Понимание различных типов процессов брейчинга в производстве

Брошение — это процесс точной обработки, который удаляет материал с помощью многозубного инструмента, называемого брошью. Каждый зуб постепенно выше предыдущего, так как брошь движется линейно или поочередно относительно заготовки, она принимает серию мелких разрезов. Результатом является готовая поверхность в одном проходе, с исключительной точностью и повторяемостью. Брошение широко используется в больших объемах производственных сред, где требуются сложные внутренние или внешние профили, такие как клавиши, сплайны, серрации и полигональные формы.

Понимание различных процессов прокладки, их возможностей и ограничений имеет важное значение для выбора правильного метода для данной части.В этой статье рассматриваются основные типы прокладки, соображения инструментария, конфигурации машин, приложения и передовой практики.

Что такое брейкинг?

Брохинг — это субтрактивный производственный процесс, который может производить как внутренние особенности (например, отверстия, клавиши, шпильки), так и внешние особенности (например, шестигранные формы, плоскости, канавки). Инструмент для прокладки предназначен для ряда режущих зубов, каждый из которых немного больше предыдущего. По мере того, как прорезь толкается, тянет или вращается через заготовку, каждый зуб удаляет тонкий чип. Один проход обычно завершает весь разрез, что делает прокладку чрезвычайно эффективной для больших объемных пробегов.

Процесс классифицируется по направлению движения инструмента относительно заготовки (линейная против поворотной) и по местоположению разреза (внутренняя против внешней). Дополнительные различия включают в себя то, толкается ли инструмент (толкающая прошивка) или тянет (тянущая прошивка), и является ли операция вертикальной или горизонтальной.

Линейный разрыв

Линейная прокладка, часто называемая «обычная» или «прямая» прокладка, включает в себя перемещение инструмента прокладки по прямой линии вдоль своей оси. Заготовка остается неподвижной, в то время как прокладка либо толкается, либо тянутся через (или через) его. Линейная прокладка является наиболее распространенным типом и используется для широкого спектра внутренних и внешних профилей.

Внутренний линейный разрыв

При внутренней линейной прокладке прокладка проходит через предварительно просверленное или предварительно пролитое отверстие. По мере прохождения инструмента через заготовку зубы увеличивают отверстие и создают желаемый профиль. Общие внутренние прокладки включают:

Ключевые пути — слоты для ключей, соединяющих валы с концентраторами.
Сплайны — внутренние зубцы, похожие на зубцы передачи крутящего момента.
Плоскостные или шестигранные отверстия — обычно для крепления инструмента или крепежа.
Серрации — тонкие зубные узоры для блокировки или выравнивания.

Прокладка инструмента для внутренней работы длинная и стройная, с зубцами, которые постепенно увеличиваются в ширину и высоту. Прокладка ориентируется на саму заготовку, поэтому исходное отверстие должно быть точно расположено. Внутренняя прокладка может достигать допусков ± 0,01 мм (0,0004 дюйма) и поверхность Ра заканчивается всего 0,4 мкм.

Внешний линейный брокинг

Внешняя линейная прошивка формирует внешнюю поверхность заготовки. Инструмент прокладки обычно представляет собой плоскую или контурную полосу, которая перемещается по детали, удаляя материал снаружи. Примеры включают в себя резку квартир на валах, создание слотов для голубятни или формирование сложных профилей на периферии детали. Внешняя прошивка часто используется для изготовления зубчатых или зубчатых стойок, игровых решеток и направляющих.

Поскольку заготовка должна быть прочной, внешние прокладочные машины часто включают зажимные приспособления, которые индексируют деталь в пути инструмента. Процесс может применяться как к небольшим, так и к большим частям, хотя затраты на оснастку обычно выше для сложных внешних форм.

Push Broaching vs. Pull Broaching (англ.)русск.

Линейная прошивка может быть дополнительно разделена направлением применения силы:

Полный брошинг — Прокладка протягивается через заготовку. Прокладка находится под напряжением, что помогает поддерживать прямоту и уменьшает пряжку. Прокладка тянет чаще для внутренней работы, потому что инструмент длиннее и стройнее.
Push Broaching — Прокладка проталкивается через заготовку. Этот метод ограничен прочностью колонны и обычно используется для более коротких инструментов и небольших поперечных сечений. Прокладка подталкивания часто используется для неглубоких клавишных путей и простых отверстий.

На практике, большая часть производственной броши - это тянущая брошь, поскольку она позволяет продлить срок службы инструмента и улучшить эвакуацию чипа.

Ротари Броучинг

Ротари-брошинг, иногда называемый «спин-брошинг» или «ниблинг», создает внешние или внутренние формы на вращающейся заготовке. Сам инструмент для прокладки вращается под небольшим углом (обычно 1-3°) относительно оси заготовки, заставляя каждый зуб постепенно взаимодействовать. Ротари-брошинг выполняется на токарных станках, фрезерных машинах или специальных вращающихся прокладочных машинах.

