הוא מועיל עבור חתכים וחומרים מתפתלים, אבל מגביר את כוחות חיתוך.
(FLT:0) Relief (clearance) זווית: אנדרל 1 (Sufficient First Clearance ( °-6 °) מונע שפשף את החלק העבודה.מעט מדי נקה מייצרת חיכוך חום וחום מופרז; יותר מדי מחליש את השן.
(FLT:0) הכנת הכנה:FLT:1 A honed Edge (T-land או chamfer) מונע micro-chipping. עבור Superalloys, רדיוס קצה של 0.02-0.05 מ"מ נפוץ. גדול יותר רדיוי עבור חומרים עצם כי הם מועילים להפיץ.
(ב) ⁇ :0) צ'יפ פריים: 1FLT:1 Grooves או שוברי שבב בצורת צעד על הפנים של הגרף לקדם מפולג ופרק של שבבים ארוכים, מסובכים שאחרת יכתבו את הגלוט.

עקבו אחרי Enhanced Performance

הקידודים הם הכרחיים לכלי הברוטציה המודרניים.

(ב) ל[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]] ו[[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
(ב) התנגדות להפחתה:0) ,0 (אוקסדציה: 1) במהירויות חיתוך גבוהות, ציפויים מונעים ללבוש כימי.
(ב) ,0) חיכוך: חלקיק 1:1 צמצם את קצה הצטברות ותחתית כוחות חיתוך.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

תכונות עיצוב מתקדמות עבור כלי הברחת

עיצוב טיפ ו-Teit Design

כאבי בטן מודרניים משתמשים לעתים קרובות באביזרים הניתנים להחלפה (טיפים בלתי ניתנים להחלפה) או טיפים מצופים מצופים.

(FLT:0) גיאומטריה אינסטיראט: 1FLT 1 הכנסתs צריך להיות קצה חזק עם שטח שבב בשפע. , תוספות חד-צדדיות כפול (למשל, ריבוע או rhombic) עם שמונה קצוות חיתוך להפחית את העלות לחוד.
(ב) למערכות של קלפיות:0 (FLT:1 Wedge או מברג מברג חייב להיות נוקשה כדי למנוע העברת מיקרו תחת עומסים כבדים.
(FLT:0) חומרים: FLT:1 Brazed טיפים של פוליקלקלין בון ניטריד (PCBN) עבור פלדות קשיחות (60 HRC+) או יהלום פוליקלי (PCD) עבור ברונזה.פרק הבזק חייב להיות מודאג מלחץ כדי למנוע סדקים.
(ב) ,0) קליר על התוספות: FLT:1 לספק נקה מספקת ובהירות נאותה לאפשר זרימת השבבים.

אסטרטגיות קירור ו Lubrication

קירור יעיל הוא גורם של איפור או שובר. מערכות קירור בלחץ גבוה (HPC) לספק נוזל ישירות לאזור חיתוך:

(ב) ⁇ :0 דרך ⁇ : ⁇ :1 ערוצים פנימיים בפרשת הברוק או דרך השיניים עצמם מספקים קרירות ב 50-200 בר.זה יעיל ביותר עבור הברחת פנים עמוקה.
(ב) שיטפון או מטוס: ⁇ 1 (ב) עבור שיטפון רדוד, שיטפון גבוה (ה- 40 ליטר) עם נוזים מכוונים לכל שן הוא מספיק.
(FLT:0) כמות כמות של פסולת (MQLrea): FLT 1 עבור השלמת פעולות שבו שמן לא ניתן ליישם, MQL מפחית עלויות נוזלים ופסולת.
(FLT:0Cryogenic קירור: FLT:1 חנקן נוזלי נוזלי (-196 מעלות צלזיוס) מועבר דרך הכלי יכול להפחית באופן דרמטי את הטמפרטורה, להפחית את ללבוש כימי.

בחר מגניב מתאים לחומר: ulions מבוסס מים עבור פלדה כללית / טיטניום, מבוסס שמן עבור שפע גבוה בסייר, ונוזלים סינתטיים להגנה על קורוזיה.תמיד מסונן קריר ל <10 מיקרומטר כדי למנוע תיקון חלקיקים abrasive.

