Broaching is een hoogprecisie bewerkingsproces gebruikt om materiaal te verwijderen in een lineaire beweging, waardoor complexe interne of externe vormen in metalen delen. Het snijgereedschap, bekend als een koker, bevat een reeks tanden die toenemen in hoogte langs zijn lengte, steeds dieper snijden met elke pas. Broaching kan worden uitgevoerd door ofwel duwen of trekken van de koker door of over het werkstuk, en de keuze tussen duwen koker en trektrekken aanzienlijk invloed op de snelheid, kosten en kwaliteit van het afgewerkte deel. Het begrijpen van de technische verschillen, uitrustingseisen, en toepassingsspecifieke voordelen van elke methode is essentieel voor de productie ingenieurs die streven naar optimale productie.

Wat is duwen?

Het aanprikken van de knop is een methode waarbij de stanley handmatig of door een druk in het werkstuk wordt ingebracht en er vervolgens doorheen wordt geforceerd door middel van axiale drukkracht. De stanley wordt van één uiteinde geduwd en de stanley wordt uitgevoerd als het gereedschap door het werkstuk beweegt. Dit proces wordt meestal uitgevoerd met behulp van een hydraulische of mechanische pers, hoewel sommige opstellingen gebruik maken van een verticale duwaanslagmachine met een ram die de broker naar beneden drijft. De stanley moet gedurende de hele slag worden ondersteund om knokken te voorkomen, omdat het gereedschap er aanzienlijke drukspanning ervaart.

Push kokering wordt voornamelijk gebruikt voor het creëren van interne functies zoals sleutelwegen, splines, vierkante gaten, zeshoekige gaten, en andere non-round profielen. Het is vooral effectief voor het bewerken van onderdelen die relatief kort en stijf zijn, omdat het werkstuk moet kunnen weerstaan aan de axiale krachten betrokken. Gemeenschappelijke onderdelen geproduceerd via push koker omvatten bushings, versnellingen, katrollen, en koppeling hubs. Het proces wordt ook gebruikt voor het snijden van externe vormen wanneer het werkstuk wordt gevoed over een stationaire push broker, hoewel interne toepassingen domineren.

Apparatuur voor het duwen van breekpunten

De meest voorkomende apparatuur voor het duwen is een verticale hydraulische pers met een ram die de greep door het werkstuk duwt. Het werkstuk wordt gemonteerd op een armatuur onder de ram, en de broker wordt geleid door een bushing of loods gat om uitlijning te garanderen. De slaglengte en kracht van de ram moet overeenkomen met de broker lengte en materiaal wordt gesneden. Voor de productie van hoogvolume, zijn geautomatiseerde duwkoker machines beschikbaar met deel feeders en kottel handling systemen.

Push broches zijn korter en stomer dan trek broches omdat ze moeten weerstaan drukbelasting zonder buigen. Ze zijn vaak gemaakt van hoge snelheid staal (HSS) of carbide-tipt voor een langere levensduur van het gereedschap. Het brochet ontwerp omvat een pilot sectie, ruwtanden, afwerking tanden, en een schacht. Omdat de kracht wordt toegepast op het einde van de broker, moet het gereedschap zorgvuldig gehard en gemalen te handhaven rechte.

Materiaal geschikt voor duwen

Push koker werkt goed op butylmaterialen zoals koolstofarm staal, roestvrij staal, aluminium, messing en brons. Hardere materialen zoals gereedschapsstaal of warmtebehandelde legeringen kunnen worden gebrocheerd maar vereisen langzamere snelheden, robuuster apparatuur, en zorgvuldige smering. Het proces is minder gebruikelijk voor broze materialen omdat de drukkracht kan leiden tot kraken of chips.

Voordelen van het duwen

  • Hoge snelheid: De brochet gaat in één slag door het werkstuk, waardoor duwen een van de snelste methoden voor het produceren van interne profielen, vooral in de productie van grote volumes.
  • Lagere apparatuurkosten: Hydraulische persen zijn relatief goedkoop in vergelijking met de gespecialiseerde machines die nodig zijn voor trekkottering.
  • Eenvoud: De opstelling is eenvoudig; de operator plaatst het werkstuk, de pers duwt de broche erdoorheen en het deel wordt verwijderd.
  • Goede oppervlakteafwerking: De progressieve snijbeweging laat een glad oppervlak achter, waardoor vaak de noodzaak voor secundaire afwerkingsbewerkingen wordt weggenomen.
  • Korte cyclustijden: Voor onderdelen die in één keer kunnen worden geproduceerd, zijn cyclustijden zeer kort, waardoor de doorvoer wordt verbeterd.

