Begrijpen van het roerproces

Broaching is een high-productivity bewerking die gebruik maakt van een multi-tand gereedschap genaamd een broche om materiaal te verwijderen in een enkele pass. De broche heeft een reeks snijtanden, elk iets hoger dan de vorige, zodat elke tand neemt een kleine chip. Het proces kan interne vormen (toetsenborden, splines, vierkante gaten, zeshoeken) of externe vormen (slots, snaren, contouren, oppervlakken) met uitstekende nauwkeurigheid en gerepareerd produceren. Voor ingenieurs en productontwerpers, het uittrekken biedt een unieke combinatie van snelheid, precisie en oppervlakte afwerking die weinig andere methoden kunnen overeenkomen met pluriform bij het produceren van identieke onderdelen in middelgrote tot hoge volumes.

Ondanks de voordelen van het aansnijden van delen van de meetkunde, legt de broker strenge beperkingen op. De broker moet het werkstuk in een rechte lijn kunnen betreden en verlaten en het deel moet voldoende stijfheid hebben om de snijkrachten te weerstaan. Het begrijpen van deze beperkingen vroeg in de ontwerpfase is essentieel om dure herwerken of de noodzaak van secundaire bewerkingen te voorkomen. Dit artikel biedt praktische, veldgeteste richtlijnen voor het ontwerpen van onderdelen die geoptimaliseerd zijn voor het aansnijden, helpen bij het bereiken van betere productieresultaten en lagere totale kosten.

Fundamentele ontwerpbeginselen voor broaching

Rechte toegang tot de lijn

De belangrijkste regel in het aanbreken van het ontwerp is dat de greep moet bewegen in een rechte lijn ten opzichte van het werkstuk. Of u nu een interne sleutelbaan of een externe spline aanspannen, het gereedschap pad kan niet worden belemmerd door gebogen muren, offset gaten, of interne obstakels. Ontwerpers moeten ervoor zorgen dat de broker kan invoeren, passeren en het werkstuk verlaten zonder interferentie. Dit betekent vaak dat functies zoals interne boringen moeten coaxiale met de broker as, en er moet geen kruis gaten, sleuven, of draden in het pad van het gereedschap.

Als uw onderdeel een blinde binnenvorm vereist, is aanprikken zelden mogelijk omdat de brochet het deel na de cut moet verlaten. Voor blind toepassingen, overwegen alternatieve processen zoals draad EDM, vormgeving, of aanprikken van beide uiteinden (hoewel dit complexiteit voegt). Bij twijfel, raadpleeg dan vroeg in de ontwerpcyclus met een ervaren brochetfabrikant.

Deelmeetkunde en klaring

Voor de inwendige opening moet de opening groter zijn dan de kleinste tanddiameter van de koker. Voor het uitsnijden van de koker wordt een vrije ruimte van 0,1 tot 0,2 mm (0,004 tot 0,008 in) aanbevolen, maar de werkelijke waarde is afhankelijk van materiaal, openingsmaat en tandenhoogte. Voor het uitsnijden van de koker moet het werkstuk met voldoende ruimte voor de kokerhouder en de geleideschoenen worden ontworpen.

De ontwerpers moeten ook rekening houden met de uitgangzijde van het deel. De opening moet schoon uit het werkstuk komen; een plotselinge verandering in doorsnede of een dunne wand aan de uitgang kan de laatste tanden breken of het deel vervormen. Het toevoegen van een genereuze afritschaar (45° bij 1

Vereenvoudigen van interne profielen

Complexe interne geometrieën met meerdere onderbiedingen, variërende breedtes of meerlobge vormen verhogen de kosten aanzienlijk en vereisen meerdere aanstekers (of meerdere aanstekers). Waar mogelijk, ontwerp interne kenmerken als eenvoudige geometrische vormen: rechte toetsenborden, enkellijnige secties, of uniforme-diameter vierkante gaten. Als complexe vormen onvermijdelijk zijn, breken ze in een reeks eenvoudiger bewerkingen. Bijvoorbeeld, een D-vormige gat kan worden doorbroken in twee passen een ronde gat eerst, dan een plat met behulp van een sleutelweg through dit verhoogt cyclustijd en gereedschapskosten.

Een andere gemeenschappelijke valkuil is het specificeren van scherpe interne hoeken. Kakkerlakken tanden kunnen niet produceren een echte 90° binnenhoek omdat de snijkant heeft een straal. Ontwerp interne hoeken met een straal van ten minste 0,5 mm (0.020 in) om de › . Grotere radii verminderen stress concentraties in zowel het deel als het gereedschap, en ze laten de opening vrij te snijden.