Внешняя ротационная брошь

Внешняя ротационная прошивка используется для получения полигональных форм на концах цилиндрических частей, таких как шестиугольники, квадраты и другие определяемые пользователем геометрии. Заготовка удерживается в петле или коллете, а вращающийся инструмент прокладки подается в конец детали. Поскольку инструмент слегка угловат, только один зуб контактирует с заготовкой за один раз, уменьшая силы резания и позволяя разрезать форму за долю секунды.

Типичные применения:

Шестиугольные головки на болтах, винтах и шпильках
Квадрат заканчивается на валах для гаечных ключей или розеток
Torx или другие фирменные формы привода
Внутренние сплины на внутренней стороне бора (внутренняя ротационная прошивка)

Внутренний ротационный брокинг

Внутренняя ротационная прошивка создает точные внутренние полигональные профили или прорези. Инструмент помещается в предварительно просверленное отверстие, а по мере вращения и продвижения зубы вырезают нужную форму. Этот метод особенно эффективен для получения внутренних гексов, квадратов или сплин в малых-средних борах. Внутренняя ротационная прошивка широко используется при изготовлении гидравлических фитингов, маслобуровых компонентов и медицинских инструментов.

Преимущества Rotary Broaching

Очень быстрое время цикла (часто менее 5 секунд на часть)
Не требуется специализированная прошивочная машина - использует стандартные токарные станки или мельницы
Низкая стоимость инструмента по сравнению с линейной прошивкой для мелкосерийного производства
Производит поверхности без заусенцев при правильной настройке

Дизайн и материалы Broach Tool

Конструкция инструмента для броши имеет решающее значение для производительности обработки. Каждая геометрия зуба - включая угол грабежа, угол клиренса, ширину земли и шаг зуба - спроектирована для управления образованием чипа, рассеиванием тепла и износом инструмента. Баши обычно изготавливаются из высокоскоростной стали (HSS), карбида или кобальтовых сплавов с покрытиями, такими как TiN, TiCN или AlTiN для продления срока службы инструмента.

Ключевые параметры проектирования включают:

Подъем на зуб — количество материала, удаляемого каждым зубом. Типичные подъемы колеблются от 0,02 мм до 0,12 мм для стали, в зависимости от материала и требований к отделке.
Зубной шаг — расстояние между зубами. Неровный шаг помогает предотвратить гармонические вибрации и болтовню.
Чип-галлет — пространство между зубами для хранения чипов. Адекватный размер глотка необходим для предотвращения упаковки чипа и поломки инструмента.
Руководящие и пилотные секции — убедитесь, что пролет входит в заготовку прямо и поддерживает выравнивание.

Современный дизайн броши часто использует автоматизированный дизайн (CAD) и моделирование для оптимизации геометрии зубов, прогнозирования сил и уменьшения проб и ошибок.

Браконьерские машины

Браконьерские машины классифицируются по их ориентации (горизонтальной по отношению к вертикальной) и способу приведения в действие инструмента (гидравлический, механический или электромеханический).

Горизонтальные брейк-машины

Горизонтальные машины обычно используются для длинных заготовок или когда длина броши превышает 1 метр. Заготовка фиксируется, и брошь тянут горизонтально через нее. Горизонтальные машины могут обрабатывать большие части и часто используются для внутренних ключей и сплайнов в длинных валах.

Вертикальные брошинговые машины

Вертикальные машины занимают меньше места на полу и легче загружаются и разгружаются. Они могут быть либо подтягивающими, либо вытягивающими конфигурациями. Вертикальные вытягивающие машины популярны для внутренних отверстий среднего размера, в то время как вертикальные подтягивающие машины используются для больших заготовок. Вертикальные прокладочные машины (например, прокладочные прессы) также распространены для внешних профилей.

Специализированные машины

Для крупносерийного производства машины для прокладки передач и машины для прокладки сплошных цепей перемещают заготовки через несколько станций прокладки. Эти машины могут обрабатывать сотни деталей в час и являются обычными в автомобильной промышленности для компонентов двигателя.

Преимущества и ограничения в брошь

Преимущества

Высокая точность и повторяемость: Броашинг последовательно держит допуски ±0,01 мм.
Отличная отделка поверхности: Значения Ra 0,4-1,6 мкм являются стандартными.
Высокая пропускная способность: Один проход на часть; время цикла измеряется в секундах.
Сложные формы в одной операции: Устраняет несколько стадий фрезерования или формования.
Применимо как к внутренним, так и к внешним признакам на широком спектре материалов (сталь, чугун, алюминий, латунь, пластмассы).
Долгий срок службы инструмента при правильном обслуживании и смазке.