Beperkingen van het duwen

  • Beperking van de lengte van het werkstuk: Het deel moet lang genoeg zijn om de broche volledig door te laten gaan, maar niet zo lang dat de gespen van de brochet. In het algemeen is het duwkoker beperkt tot delen met een verhouding van lengte tot diameter kleiner dan ongeveer 8:1.
  • Door de drukkracht kunnen dunne wanden instorten of vervormen. De bevestiging moet robuust zijn om beweging te voorkomen.
  • Kroefsteun: De broker moet nauwkeurig worden geleid; een verkeerde uitlijning kan leiden tot gereedschapbreuk of slechte toleranties.
  • Gelimiteerd om eenvoudiger vormen: Terwijl duwkottering verschillende profielen kan produceren, zeer complexe vormen vereisen vaak trekken aansteker vanwege de lengte van het gereedschap beperkingen.

Wat is Pull Broaching?

Trek-tuiting is een methode waarbij de greep wordt bevestigd aan een trekmechanisme . .zoals een hydraulische cilinder , ketting , of kabel . .die het gereedschap door het werkstuk trekt . De greep wordt geplaatst voor of door het deel , en vervolgens getrokken onder spanning , waardoor de snede . Deze methode voorkomt de druk op het gereedschap , waardoor langer en meer slanke stoten die langere slagen en diepere sneden kunnen produceren . Trek-tuiting wordt meestal uitgevoerd op horizontale of verticale uitschuivende machines die speciaal voor deze operatie ontworpen .

Pull kottering wordt op grote schaal gebruikt voor zowel interne als externe oppervlakte kottering. Intern, kan het lange spline gaten, scheuren, en onregelmatige passages produceren. Extern wordt het gebruikt om tandwielen, duivenstaarten en andere contouren oppervlakken op grote of onregelmatig gevormde werkstukken te creëren. De mogelijkheid om de kot door langere afstanden te trekken maakt het ideaal voor delen met aanzienlijke lengte of meerdere functies langs de as.

Apparatuur voor trek-broaching

Trekkantmachines zijn speciaal gebouwd en zijn in meerdere configuraties verkrijgbaar. Horizontale trekstangen hebben een bed waarlangs het werkstuk wordt geklemd; de koker wordt doorgetrokken door een hydraulische zuiger aan één uiteinde. Verticale trekstangen werken op dezelfde wijze maar in een verticale oriëntatie, die compacter is en de belasting van onderdelen voor bepaalde geometrieën vereenvoudigt. De machinecapaciteit varieert van kleine eenheden voor sleutelways tot en met grote industriële machines voor grote transmissiecomponenten.

Het trekmechanisme moet zorgen voor een consistente kracht en gecontroleerde snelheid. Moderne machines gebruiken vaak servo-gecontroleerde hydraulische systemen om constante snijsnelheid te behouden en te minimaliseren schok. De koker wordt meestal aangesloten via een schacht die een trekkop aantrekt. In tegenstelling tot duwaanslag, ervaart het gereedschap alleen trekspanning, waardoor langere en dunnere stoten. Pull broches worden vaak gemaakt in secties die kunnen worden gemonteerd om de vereiste lengte voor de snit te bereiken.

Materiaal geschikt voor Pull Broaching

Pull kottering kan hetzelfde scala van materialen als push kottering hanteren, maar is ook geschikt voor hardere materialen als gevolg van de mogelijkheid om langzamere snelheden en hogere kracht zonder gereedschap knokken. Het wordt vaak gebruikt op gelegeerd staal, gietijzer, poedermetaal componenten, en zelfs superlegeringen. De zachte trekactie vermindert het risico van kraken brosse materialen, waardoor het de voorkeur methode voor gesinterde delen en keramische composieten.

Voordelen van Pull Broaching

  • Grotere slaglengte: Aangezien de greep onder spanning staat, kan het zeer lang zijn, waardoor snijwonden over langere afstanden en diepere kenmerken mogelijk zijn.
  • Voorzichtig met delicate onderdelen: De trekbeweging comprimeert het werkstuk niet, waardoor het risico van vervorming voor dunne of complexe vormen wordt verminderd.
  • Betere chip evacuatie: Bij horizontale trekkantelen vallen chips weg van het snijgebied door de zwaartekracht, waardoor de oppervlakteafwerking en de levensduur van het gereedschap verbetert.
  • Beschikbaarheid voor complexe vormen: Trekkokers kunnen met meerdere stappen en secties worden ontworpen om ingewikkelde profielen in één enkele pas te produceren.
  • Hogere precisie: De gecontroleerde treksnelheid en constante kracht leveren vaak strengere toleranties en betere herhaalbaarheid op dan duwen, vooral op langere delen.

Beperkingen van trek-broaching

  • Hogere uitrustingskosten: Trekmachines zijn duurder dan hydraulische persen, zowel in de initiële investering als in onderhoud.
  • Longere insteltijd: Het bevestigen en aanhalen van de uitlijning duurt langer omdat de greep door het werkstuk moet gaan en aan beide uiteinden moet worden bevestigd.
  • Kroeflengte: Trekkokers zijn vaak enkele voeten lang, waarvoor meer ruimte nodig is voor opslag en behandeling, en de verhoging van de gereedschapskosten.
  • Lagere snelheid voor kleine onderdelen: Voor korte, eenvoudige kenmerken, trekken aansteker kan langzamer dan duwen aansteker vanwege de noodzaak om volledig in te trekken en opnieuw te laden de brochet.

Belangrijkste verschillen tussen duwen en trekken Broaching

Het fundamentele verschil ligt in hoe de kracht wordt toegepast .compressie vs. spanning .maar de implicaties hebben invloed op elk aspect van het proces . De volgende tabel vat de kritische onderscheidingen:

Factor Push Broaching Pull Broaching
Direction of force Compressive (push) Tensile (pull)
Tool stress High compressive stress, risk of buckling Tensile stress, no buckling
Broach length Short to moderate (typically under 24 inches) Long (can exceed 8 feet)
Stroke length Limited by press stroke and part length Longer, up to several feet
Common applications Keyways, small splines, square/hex holes Large splines, gear teeth, rifling, external surface contours
Typical part size Small to medium parts Medium to large parts
Equipment type Hydraulic/mechanical press Horizontal or vertical broaching machine
Production speed Very high for simple parts High, but slower for short features
Tool cost Lower (shorter, simpler geometry) Higher (longer, may be sectional)
Precision Good, but limited by tool deflection Excellent, especially for long features
Ideal for delicate parts No (compressive force can distort) Yes (pulling is gentle)

Opmerking: De bovenstaande tabel is een algemene gids. De werkelijke prestaties zijn afhankelijk van de machineconditie, het gereedschapsontwerp en het werkstukmateriaal.

Factoren om te overwegen bij het kiezen van een roermethode

De keuze tussen duwen en trekken is noodzakelijk om verschillende onderling verbonden factoren te evalueren. Geen enkele methode is in alle gevallen superieur; de beslissing moet gebaseerd zijn op deelgeometrie, productievolume, materiaaleigenschappen, tolerantievereisten en budgetbeperkingen.

Deel Geometrie en grootte

Korte, stijve delen met eenvoudige interne profielen zijn ideale kandidaten voor het duwen kotteren. Omgekeerd, lange onderdelen, grote onderdelen, of onderdelen die diep externe functies zijn beter bediend door trekkottering. Bijvoorbeeld, een stalen bushing met een kleine sleutel is het beste duw-gebroched, terwijl een zware vrachtwagen transmissieas met meerdere lange splines vereist een trekkot. Het deel van de wanddikte is belangrijk: dunne muren kunnen niet bestand tegen de druk van duwkottering zonder vervorming, dus trekkottering is veiliger.

Productievolume

Voor de productie van kleine onderdelen met een groot volume (duizenden per dag) biedt push-koker de snelste cyclustijden en de laagste per stuk gereedschapskosten. De eenvoud van een hydraulische pers zorgt voor snelle omschakelingen tussen deelfamilies. Voor middelgrote tot grote volumes van grotere delen kunnen trek-kokermachines, hoewel langzamer per cyclus, een vergelijkbare doorvoer bereiken door meerdere functies in één pas te bewerken.

Materiaal en hardheid

Zachtere, butylmaterialen zijn goed geschikt voor het duwen kotteren. Naarmate de hardheid van het materiaal toeneemt, het risico van gereedschap breken onder compressie stijgt, waardoor trektrek het aanstekeren betrouwbaarder. Voor gehard staal (boven 35 HRC), trekken aanstekeren met langzamere snelheden en carbide gereedschap is standaard. Gietijzer en poeder metalen, die kunnen worden bros, ook profiteren van de trekmethode.