בקרת צ'יפ והערכה

בחיתוך, כל שן חותך עובי שבב קבוע (בדרך כלל 0.01–0.10 מ"מ) חומרים קשים לייצר צ'יפס מסובכים, קשוחים שלעתים קרובות מתפרסמים בין השיניים, מה שגורם כשל כלי קטסטרופלי לשליטה שבב:

(FLT:0) עיצוב:0Gullet: 1 (FLT:1) המרחב בין השיניים חייב להיות גדול מספיק כדי להכיל את נפח השבב. השתמש יחס חלל שבב (שטח הליכה / חציית שבב) של לפחות 3:1.
(FLT:0) צ'יפ פריוור: 1FLT) משלבים ירכיים קטנות או תחזיות על פני הגרף לשבור צ'יפס. עבור טיטניום, עיצוב השבבים שמייצר קצר, "C" שבבים בצורת צ'יפס הוא אידיאלי.
(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) ⁇ :0) כיוון צלול: 1FLT:1 Aim high-pressure סילון כדי לשרוף צ'יפס הרחק מאזור חיתוך; עבור ריבאונד פנימי, חור קריר במרכז עם חורים יוצאים בכל שן יעיל.

אופטימיזציה של קיצוץ פרדוקסים ותנאי תהליכים

חיתוך מהירות, האכלה ו Depth של חיתוך

מהירות גלישה נמוכה יחסית (1-20 מ' /מין) כי הכלי נמצא במגע מתמשך על פני הרבה שיניים.

(FLT:0Speed:EveFLT:1) מתחיל בסוף התחתון: Inconel 718 2-6 מ' /מין; Ti-6Al-4V 6-12 m /min; פלדה קשה (55 HRC) 2–4 מ' / min.
<חזק>Feed per שן (עומס שבב):> בדרך כלל 0.02–0.08 מ"מ לשן.עבור חומרים מעצימים בעבודה, להימנע מאכילות קטנות מאוד (<0.02 מ"מ) שגורמים לשפשף ולעבוד קשה. השתמש באכילה בינונית עם גרף חיובי.
(FLT:0) של חיתוך (הסרת מלאי טל): פיזור 1: 1 דיסטריוט מעל שיניים רבות (למשל, 30-50 שיניים) כדי לשמור כל שבב דק. עבור broaching גס, לאפשר עומס שיניים של 0.04-0.07 מ"מ לשן; עבור השלמת, להפחית 0.01-0.02 מ"מ לשן.

תמיד לאמת פרמטרים באמצעות בדיקות מצטברות. השתמש ב- 0FLT:0 מחיקת כוח ניטור כוח ניטור FLT:1 (למשל, דינמימטר) כדי לזהות ללבוש או לכבס חריג.

הכנת עבודה ותיקון

קשיחות עבודה ירודה גורמת צ'אטים וניתוק כלים.

תיקון חייב לתמוך את העבודה לאורך כל שבץ ברונכי. עבור חלקים דקים (למשל, דיסק טורבינות), להשתמש שיחים או למלא רִיק עם סגסוגת דלת אבטיח כדי לחטט רטט.
ודא ציר הברוך תואמים עם העבודה הנצמדת ל- 0.02 מ"מ לכל מטר. Misalignment מובילה לטעינה שיניים לא אחידה וללבוש מוקדם.
עבור חומרים עם גמישות גבוהה (טיטאנום), לפני לכידת החור עם מקל קל להפחית את הכוח חיתוך הראשוני על השיניים הראשונות.

כלי ריצה ואלמנט

כלים הם ארוכים ומצליחים; אי-השמדה מגבירה את הכוחות באופן אקספוננציאלי. השתמש במדריך קרוב לחתיכת העבודה.בדוק סלק ישר ( ⁇ 0.03 מ"מ TIR) ולהבטיח שהראש המושך הוא concentric. for Internal broaches, בעל צף יכול לפצות על אי-צדק.

סימבול ובדיקה בעיצוב כלי

עיצוב מודרני מבוסס על ניתוח אלמנטים סופי (FEA) ו- חיתוך תוכנת סימולציה.כלים אלה צופים:

(FLT:0) הפצת הפצה של כוח 1:1 בכלי תת-קרקעי וציפוי; שינויים בעיצוב יכולים להפחית את שיאי הלחץ העצומים שגורמים לפצח.
(ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ ⁇ (ה) ב-[[1848]] וב[[המאה ה-20]], סימולציה מראה האם אסטרטגיה מגניבה מתאימה.
(FLT:0 צ'יפ היווצרות FLT:1) באמצעות מודלים חומריים (למשל, ג'ונסון-קוק) כדי לייעל שוברי השבבים וגודל הגלות.

