Как спроектировать операции по скрещиванию для сложных внутренних геометрий

Проектирование операций прокладки для сложных внутренних геометрий требует строгого инженерного анализа, передовых стратегий инструментального обеспечения и тщательного управления процессом. Броашинг по своей сути эффективен для получения высокоточных внутренних форм, таких как сплины, ключевые пути, шестиугольные отверстия и некруглые профили за один проход. Однако, когда внутренняя геометрия включает сложные кривые, различные диаметры или многослойные контуры, запас ошибки значительно сужается. Хорошо продуманная операция прокладки не только достигает точности размеров, но и продлевает срок службы инструмента, сокращает время цикла и минимизирует отходы. Эта статья обеспечивает всеобъемлющую основу для инженеров и специалистов по производству для проектирования процессов прокладки даже для самых сложных внутренних геометрий.

Понимание заготовки и геометрии

Основой любой успешной операции прокладки является полное понимание геометрии заготовки. Сложные внутренние особенности часто требуют индивидуальной оснастки и планирования последовательности, которые отличаются от стандартных круглых отверстий или прямых ключевых путей. Начните с захвата полного геометрического определения из инженерного чертежа или модели САПР, уделяя особое внимание допускам, требованиям к отделке поверхности и взаимосвязи между особенностями.

Анализ внутренних особенностей

Внутренняя геометрия может включать в себя подрезы, асимметричные доли, неконцентрические диаметры, спиральные прорези и слепые профили. Каждая особенность влияет на конструкцию броши, удаление приклада на зуб и тип процесса прокладки (толчок, тяга или поверхность). Например, слепая внутренняя форма может потребовать тянущей броши с зубами, которые постепенно увеличиваются в высоте сзади, в то время как прорезь с спиральной спиной может нуждаться в спиральной брошке. Используйте координатную измерительную машину (CMM) или сканер белого света для проверки заготовки перед прокладкой. Документируйте любые отклонения, которые могут потребовать регулировки пути инструмента или стокового резерва.

Материальные соображения

Материал заготовки существенно влияет на возможность прокладки. Твердые материалы, такие как закаленная сталь, инконель или титан, требуют более жестких марок инструмента, более низкого корма на зуб и более надежной подачи охлаждающей жидкости. Дюктильные материалы, такие как алюминий и латунь, позволяют более высокие скорости удаления запасов, но могут вызывать нарастание края на прокладке. При проектировании для сложных геометрий учитывайте образование чипов и эвакуацию. Башни с выключателями (огурцами) специально размером для материала помогают предотвратить упаковку в пространствах зубов. Например, внутренняя форма суперсплава может нуждаться в прокладке с более глубокими глотками и увеличенным углом заднего хода для уменьшения трения и накопления тепла.

Интеграция CAD/CAM для разработки дизайна для брокинга

Современное программное обеспечение CAD/CAM может имитировать процесс прокладки и генерировать пути инструмента как для прокладки прокладки, так и для внутренней геометрии. Используйте 3D-модель готовой детали для создания модели запаса с учетом шероховатости и отделочных проходов. Некоторые системы CAM позволяют параметрическую конструкцию профилей зуба прокладки на основе материала заготовки и желаемой отделки поверхности. Интеграция CAD и CAM уменьшает итерации во время проектирования инструмента и гарантирует, что прокладка соответствует предполагаемой геометрии. Инженеры также могут экспортировать последовательность подъема зуба для оптимизации нагрузки на чип и равномерного распределения сил резания.

Выбираем правильный брош и тулинг

Для сложных внутренних геометрий готовых брошей редко бывает достаточно. Для достижения точной формы, допуска и отделки поверхности часто требуется пользовательская оснастка. Процесс выбора включает оценку типа броши, материала, покрытия и геометрии зуба.

Типы броха для внутренней геометрии

Внутренние броши могут быть типами толканий, тяги или горшков. Толкательные броши используются для меньших диаметров и коротких длин, а тянущие броши обрабатывают более длинные детали и более высокое удаление запаса. Прокладка тяни эффективна для внешних или внутренних профилей, требующих одновременно нескольких режущих кромок, часто используется для сложных внутренних форм. Для сложных внутренних форм комбинированная брошь, которая объединяет шероховатость, полуфабрикаты и отделку зубов на одном инструменте, может минимизировать изменения инструмента и поддерживать выравнивание. Другой вариант — модульная брошь с взаимозаменяемыми вставками для разных секций геометрии; однако поддержание концентричности между модулями имеет решающее значение.

Дизайн интерьера Broach Design

При проектировании индивидуальной прокладки для сложной внутренней формы тесно сотрудничайте с производителем инструмента. Обеспечьте наихудшее материальное состояние и полноразмерные данные внутреннего профиля. Дизайнер инструмента определит количество зубов, шаг зуба, ширину земли, углы рельефа и пространство чипа. Для некруглых профилей зубы должны постепенно вырезать спиральный путь (спиральный или дугообразный), который соответствует окончательной форме. Это часто требует 5-осевого инструмента и шлифовки резца для получения сложной геометрии зуба. Подумайте о добавлении полноформатных отделочных зубов, которые точно повторяют окончательный контур, в то время как шероховатые зубы имеют более простую форму, чтобы максимизировать удаление материала.

Материалы и покрытия для броши

Высокоскоростная сталь (HSS) является общей для большинства внутренних применений прошивки из-за ее прочности и легкости шлифования. Для более твердых материалов порошковые металлические HSS или карбидные наконечники обеспечивают более высокую твердость и износостойкость. Покрытия, такие как нитрид титана (TiN), уменьшают трение и улучшают срок службы инструмента в материалах, которые имеют тенденцию прилипать. Нитрид титана (AlTiN) и нитрид титанового алюминия (TiAlN) лучше подходят для высокотепловых применений, таких как нержавеющая сталь и высокотемпературные сплавы. Для сложных геометрий покрытие должно наноситься равномерно по всему профилю зуба, особенно на режущих краях и углах рельефа.

Планирование последовательности разрыва

Несмотря на то, что прошивка часто считается однопроходным процессом, сложные внутренние геометрии часто требуют нескольких проходов для уменьшения силы резания, контроля целостности поверхности и предотвращения поломки инструмента.Последовательность включает в себя шероховатость, полузавершение и финишные стадии, адаптированные к форме и материалу.

Скачок, полуфиниш и финишные проходы

На стадии шероховатости зубы удаляют основную часть запаса. Для сложных форм шероховатые зубы должны иметь больший подъем зуба на зуб (например, 0,05-0,15 мм на зуб) и более простой контур. Полуфинишные зубы постепенно уменьшают подъем зуба до 0,02-0,05 мм и начинают определять окончательный профиль. Отделочные зубы имеют подъем только 0,005-0,01 мм и режущую кромку в полной форме. Количество шероховатых зубов по сравнению с отделкой зубов зависит от общего удаления запаса и требуемой терпимости. Используйте схему поэтапного удаления запаса , чтобы визуализировать, как каждый зуб взаимодействует с заготовкой и обеспечить, чтобы ни один зуб не был перегружен.