La brasatura è da tempo il processo di taglio di profili interni ed esterni precisi come le chiavi, i germogli, le serrazioni e i fori quadrati. Il metodo si basa su uno strumento appositamente progettato che si muove linearmente attraverso il pezzo, rimuovendo il materiale in un unico passaggio. A causa della sua velocità e ripetibilità, la broccatura è tradizionalmente riservata a piccoli circuiti di produzione ad alto volume dove l'alto costo di utensili e di installazione può essere ammortizzato su migliaia di negozi moderni.

Sfide in Small-Batch Broaching

Trasferimento da broaching ad alta volume a basso contenuto di piccole dimensioni presenta diversi ostacoli. Il più immediato è costo per parte[]. Gli strumenti tradizionali di broach sono costosi, spesso costando migliaia di dollari per progettare e macinare. In un'impostazione ad alto volume, che il costo è diffuso in decine di migliaia di parti.

Tempo di inserimento[]] è un'altra barriera importante. Le macchine standard di allineamento degli utensili richiedono un'attenta allineamento degli utensili, il posizionamento degli apparecchi e, a volte, le modifiche manuali degli utensili che possono richiedere ore. Per un piccolo lotto, il tempo di installazione può superare il tempo di lavorazione effettivo, spingendo in alto. Molti negozi esitano a legare una macchina dedicata per un lavoro one-off quando quella macchina potrebbe essere in esecuzione di un ordine di produzione.

L'inflessibilità dei raccordi[[]]] si compone del problema. I brocchetti convenzionali sono solitamente personalizzati per una dimensione specifica del profilo. Se il lavoro successivo richiede una larghezza differente o una geometria dello spline, l'intero strumento deve essere sostituito.

Inoltre, l'utilizzo della macchina[] diventa una preoccupazione. Le presse di broaching dedicate sono grandi, costosi e consumano lo spazio del pavimento. Se si trovano inattivo tra i piccoli lotti, il ritorno sull'investimento diminuisce. Molti negozi semplicemente non hanno il throughput per giustificare una tale macchina. Tuttavia hanno ancora bisogno della capacità di produrre caratteristiche accoppiate con precisione.

Infine, c'à ̈ un skill gap[[]]. I tecnici esperti di broaching che possono rapidamente impostare e eseguire piccoli lotti stanno diventando rari. Come i lavoratori veterani si ritirano, la conoscenza della geometria degli strumenti, la velocità di tiro e l'applicazione refrigerante per materiali diversi sta sbiadendo.

Adeguamento delle tecniche di allevamento per flessibilità

Il superamento di queste sfide richiede un approccio sistematico all'attrezzo, all'attrezzatura e al design dei processi, i seguenti adattamenti hanno dimostrato efficacia per le operazioni di piccolo-batch e di broaching personalizzato.

1. Sistemi di utensili modulari

Gli utensili modulari di broaching spezzano la tradizionale brocca monolitica in componenti intercambiabili. Invece di un singolo pezzo di HSS o di metallo duro, un sistema modulare utilizza un portautensili con inserti o sezioni sostituibili. Questo approccio offre diversi vantaggi per piccoli lotti. In primo luogo, il costo iniziale degli utensili è inferiore perché solo gli inserti di taglio devono essere profilati.

Per esempio, ] i supporti di broccatura interni con inserti in metallo duro indicibili[[] consentono a un negozio di eseguire una brocca su un centro di lavorazione verticale, eliminando la necessità di una pressa di spillatura dedicata. Il supporto portautensili si inserisce nel mandrino e il pezzo di lavoro è bloccato in un dispositivo sul tavolo.

Un'altra variante è la brocca in stile cartuccia[] utilizzata nelle macchine di broccatura orizzontale. Le cartucce contenenti sezioni del profilo brocca possono essere sbarrate per cambiare la spaziatura dei denti o la forma finale. Per i negozi che mantengono alcune dimensioni delle cartucce standard, molti profili uno-off possono essere assemblati da componenti esistenti.