Tolerantie- en oppervlakteafwerkingseisen

Beide methoden kunnen toleranties van ± 0,001 inch of beter bereiken, maar trekkottering biedt over het algemeen meer consistente resultaten over langere delen als gevolg van betere geleide gereedschapsreis. Oppervlakteafwerkingen variëren meestal van 32 tot 63 microinches Ra met goede koelvloeistof en scherpe gereedschappen; duwkottering kan lichte markeringen achterlaten bij de ingang of uitgang indien niet goed ondersteund. Wanneer een spiegelafwerking vereist is, trekt u aan het uiteinde met een afwerkingssectie.

Kostenoverwegingen

Initiële investering: Een hydraulische pers voor het duwen is aanzienlijk goedkoper dan een speciale trekboutmachine. Echter, voor de lopende productie, de tool kosten voor trekkottering is hoger als gevolg van langere en meer complexe kotters, maar de levensduur van het gereedschap kan langer als goed onderhouden. Voor laag volume banen, duwen kotteren op een bestaande pers is economisch; voor toegewijde hoge volume productie van grote delen, de efficiëntie van een trekboutmachine rechtvaardigt de hogere up-front kosten.

Broach Tool Design: Push vs. Pull

De greep tool zelf verschilt aanzienlijk tussen de twee methoden. Push krullen hebben een schacht op een uiteinde voor de pers ram om tegen te duwen, en de tanden worden gesneden langs het lichaam, die robuust genoeg om te weerstaan knokken moet zijn. De tand geometrie .rake hoek, reliëf hoek, landbreedte . is ontworpen om chip formatie te beheren en te verminderen snijkrachten. Push krullen hebben vaak een kleinere totale stijging per tand in vergelijking met trekken grepen om de kracht beheersbaar te houden.

Trekboutjes hebben een trekeind met een sleuf of een schroefdraadgat om aan de trekkop te bevestigen. De body kan slanker en langer worden omdat het onder spanning is. Veel trekboutjes worden gemaakt in secties, waardoor versleten segmenten vervangen worden in plaats van het gehele gereedschap te slopen. Dit modulaire ontwerp vermindert de langetermijn toolkosten. Het tandontwerp in trekboutjes kan grotere stijgingen per tand bevatten, waardoor sneller materiaal wordt verwijderd in een enkele pas, maar vereist hogere machinekracht.

Beide types vertrouwen op de juiste chip belasting, chip breker geometrie, en koelvloeistof levering. Efficiënte chip evacuatie is cruciaal; in push brokering, chips worden geduwd voor het gereedschap, zodat het werkstuk moet hebben klaring gaten of de broker moet chip gullets dienovereenkomstig. In horizontale trek brokering, chips dalen naar beneden, het risico van verstopt.

Veiligheids- en onderhoudsoverwegingen

Broaching machines, ongeacht of duwen of trekken, betrekken hoge krachten en scherpe gereedschappen. Veiligheid protocollen moeten voorzien in een beveiligde beveiliging om toegang tijdens de slag te voorkomen, noodstop knoppen, en regelmatige inspectie van de conditie van de broker. Druk op de broaking persen vereisen zorgvuldige uitlijning om gereedschap explosie te voorkomen als de broak gesps. Operators moeten worden opgeleid om zware broaching threads te behandelen vooral lange trek threades .

Onderhoud richt zich op het houden van de machine hydraulica schoon en vrij van lekken, het controleren van gids bussen en slijtage platen, en het waarborgen van het trekken mechanisme (keten, kabel, of hydraulische cilinder) is in goede staat. Kakkerlakken moeten periodiek worden geslepen; saaie tanden verhogen snijkrachten en kan schade aan het werkstuk. Koelmiddel filtratiesystemen zijn belangrijk om chip recirculatie te voorkomen, die oppervlakte afwerking en levensduur van het gereedschap kan afbreken.

Geavanceerde onderwerpen in Broaching

CNC-kwijlen

Moderne CNC-machines kunnen met speciale bevestigingen aan de haak of met behulp van de spindel een stanley duwen of trekken, hoewel speciale machines dominant blijven. CNC-aanstekeren maakt flexibele productie mogelijk met snelle omschakelingen tussen verschillende profielen, maar de cyclustijden zijn over het algemeen langer dan met een hydraulische pers. Deze aanpak is nuttig voor prototypering en productie met een laag volume.