Materiële overwegingen voor broaching

Het materiaal dat wordt aangeboord, beïnvloedt de keuze van het gereedschap, snijsnelheden en haalbare toleranties. [Laag- tot middenkoolstofstaal (bv. 1018, 1045) zijn ideaal voor het aansnijden omdat ze korte, goed gebroken chips produceren en voorspelbare hardheid hebben. [Roestvrij staal (300 en 400 serie) kunnen worden aangestoken maar vereisen tragere snelheden, scherpere gereedschapshoeken, en vaak een hoog-snelheidsstaal of carbide met een hoger kobaltgehalte. Aluminium[] en ]brasss[ zeer goed aangestoken, maar gummig materiaal zoals copper[ of low‐carbon 1010[] kunnen gespecialiseerde chipbrekers of speciale tand-top-afwerkingen vereisen om te voorkomen.

Ontwerpers moeten een materiaal hardheid bereik dat balanceert machinaal bewerken en einddeelsterkte. Voor de meeste stalen onderdelen, een hardheid van 25

Belangrijke ontwerptips voor het succes van het roer

  • Geef voldoende wanddikte. Broaching oefent hoge radiale en axiale krachten uit. Dunne wanden (onder 3 mm voor stalen zijwand) kunnen vervormen of instorten onder de snijkracht. Een goede vuistregel is een minimum wanddikte van 1,5 keer de diepte van de aangestoken functie.
  • Voeg entreeklamferen toe. Een spleet aan de ingang van het openingspad helpt het gereedschap naar het werkstuk te leiden en voorkomt dat de eerste tand chipt. Een 45° schuinheid 1
  • Ontwerp voor rechte voeding. Het deel moet zo worden geklemd dat de as van de opening met de as van de machine wordt uitgelijnd. Kenmerken die een positieve locatie bieden... zoals een pilotboring, een vlak gezicht of een sleutelbaan tegen een backstop... improve ..
  • Vermijd onderbreking snijdt. Interne kruisgaten of slots die de openingsweg kruisen veroorzaken dat de snijtanden tegen open ruimte botsen, wat leidt tot chatter, slechte afwerking en vroegtijdige gereedschapsuitval. Als kruisgaten onvermijdelijk zijn, overwegen dan het gebruik van een helische greep of een gesegmenteerde broker die geleidelijk binnenkomt de snede.
  • Bekijk de treklengte. De greep moet langer zijn dan het werkstuk om volledig door te gaan. De totale lengte van de broker omvat de piloot, ruwe tanden, afwerking tanden en volgeling einde. Een typische broche is 3 .5 keer de lengte van het werkstuk. Zorg ervoor dat uw machine slag kan de opening lengte en de lengte van het werkstuk met de ruimte voor het laden.
  • Gebruik symmetrische vormen. Broaching forces are most stabilised when the cutting load is balanced. Asymmetrische eigenschappen (bijvoorbeeld een sleutelbaan alleen aan één zijde) induceren zijbelasting die de opening kan afbuigen en de nauwkeurigheid kan verminderen. Als u een asymmetrische vorm moet aanboren, overweeg dan om een tweede aansteker te ontwerpen aan de andere kant om de krachten te balanceren, of extra ruimte voor afbuiging toe te staan.

Gemeenschappelijke gebroched vormen en hun ontwerp regels

Sleutels (binnen- en buitenweg)

De sleutels zijn de meest voorkomende aangesneden functie. Voor een interne sleutelweg moet de startgatdiameter gelijk zijn aan de sleutelwegdiepte plus tweemaal de vrije ruimte. Standaard sleutelwaybreedten volgen de industriestandaarden (bv. ANSI B17.1, DIN 6885). Ontwerpers moeten de breedte en diepte van de sleutelweg specificeren, niet alleen de sleutelgrootte, omdat het aanstekergereedschap is gemaakt om precieze breedten te snijden. Een breedtetolerantie van ±0,25 mm (± 0,001 in) is typisch voor aangesneden sleutelwegen. Om stressstijgers aan het einde van de sleutelbaan te vermijden, gebruik maken van een standaard sleutelzitplaats snijstraal bij de uitgang, of een sleutelbaanlengte specificeren die eindigt voordat de deelrand een vaste grond verlaat.

Splines (involuut, parallel en gekarteld)

Splined schachten en naafjes worden vaak gebruikt voor high-torque toepassingen. Involuut splines (bijv. SAE, DIN, ISO) bieden zelfcentrerende en soepele verbinding, maar ze vereisen nauwkeurige tandgeometrie. Voor het aanbreken van involuut splines, moet de startboren diameter overeenkomen met de spline . Tolerantie van de spline . de grote diameter is meestal ± 0,05 mm (± 0,002 in) voor commerciële toepassingen. Ontwerpers moeten overleggen met fabrikanten van kruk om de drukhoek, module, en tandtelling te bevestigen zijn compatibel met de beschikbare gereedschapsvoering. Parallelle splines zijn eenvoudiger en goedkoper te openen, terwijl serringen (triangulaire tanden) het beste zijn voor kleine hoekaanpassingen en vereisen een stijve gereedschap ondersteuning.