Ограничения

Высокая начальная стоимость инструмента: Инструменты для брошинга дороги в производстве и могут стоить тысячи долларов каждый.
Длительное время установки инструмента: Изменение инструмента для прокладки может занять 30 минут или более.
Не экономично для низких объемов: Стоимость одной детали высока для небольших партий, если форма не проста.
Ограниченная длина разреза: Длина броха ограничена ходом машины и жесткостью инструмента.
Трудности с вырезанием слепых отверстий или ступенчатые внутренние особенности.
Эвакуация стручков может быть проблематичной, если конструкция глотки не оптимизирована.

Приложения в разных отраслях

автомобильный

Броашинг в большой степени используется в автомобилестроении для блоков двигателя, соединительных стержней, компонентов трансмиссии и рулевых частей.Ключевые пути для передач, внутренние сплайны для приводных валов и внешние шестигранные формы на крепежах производятся через прошивку.Например, внутренние сплайны на входном вале автоматической коробки передач обычно прокладываются в один проход.

аэрокосмическая

В аэрокосмической промышленности прокладка создает слоты для дисков турбин (пиловидные или двустворчатые профили), которые спариваются с лопастями турбины. Тяжёлые допуски и требования к отделке поверхности делают прошивку предпочтительным методом. Аэрокосмические крепежные элементы, компоненты шасси и детали топливной системы также полагаются на прокладку для сложных профилей.

Нефть и газ

Ротари-брошинг является общим для производства внутренних гекс-приводов в клапанах, разъемах и скважинных инструментах. Потребность в коррозионностойких материалах, таких как нержавеющая сталь или Inconel, требует тщательного выбора покрытия инструмента и жестких установок машины.

Медицинские приборы

Имплантаты, хирургические инструменты и стоматологические инструменты часто требуют точных шестигранных или квадратных розеток. Брачинг обеспечивает повторяемость и чистоту (без заусенцев), которые соответствуют медицинским стандартам.

Энергетика и энергетика

Генераторы, ветровые турбины и валы большого диаметра используют прошивку для производства канатной дороги и шпиль. Крупные вертикальные прокладочные машины могут обрабатывать детали весом в несколько тонн.

Сравнение с альтернативными процессами обработки

Хотя брошь эффективна для производства больших объемов, другие процессы могут быть более подходящими для определенных сценариев:

Брахинг против формообразования / планирования: Формирование медленнее и требует нескольких проходов; бросок завершает форму в одном проходе.
Брахинг против проводного EDM: Проводной EDM может разрезать закаленные материалы и сложные внутренние профили, но намного медленнее и дороже на деталь.
Браконирование против Миллинга: Миллинг является гибким для деталей с низким объемом, но не может достичь той же поверхности или размерной консистенции для длинных внутренних особенностей.
Брачинг против брахинга (роторный против линейного): Ротари бросок лучше для небольших внешних форм и коротких пробегов; линейный бросок лучше для длинных внутренних профилей и производства большого объема.

Качественные соображения и устранение неполадок

Surface Finish проблемы

Плохая отделка поверхности может быть результатом тусклых зубов, неправильных углов грабежа или недостаточной смазки. Использование высококачественного масла для резки и поддержание острых инструментов имеет важное значение.

Порча инструмента

Поломка инструмента чаще всего вызвана перегрузкой (чрезмерный подъем на зуб), упаковкой чипа или несоответствием. Мониторинг нагрузки машины и обеспечение надлежащей эвакуации чипа может предотвратить поломку.

Точность измерения

Размерный дрейф над последовательными частями может быть вызван тепловым расширением инструмента или заготовки, или износом отделочных зубов.Необходимы регулярный осмотр и затвердевание инструмента.

Эвакуация чипа

Внутренняя прошивка зависит от эффективного удаления чипа через глотки. Если чипы засоряются, они могут вызвать забивание или поломку инструмента. Помогает использование охлаждающих жидкостей с высокой смазкой и правильной фильтрацией.

Современные тенденции в брошь

Индустрия 4.0 оказывает влияние на прокладку через машинный мониторинг, адаптивный контроль и прогнозное техническое обслуживание. Сервоэлектрические приводы заменяют гидравлические системы для повышения энергоэффективности и позиционной точности. Покрытия, такие как алмазоподобный углерод (DLC), продлевают срок службы инструмента для абразивных материалов. Кроме того, исследуется аддитивное производство для производства инструментов прокладки со сложными внутренними каналами охлаждения, уменьшая тепловые повреждения.

Заключение

Брохинг остается незаменимым процессом обработки для высокоточного, объемного производства внутренних и внешних форм. Понимание различий между линейной и поворотной прокладкой, а также компромиссов между методами толкания и тяги позволяет производителям выбирать наиболее эффективный процесс для своих деталей. С дальнейшими достижениями в инструментальных материалах, покрытиях и автоматизации машин, прошивка останется краеугольным камнем современного производства.

Для дальнейшего чтения, обратитесь к статье Wikipedia о брошинге , SME руководство по технологии брошинга , и Современный Магазин брошинг основы .