Oppervlakte broaching

Zowel duw- als trekmethoden kunnen op het buitenoppervlak worden toegepast. Bij het aanprikken van het drukoppervlak wordt het werkstuk tegen een stationaire broker gedrukt; bij het aanprikken van het trekoppervlak wordt de broker over het oppervlak van het werkstuk getrokken. Dit is gebruikelijk voor het produceren van vlakke oppervlakken, schuine sleuven of ongebruikelijke contouren op motorblokken, cilinderkoppen en andere gietstukken.

Horizontale vs. verticale broaching machines

Horizontale aanstekermachines zijn typisch voor trekstangen omdat ze lange slagen en gemakkelijke chip verwijdering mogelijk maken. Verticale aanstekermachines worden vaak gebruikt voor het duwen van het roer omdat ze het laden van onderdelen van de bovenkant kunnen verwerken en de zwaartekracht kunnen gebruiken om chipval in sommige gevallen te helpen. Sommige verticale trekstangen bestaan voor zware, moeilijk te bevestigen onderdelen. De keuze van oriëntatie beïnvloedt vloeroppervlak, deelbehandeling en automatisering compatibiliteit.

Koelmiddel en smeermiddel

Broaching genereert aanzienlijke warmte als gevolg van hoge material removal rates. Wateroplosbare koelvloeistof met extreme druk additieven worden vaak gebruikt om wrijving en flush chips te verminderen. In push koteing, koelvloeistof wordt gericht in de snijzone door gaten in de koker of van externe sproeiers. Bij trekkoker, overstroming koelvloeistof is gemakkelijker aan te brengen omdat het gereedschap en werkstuk zijn toegankelijker. Goede koelvloeistof selectie kan de levensduur van het gereedschap met 30% of meer verlengen.

Voorbeelden van de echte wereld

Voorbeeld 1: Kleine sleutelbaan in een stalen bushing.[ Een fabrikant van hydraulische componenten heeft 10.000 bushing onderdelen per maand nodig, elk met een keyway van 0,25 inch. Met behulp van een verticale hydraulische pers met een push broke, is de cyclustijd ongeveer 10 seconden per onderdeel, inclusief laden en lossen. De totale exploitatiekosten zijn laag, en de kwaliteit van het deel is consistent. Trekkelingen zouden overkill en langzamer zijn voor dit eenvoudige, korte deel.

Voorbeeld 2: Grote spline in een transmissieas.[ Een automotive tier-one leverancier moet 8-inch lange interne splines produceren op gesmede stalen schachten. Het materiaal is 8620 gelegeerd staal, case-hard tot 58 HRC. De vereiste tolerantie op de grote diameter is ± 0,001 inch. Een horizontale trekmachine met een gesegmenteerde carbide-tip koker wordt gebruikt. De koker wordt getrokken door een snelheid van 10 inch per minuut, het voltooien van de spline in minder dan een minuut. De trekactie zorgt ervoor dat de spline concentrisch is en de schacht niet stoort. Push koker zou het risico knikken van de koker en het vervormen van de as.

Voorbeeld 3: Complexe externe contour op een gietijzeren component. Een fabrikant van grote luchtcompressoren heeft een reeks hoekige duivenstaartsleuven op een cilinderkop nodig. Het deel is zwaar en onregelmatig gevormd. Er wordt een verticale trekkoker met een aangepaste oppervlaktekoker gebruikt. De koker wordt door het vaste werkstuk naar boven getrokken, waardoor het profiel in één slag ontstaat. De methode maakt het mogelijk om meerdere sleuven nauwkeurig te positioneren zonder het onderdeel opnieuw te plaatsen.

Conclusie

De beslissing tussen push-koker en pull-koker hangt af van de specifieke eisen van het project. Push-koker blinkt uit in snelheid en zuinigheid voor korte, eenvoudige onderdelen gemaakt van butylmaterialen, vooral bij het produceren van interne functies zoals sleutelwegen en kleine splines. Pull-koker biedt de veelzijdigheid, zachtere actie, en langere slag vereist voor grote, delicate, of complexe onderdelen, vaak het bereiken van strakkere toleranties in langere functies. Door zorgvuldig rekening te houden met deelgeometrie, materiaal, volume en budget, kunnen ingenieurs de optimale aansteker methode om hun kwaliteit, kosten en doorvoerdoelstellingen te voldoen.

Zie Society of Manufacturing Engineers' brocheting guide. Gedetailleerde specificaties over het ontwerp van het brochetgereedschap zijn te vinden op American Machinist. Voor het advies over de machineselectie, zie Modern Machine Shop's artikel over keuzes van de aanstekermachine.