Vierkant en zeshoekig door gaten

Voor een vierkant gat moet de startronde gatdiameter gelijk zijn aan de zijlengte van het vierkant plus een kleine ruimte voor het binnengaan van de koker. De koker moet een proefsectie hebben die past bij het ronde gat, dan moet een overgangssectie die geleidelijk van ronde naar vierkante verandert. Een ontwerppunt: vermijd dunne muren tussen het vierkante gat en aangrenzende kenmerken. De afstand van het vierkante gat naar een ander gat of rand moet ten minste drie keer zo dik zijn om te voorkomen dat uitstrijken tijdens het aanprikken.

Oppervlakte-eindigheid en toleranties

Broaching kan oppervlakteafwerkingen bereiken die zo laag zijn als 0,4 μm Ra (16 μin Ra) onder ideale omstandigheden, en typische productieafwerkingen zijn 0,8.0.6 μm Ra (32.0.0.63 μm Ra). Om de beste afwerking te bereiken, ontwerp je de eindtanden met een lichte chipbelasting (0,00.0.0 mm per tand) en zorg je ervoor dat het materiaal geen harde insluitingen of schaal heeft. Broaching genereert een karakteristieke oppervlakte die parallel aan de trekrichting ligt.Dit kan gunstig zijn voor olieretentie in schuifpassen maar kan niet aanvaardbaar zijn voor afdichtingsoppervlakken. Als een kruis-hatch patroon nodig is, plan voor een secundaire honing of skiving.

De toleranties voor de aangestoken afmetingen zijn typisch IT7 tot IT9 (ISO) of ±0,25 mm (±0,001 in) voor de diameter van de opening en de breedte van de opening. De positietoleranties zijn afhankelijk van de plaats van de kokeras ten opzichte van het deeldatum. Met behulp van een strakke pilotboring (H7 fit) kan de concentriciteit binnen 0,05 mm TIR verbeteren. Ontwerpers moeten voorkomen dat er in meerdere functies strakke toleranties worden gestapeld, aangezien de koker het pad van de minste weerstand volgt. Geef in plaats daarvan één datum voor het plaatsen en ontspan toleranties op niet-functionele oppervlakken.

Kosten- en gereedschapsoverwegingen

Het gebruik van broche is duur . Een enkele interne broche kan kosten tussen de $ 500 en $ 5.000, afhankelijk van de lengte, complexiteit en materiaal . Hoog volume productie (≥ 10.000 delen per jaar) rechtvaardigt de investering , terwijl laag volume of prototype loopt beter kan worden bediend door draad EDM of aansteker op een slutter . Om de toolkosten te minimaliseren:

  • Designfuncties waarmee één enkele broche meerdere delen in een stack kan snijden (bv. dunne wanddelen met identieke binnenvormen).
  • Vermijd onderbiedingen, scherpe overgangen en niet-standaard maten die aangepaste brochet ontwerpen vereisen.
  • Geef waar mogelijk standaardafmetingen aan, gebruik bijvoorbeeld een 1/4-inch (6.35 mm) keyway in plaats van een 6,5 mm keyway.
  • Plan voor het aanbreken van een greep. Een greep kan 3

Het is ook verstandig om de aansteker zelf te overwegen. Horizontale aanstekermachines zijn gebruikelijk voor lange interne delen, terwijl verticale aanstekertjes worden gebruikt voor externe vlakke oppervlakken en sleutelwegen. De machine moet voldoende slag (treklengte) en kracht (tonnage) hebben om de broker door het werkstuk te drijven. Ontwerpers moeten voorkomen dat functies worden gespecificeerd die een uitzonderlijk lange broker vereisen (meer dan 1 meter) tenzij de deellengte het vereist, omdat lange aanstekers kostbaar zijn en gevoelig voor doorbuiging.

Werken met een Broaching Leverancier

Succesvol uitschuivend ontwerp is een samenwerking tussen de ingenieur en de fabrikant van de krul. Lever de leverancier een volledige tekening met toleranties, materiaalkwaliteit, hardheid en een bepaald datum voor de krulas. Geef de richting van de trekkracht aan die typisch verticaal is voor het uitschuiven van het oppervlak en horizontaal voor het uitschuiven van de binnenkant van het krulstuk zodat de leverancier de meetkunde van het gereedschap correct kan orienteren. Als u twijfelt aan de optimale startgatgrootte of de afschuifgeometrie, vraag dan de fabrikant om het onderdeel te bekijken en raad wijzigingen aan. Veel leveranciers bieden ]design‐for‐expertise beoordelingen ] zonder kosten, en hun input kan maanden van proef-en-fout besparen.