2. Macchine di collegamento CNC e programmazione adattiva

Le macchine di broaching dedicate si sono evolute. Moderne CNC broaching machine[ incorporano assi programmabili per il posizionamento degli utensili, la velocità del ram e la lunghezza del colpo. A differenza di vecchi modelli idraulici che richiedevano fermate dure e interruttori di limite, queste macchine possono essere riconfigurate in pochi minuti tramite un programma di controllo.

Le funzioni di programmazione adattiva, come ] monitoraggio del carico e compensazione dell'usura degli utensili], consentono alla macchina di regolare la forza di alimentazione in tempo reale. Questa capacità è particolarmente preziosa per le piccole e medie operazioni. Un lavoro potrebbe comportare una parte di alluminio seguita da una caratteristica di titanio personalizzato; il CNC può regolare automaticamente la velocità e l'alimentazione per mantenere la finitura superficiale coerente e la durata degli utensili.

Retrofitting esistente fresatura o VMC con [] attacchi di collegamento[[]] è un altro percorso economico-efficace. Questi allegati convertono il movimento lineare Z-asse della macchina in un'azione di trazione o di spinta per lo strumento di broccatura. Sono compatti e possono essere installati o rimossi secondo le necessità, mantenendo la funzione primaria della macchina per altri lavori.

3. Metodi di collegamento alternativi: Rotary, catena e superficie di collegamento

Non tutti i broccatura richiedono un asse lineare della macchina. Rotary broaching (chiamato anche broaching wobble) è un metodo che forma forme interne ed esterne applicando pressione assiale mentre lo strumento ruota a un leggero angolo.

Il broaching dei cavi[] utilizza un ciclo continuo di elementi di taglio propulsi da pignoni, simili a una sega a catena. Questo metodo è comune per la brocciatura di superficie ad alto volume, ma le nuove unità di avvitamento a catena compatta sono state impiegate su centri di lavorazione per volumi inferiori. Il vantaggio è che lo strumento a catena può essere facilmente modificato rompendo e collegando le stesse sequenze, rendendo possibili profili.

Anche la broccatura della superficie per profili piatti o sagomati può essere adattata utilizzando gli inserti di frantumazione nelle fresatrici. Con un progressivo abbassamento della superficie in Z, un mulino o un mulino a faccia standard può simulare un'azione di broccatura.

4. Ottimizzato Risolvimento di Manutenzione e Rapida-Cambia

Per la broccatura di piccole dimensioni, il tempo trascorso di bloccaggio e parti non bloccanti è una parte significativa del ciclo totale. Sistemi di fissaggio a cambio rapido come viti idrauliche, pallet di bloccaggio a zero punti, e i mandrini pneumatici possono ridurre il tempo di installazione da minuti a secondi.

La custodia sottovuoto è un'altra opzione per parti sottili o non magnetiche che necessitano di broccatura. Le piastre sottovuoto possono tenere contorni complessi senza distorsioni, e si rilasciano istantaneamente quando il vuoto è rotto. Per parti personalizzate che variano in forma, un sistema di vuoto a griglia con guarnizioni di tenuta fornisce una soluzione flessibile.

Per la brocciatura interna su un VMC, il pezzo viene spesso bloccato in un dispositivo che allinea l'asse del foro con il mandrino. I montanti del collet o tre-jaw mandrini di alimentazione] montati su una tavola rotante permettono di impostare la parte per essere indicizzata.

5. Simulazione di processo e integrazione CAM

I moduli CAM per la brocciatura[] sono ora disponibili in pacchetti leader come Mastercam, GibbsCAM e Siemens NX. Questi moduli permettono al programmatore di definire il percorso degli strumenti per un'operazione di broaching proprio come si vorrebbe per fresare o ruotare. Il sistema CAM simula l'impegno degli strumenti, i controlli per i tassi di collisione, i carichi eccessivi.

Per il raccordi rotativi CNC, il software CAM può generare automaticamente la corretta sincronizzazione tra l'orientamento del mandrino e l'avanzamento degli strumenti. Questo elimina la configurazione del test-and-error e assicura che le caratteristiche accoppiate corrispondano al modello CAD della prima parte. La simulazione della procedura] verifica anche che la parte non si muoverà sotto le forze di broaching, impedendo il rottame su costosi materiali personalizzati.

L'analisi degli elementi finiti (FEA) può essere utilizzata offline per prevedere la deflezione e lo stress degli utensili nel pezzo. Per un lavoro di broaching one-off in una lega hard-to-machine, la simulazione aiuta a selezionare la geometria corretta degli utensili e i parametri di taglio senza sprecare materiale in tagli di prova.

Vantaggi tangibili per i produttori di piccole dimensioni

Quando questi adattamenti sono implementati, i benefici vanno oltre semplicemente rendendo possibile la brocciatura per bassi volumi. La riduzione [ nel tempo di configurazione[[]] si traduce direttamente a ridurre i costi di citazione e turnaround più veloci. Un negozio di lavoro può accettare un ordine di corsa per 20 parti broached e consegnare in giorni anziché settimane.

Greater flessibilità[[]] in parte design è un altro vantaggio. Gli ingegneri non devono più progettare intorno ai limiti di uno specifico strumento di broach. Con utensili modulari e adattabilità CNC, cambiare l'angolo di pressione di una spline o la larghezza di una chiave può essere fatto selezionando un inserto diverso o modificando un programma.

La precisione di broaching[[] rimane ineguagliabile per caratteristiche che richiedono tolleranze strette sul parallelismo, la concentrosità e la finitura superficiale. Anche in piccoli lotti, la brocciatura può contenere ±0.0005 pollici su diametri interni e splines, superando ciò che la fresatura o EDM tipicamente raggiungono nello stesso tempo di ciclo.

L'efficacia dei costi per le piste a basso volume[[] diventa una realtà quando gli utensili modulari e il lavoro CNC eliminano la necessità di fissare dedicato. Il costo totale per parte per un lotto di 50 parti che utilizzano queste tecniche adattate è spesso inferiore al filo EDM (che è lento) o di slot (che lascia una finitura scarsa e può richiedere un funzionamento secondario).

Inoltre, qualità e coerenza[[]] migliorano perché gli allegati di broaching moderni e i controlli CNC mantengono lo stesso percorso degli strumenti indipendentemente dall'abilità dell'operatore.

Applicazioni reali e storie di successo

Un negozio specializzato in ] splines di dischi a turbina personalizzati[] necessario per produrre lotti di 10 a 30 dischi con forme di root variabili. Passando dalla tradizionale brocciatura interna a una macchina di spillatura CNC con utensili modulari, hanno ridotto il tempo di configurazione da quattro ore a 30 minuti e eliminato $15,000 in attrezzature personalizzate.

Nel manifold idraulico[[]] industria, i produttori di valvole di controllo direzionali richiedono spesso chiavi interne in fori da 1⁄4 di pollice a 2 pollici. Un produttore di contratto ha sostituito la sua pressa di spillatura idraulica dedicata con un VMC dotato di un supporto di broccatura modulare di tipo pull.

I produttori di piccoli lotti di impianti ortopedici si rivolgono spesso a broccatura rotativa su torni di tipo svizzero. La capacità di tagliare un'esca o un'unità torsica in una vite ossea senza un'operazione secondaria consente di risparmiare costi di gestione significativi. Anche se ogni lotto può essere solo 200 pezzi, il risparmio combinato di lavoro ridotto e un maggiore concentrico giustificano l'investimento in avanti.

Conclusioni

La ricerca di un'innovazione e di una migliore integrazione dei sistemi di controllo e di controllo, che si prefigge di migliorare la qualità dei prodotti, è un'esperienza di lavoro che si basa su un'analisi dei costi e delle prestazioni.

Per ulteriori informazioni sui sistemi di utensili di broaching modulare, visitare ]PMT Corporation guida. Per esplorare le opzioni di macchina di broaching CNC, vedere L'articolo di SME su broaching di piccole dimensioni. Una panoramica pratica di broaching rotativo sui torni CNC può essere trovato a [[FLT]