(ה) בדיקות פיזיות נשאר חיוני.שימוש בסומאים עם 5-10 שיניים לבדיקת גיאומטריה וציפוי לפני ייצור בקנה מידה מלא.מד כלי ללבוש תחת מיקרוסקופ (flank wearFLT:0RacioFLT:1FLT:2 (FLT 3:External link: FLT:4FLT:5Sandkal Coromant) - ידע חומרי עבור נתונים ספציפיים.

מחקרים: Inconel and Titanium Alloys

מקרה 1: Fir Tree Slotaching inconel 718

יצרן של דיסקים טורבינות גז היה צריך לדחוס חריצים עץ אש באיקונפל 718.ראש HSS הראשון נמשך רק 40 חלקים.על ידי מעבר לברוקר עם ציפוי אלטיN וקרר פנימי ב 80 בר, הם השיגו 180 חלקים עבור ברונכי.

זווית גרף מדי שינה מ +8 ° ל +5 ° עם 0.04 מ"מ קצה hone.
צ'יפ שוברים הוסיפו ב- 3 מ"מ עם עומק של 0.3 מ"מ.
נפח גוללט גדל ב-30%.
מהירות חיתוך מופחתת מ 8 m /min עד 5 m /min.

התוצאה: חיים של 0 (ב) 10.6 מיקרומטר ו-4× יותר חיי כלי.

מקרה 2: ספירת הציד ב- Ti-6Al-4V

ספק רכבי התכנס בקווי רוחב פנימיים במרכזי טיטניום.שימוש בכלים HSS קונבנציונליים ב-12 מ"ר/מין נתן יתרון מובנה כבד ומשטח גרוע לסיים.

גרף חיובי (+10 °) עם רדיוס קצה גדול כדי להפחית כוחות חיתוך.
TiCN ציפוי כדי להפחית את ההארה.
קירור בלחץ גבוה (150 בר) דרך הברץ כדי לפנות צ'יפס מקלי.
הפחתה של האכלה לשן (0.025 מ"מ) כדי למזער חום.

התוצאה: מעבר פני השטח השתפר ל-FLT:0 (RaFLT:1 0.4 מיקרומטר וחיי כלי עלו עלה על 3× מעל העיצוב הקודם.

Best Practices for Tool Life and Surface End

תמיד להתחיל עם פרמטרים שמרניים ולהגדיל את צעדי צעד; לפקח על כוחות ועל איכות פני השטח.
השתמש במערכת ניהול כלי כדי לעקוב אחר ההיסטוריה של ברונצ'ר - מרווחים קבועים, מספר חלקים, מצבי כישלונות.
החל את ה-FLT:0 (הכנת קדם-החדשה) (מיקרו-בפלסטינג, צחצוח) כדי לחלק את הקצוות ולהקטין את ה-micro-chipping.
מאחסנים בחנות בסביבה יבשה, מבוקרת; להימנע קורוזיה על תת-שכבות קרבייד.
(ב) ראו:0 (הההיברידיים) עיצובים של LT:1: חומרים שונים עבור שיניים מחוספסות וסיום - למשל, קרבד לחוספס, cBN לסיום.
חומרים קשים מאוד, OUTL את העיצוב למומחים כמו FLT:0Kennametal EngineeringveFLT 1 או FLT:2Seco ToolssFLT 3 לפיתוח ברונכי מותאם אישית.

מסקנה

תכנון כלים עבור חומרים קשים למכונה הוא אתגר רב-קיימא כי פרסים שיטתיים, קבלת החלטות מונחה על ידי נתונים.התחל עם הבנה מעמיקה של החומר התרמית, מכני וכימיקלים של חומר העבודה תכונות.חומרי כלי וציפויים שיכולים לעמוד בטמפרטורות קיצוניות ובלחיצת אדמטריה - מטביעות, הקלה, קצה, ופורצים - כדי להבטיח אסטרטגיות בקרה גבוהה ותיקון.

על ידי ביצוע העקרונות המפורטים במאמר זה, יצרנים יכולים להרחיב באופן משמעותי את חיי הכלי, להשיג את מעבר פני השטח העליון, ולהקטין את העלות לחלק גם כאשר מינוף סגסוגת מאתגר ביותר.שיפור רציף באמצעות איסוף נתונים ושיתוף פעולה עם מומחים כלי יתר ידחוף עוד את הגבולות של מה ברונכי יכול להשיג בחלל, רכב, ויישומים אנרגיה.