Voor complexe vormen, overwegen het bestellen van een proefkoker of een prototype gereedschap gemaakt van een minder duur materiaal (bijv., AISI M2 in plaats van PM M4) voordat u zich verbindt tot een volledige productie run. Dit kunt u controleren chipvorming, oppervlakte afwerking, en toleranties zonder de volledige investering gereedschap. Zodra het ontwerp is bewezen, kan de uiteindelijke productie broker worden gemaakt met premium staal en coatings zoals TiCN of AlTiN om de levensduur van het gereedschap te verlengen.

Gemeenschappelijke ontwerpfouten en hoe ze te vermijden

  • Dunne wanden die instorten. Zoals opgemerkt, zijn muren minder dan 1,5 keer de aangestoken diepte vatbaar voor vervorming. Verhoog de wanddikte of verminder de diepte van de aangestoken functie.
  • Deelhoeken bij de ingang of uitgang. Zonder een afschuining kan de eerste tand chippen en de laatste tand kan afbreken. Neem altijd een 45° inschepper en een vlotte uitgang.
  • Interlocking interne functies. Ontwerp geen sleutelbaan die een andere aangeprezen functie kruist onder een rechte hoek. De kous kan geen scherpe bocht maken. Gebruik een standaard slot of herontwerp het onderdeel om kruispunten te vermijden.
  • Blinde gaten met aangestoken vormen. Tenzij u een drukbout (die een onderdeelreliëf vereist) gebruikt, is blind aanprikken niet mogelijk met standaard trekboutjes. Ontwerp door-gaten voor binnenste openingen.
  • Tolerance-ccumulatie in één enkele bewerking. Broaching is geen afwerkingsproces voor extreem strakke toleranties. Als u IT6 of beter nodig hebt, plan dan voor een latere her-, slijp- of bedradingsoperatie.
  • Ontgaande burrformatie. Broaching produceert een fijne braam aan de uitgang. Ontwerp de uitgangswand om uitbarsten mogelijk te maken (bijvoorbeeld door een reliëfgroef toe te voegen of een secundaire tumbling te specificeren).

Ontwerpvalidatie en simulatie

Voordat u een deel vrijgeeft voor het aansnijden, valideer het ontwerp met behulp van CAD en FEA-gereedschappen. Controleer of het aanspreekpad vrij is en dat het deel voldoende stijfheid heeft om de snijkracht te weerstaan. Veel CAM-systemen bevatten nu ook aanstekelijke simulatiemodules die het gereedschapspad visueel kunnen weergeven en interferentie kunnen markeren. Sommige fabrikanten bieden ook online ontwerp-voor-broachingcalculatoren die het aanraden om gaten te starten, afschuiningen en stroomvereisten op basis van materiaal en geometrie aan te brengen. Gebruik deze tools om fouten te vangen voordat staal wordt gesneden.

Bovendien, herziening van het deel . Broaching krachten kunnen bereiken verschillende ton, zodat het deel moet worden stevig in een armatuur die niet vervormen onder belasting. Gemeenschappelijke werkhouding methoden omvatten hydraulische of vizieren, spant en aangepaste pallet armaturen met locators. Ontwerpers kunnen helpen workholding door het toevoegen van flats, spelden gaten, of een piloot baas op het deel .. features die niet direct verband houden met de uitgesneden vorm, maar maken de fixatie eenvoudiger en herhaalbaar.

Conclusie

Het ontwerpen van onderdelen voor het uitlezen is een discipline die geometrische eenvoud, materiaalbewustzijn en een duidelijk begrip van de beperkingen van het gereedschap combineert. Door de principes in dit artikel te volgen .Het verzekeren van rechte toegang, het verstrekken van adequate klaring en schuren, het vereenvoudigen van interne vormen, en het specificeren van geschikte materialen . engineers en productontwerpers kunnen ontsluiten van het volledige potentieel van dit snelle en nauwkeurige proces. Het resultaat is een hogere kwaliteit onderdelen, langere levensduur gereedschap, kortere cyclustijden, en een lagere totale fabricagekosten.

Vergeet niet om uw aansteker leverancier vroeg te betrekken, het ontwerp met simulatie te valideren, en in te bouwen in royale radii en wanddiktes. Broaching is geen proces dat snelkoppelingen in het ontwerp tolereert, maar wanneer correct toegepast, levert componenten met uitzonderlijke oppervlakte afwerking en dimensionale consistentie. Pas deze tips op uw volgende project en u zult merken dat het aanbreken wordt een betrouwbare, kosteneffectieve oplossing voor uw meest uitdagende interne en externe vormgeving eisen.

Voor nadere lezing, zie: