Проектирование частей для брокинга: советы для инженеров и дизайнеров продуктов

Понимание процесса брожения

Брохинг - это высокопроизводительная обработка, в которой используется многозубной инструмент, называемый брош, для удаления материала за один проход. У броша есть серия режущих зубов, каждый немного выше предыдущего, так что каждый зуб принимает небольшой чип. Процесс может производить внутренние формы (ключи, сплины, квадратные отверстия, шестиугольники) или внешние формы (слоты, серекции, контурные поверхности) с отличной точностью и повторяемостью. Для инженеров и дизайнеров продукта брошь предлагает уникальное сочетание скорости, точности и отделки поверхности, которое может соответствовать немногим другим методам - особенно при производстве идентичных деталей в средних и больших объемах.

Несмотря на свои преимущества, прошивка накладывает строгие ограничения на геометрию деталей. Прокладка должна быть в состоянии входить и выходить из заготовки по прямой линии, а деталь должна иметь достаточную жесткость, чтобы противостоять силам резки. Понимание этих ограничений на ранних этапах проектирования имеет важное значение, чтобы избежать дорогостоящей переработки или необходимости вторичных операций. Эта статья предоставляет практические, проверенные на местах руководящие принципы для проектирования деталей, которые оптимизированы для прокладки, помогая вам достичь лучших результатов производства и снизить общую стоимость.

Принципы фундаментального дизайна для брейкинга

Прямолинейный доступ

Единственное наиболее важное правило в конструкции прокладки заключается в том, что прокладка должна двигаться по прямой относительно заготовки. Независимо от того, прокладываете ли вы внутреннюю замочную дорожку или внешнюю сплайн, путь инструмента не может быть затруднен угловыми стенками, смещенными отверстиями или внутренними препятствиями. Дизайнеры должны убедиться, что прокладка может входить, проходить и выходить из заготовки без помех. Это часто означает, что такие функции, как внутренние отверстия, должны быть коаксиальными с оси прокладки, и на пути инструмента не должно быть перекрестных отверстий, прорезей или нитей.

Если ваша деталь требует слепой внутренней формы, прошивка редко выполнима, потому что прошивка должна выйти из детали после разреза. Для слепых приложений рассмотрите альтернативные процессы, такие как проволочный EDM, формование или прошивка с обоих концов (хотя это добавляет сложность). При сомнениях проконсультируйтесь с опытным производителем прокладки на ранних этапах цикла проектирования.

Часть Геометрия и клиренс

Правильный зазор между брошью и заготовкой имеет решающее значение для эвакуации щепы, рассеивания тепла и срока службы инструмента. Для внутренней прокладки стартовый отсек должен быть больше, чем наименьший диаметр зубца броши. Как правило, рекомендуется зазор от 0,1 до 0,2 мм (от 0,004 до 0,008 дюйма), но фактическое значение зависит от материала, размера броши и шага зуба. Для внешней прокладки заготовка должна быть спроектирована с достаточным зазором для держателя броши и направляющей обуви.

Конструкторы также должны рассмотреть сторону выхода детали. Пролет должен выходить чисто из заготовки; внезапное изменение поперечного сечения или тонкая стенка на выходе может привести к разрыву конечных зубов или деформации детали. Добавление щедрой выходной панели (45° при 1–2 мм) на стороне выхода помогает равномерно распределить силу резания и защищает последний зуб.

Упростите внутренние профили

Сложные внутренние геометрии с несколькими подрезами, различной шириной или многослойными формами значительно увеличивают стоимость пролета и могут потребовать нескольких пролетов пролета (или нескольких инструментов пролета). По возможности проектируйте внутренние функции как простые геометрические формы: прямые пролеты, однострочные секции или квадратные отверстия с однородным диаметром. Если сложные формы неизбежны, разбейте их на ряд более простых операций. Например, отверстие в форме D может быть пройдено в два прохода - сначала круглое отверстие, затем плоское с использованием пролета пролета ключа - хотя это увеличивает время цикла и стоимость инструмента.

Еще одна распространенная ошибка - определение острых внутренних углов. Зубы броша не могут производить истинный 90° внутренний угол, потому что режущая кромка имеет радиус. Конструкция внутренних углов с радиусом не менее 0,5 мм (0,020 дюйма) для соответствия радиусу носа броши. Большие радиусы уменьшают концентрации напряжения как в части, так и в инструменте, и они позволяют брошу резать более свободно.

Материальные соображения для брокинга

Материал, который пробирается, непосредственно влияет на выбор инструмента, скорости резания и достижимые допуски. Низко- и среднеуглеродистые стали (например, 1018, 1045) идеально подходят для прокладки, потому что они производят короткие, хорошо разбитые щепы и имеют предсказуемую твердость. Нержавеющие стали (300 и 400 серий)) могут быть проложены, но требуют более медленных скоростей, более резких углов инструмента и часто более высокоскоростной стальной или карбидный прокладки с более высоким содержанием кобальта. Алюминий и медь прокладка очень хорошо, но жевательные материалы, такие как медь или низкоуглеродистые 1010 могут

Конструкторы должны указать диапазон твердости материала, который уравновешивает обрабатываемость и прочность конечной части. Для большинства стальных деталей оптимальна твердость 25-35 HRC. Мягкие материалы (ниже 20 HRC) имеют тенденцию рвать, а не резать, производя плохую отделку поверхности. Более твердые материалы (выше 45 HRC) вызывают ускоренный износ инструмента и могут потребовать карбидных брошей, которые значительно дороже. Если ваш дизайн требует затвердевшей детали, рассмотрите возможность прошивки перед термообработкой, а затем выполняйте минимальное окончательное измельчение для исправления любых искажений.

Важные советы по дизайну для достижения успеха

• Придать достаточную толщину стенки. Брохинг оказывает высокое радиальное и осевое усилие. Тонкие стены (ниже 3 мм для стальной боковой стенки) могут искажаться или разрушаться под действием силы резания. Хорошим эмпирическим правилом является минимальная толщина стенки в 1,5 раза больше глубины прошитой детали.
• Добавить входные панели. Шлем на входной стороне прокладки помогает направлять инструмент в заготовку и предотвращает прокол первого зуба. 45° шириной 1-3 мм является стандартным.
• Дизайн для прямой подачи. Часть должна быть зажата так, чтобы ось пролета была выровнена с осью машины. Особенности, обеспечивающие положительное расположение — например, пилотная скважина, плоская поверхность или ключ от задней крышки — улучшают повторяемость.
• Избегайте прерывания порезов. Внутренние поперечные отверстия или щели, пересекающие прорезь, вызывают удар резающих зубов по открытому пространству, что приводит к болтовне, плохой отделке и преждевременному отказу инструмента. Если поперечные отверстия неизбежны, рассмотрите возможность использования спиральной прорези или сегментированной прорези, которая постепенно входит в разрез.
• Рассматривайте длину тяги. Пролет броши должен быть длиннее заготовки, чтобы пройти полностью. Общая длина броши включает в себя пилот, шероховатость зубов, отделку зубов и конец последователя. Типичная брошь в 3-5 раз длиннее заготовки. Убедитесь, что ход вашей машины может вместить длину броши и длину заготовки с клиренсом для загрузки.
• Использовать симметричные формы.] Силы сцепления наиболее стабильны, когда срезающая нагрузка сбалансирована. Асимметричные особенности (например, ключ на одной стороне) вызывают боковые нагрузки, которые могут отклонить брошь и снизить точность. Если вы должны сдвинуть асимметричную форму, рассмотрите возможность разработки второй операции сцепления на противоположной стороне, чтобы сбалансировать силы, или разрешить дополнительный зазор для отклонения.

Общие брошированные формы и их правила дизайна

Дороги (внутренние и внешние)

Для внутренней прокладки ключей диаметр стартового отверстия должен быть равен глубине ключа плюс вдвое больше клиренса Стандартная ширина ключа соответствует отраслевым стандартам (например, ANSI B17.1, DIN 6885). Дизайнеры должны указывать ширину и глубину ключа, а не только размер ключа, потому что инструменты прокладки предназначены для резки точной ширины. Для прокладки ключей типична ширина допуска ±0,025 мм (±0,001 дюйма). Чтобы избежать усилителей напряжения на концах ключа, используйте стандартный радиус резца на ключе на выходе или укажите длину ключа, которая заканчивается перед краем детали, чтобы оставить твердую землю.

Сплайны (инволюционные, параллельные и серрированные)

Сплинированные валы и концентраторы часто прокладываются для приложений с высоким крутящим моментом. Сплины с включением (например, SAE, DIN, ISO) предлагают самоцентрирующуюся и плавную зацепку, но они требуют точной геометрии зуба. Для прокладки инвольтных сплин диаметр стартовой шпильки должен соответствовать диаметру корня сплина. Толерантность основного диаметра сплина обычно составляет ± 0,05 мм (± 0,002 дюйма) для коммерческих применений. Дизайнеры должны проконсультироваться с производителями сплин для подтверждения угла давления, модуль и количество зубов совместимы с доступной оснасткой. Сплины с параллельной стороной проще и дешевле прокладки, в то время как серреции (треугольные зубы) лучше всего подходят для небольших угловых регулировок и требуют жесткой поддержки инструмента.

Квадрат и шестиугольник через отверстия

Броашинг — один из самых быстрых способов получения квадратных или шестиугольных отверстий в толстых пластинах. Для квадратного отверстия диаметр стартового круглого отверстия должен равняться боковой длине квадрата плюс небольшой зазор для пролета пролета. Пролет должен иметь пилотную секцию, которая подходит к круглому отверстию, затем переходную секцию, которая постепенно меняется от круглого к квадратному. Конструкционный наконечник: избегать тонких стенок между квадратным отверстием и смежными признаками. Расстояние от квадратного отверстия до любого другого отверстия или края должно быть не менее чем в три раза больше толщины стенки для предотвращения выпирания при пролете.

Поверхностная отделка и толерантность

Броашинг может достигать поверхности отделки так же низко, как 0,4 мкм Ra (16 мкм Ra) в идеальных условиях, а типичная производственная отделка составляет 0,8-1,6 мкм Ra (32-63 мкм Ra). Для достижения наилучшей отделки, проектируйте отделочные зубы с легкой нагрузкой чипа (0,01-0,02 мм на зуб) и убедитесь, что материал не имеет твердых включений или шкалы. Броашинг генерирует характерную поверхность, проходящую параллельно направлению тяги - это может быть выгодно для удержания масла в скольжениях, но может быть неприемлемо для уплотнения поверхностей. Если требуется кросс-хэтч шаблон, план для вторичной оттачивания или операции прогиба.

Толерантность к пробитым габаритам обычно составляет от IT7 до IT9 (ISO) или ±0,025 мм (±0,001 дюйма) для диаметров отверстия и ширины слота. Позиционные допуски зависят от расположения оси пролета относительно части данума. Использование плотного пилотного отверстия (H7 фит) может улучшить концентричность в пределах 0,05 мм МДП. Конструкторы должны избегать укладки плотных допусков в несколько признаков, поскольку брошь будет следовать по пути наименьшего сопротивления. Вместо этого укажите одну данность для позиционирования и расслабьте допуски на нефункциональных поверхностях.

Стоимость и слишкомлинговые соображения

Инструментарий для брокинга дорог - один внутренний брош может стоить от 500 до 5000 долларов США, в зависимости от длины, сложности и материала. Производство большого объема (≥ 10 000 деталей в год) оправдывает инвестиции, в то время как низкообъемные или прототипные пробеги могут лучше обслуживаться проводным EDM или прошивкой на слотере. Чтобы минимизировать стоимость инструмента:

• Особенности дизайна, которые позволяют одной брошке разрезать несколько частей в стеке (например, тонкостенные части с идентичными внутренними формами).
• Избегайте подрезов, резких переходов и нестандартных размеров, которые требуют индивидуальных конструкций броши.
• Укажите стандартные размеры, когда это возможно, например, используйте 1/4-дюймовую (6,35 мм) клавишу вместо 6,5 мм.
• План перемола броши. Прорезь можно перемолоть 3-5 раз, прежде чем она достигнет конца своей жизни. Конструкция деталей так, чтобы прослойка перемола (немного меньшая ширина или диаметр) все же соответствовала допускам рисования.

Также целесообразно рассмотреть саму прокладку. Горизонтальные прокладочные машины являются общими для длинных внутренних частей, в то время как вертикальные прокладки поверхности используются для внешних плоских поверхностей и ключевых путей. Машина должна иметь достаточный ход (длина тяги) и силу (тоннаж) для прокладки прокладки через заготовку. Дизайнеры должны избегать указания особенностей, которые требуют исключительно длинной прокладки (более 1 метра), если длина детали не требует этого, поскольку длинные прокладки дороги и склонны к отклонению.

Работа с брокерским поставщиком

Успешный проект прокладки - это сотрудничество между инженером и производителем прокладки. Предоставьте поставщику полный чертеж, включая допуски, класс материала, твердость и определенную величину для оси прокладки. Укажите направление тяги - обычно вертикальное для прокладки поверхности и горизонтальное для внутренней прокладки - так поставщик может правильно сориентировать геометрию инструмента. Если вы не уверены в оптимальном размере начального отверстия или геометрии шлема, попросите производителя рассмотреть деталь и рекомендовать модификации. Многие поставщики предлагают обзоры проектирования для производства (DFM) без затрат, и их ввод может сэкономить месяцы проб и ошибок.