Giriş: Broaching Operations'te Malzeme Zorluğu

Broaching, malzemenin başarılı bir şekilde aşınmasına yol açan yüksek bir dizi diştir, birçok faktör, iş parçası materyalinin sertliği, alet geometrisi, kesme parametreleri ve genel işlem süreci arasında en kritik olan bir performanstır.

Broaching endüstriler boyunca istihdam edilmektedir - otomokrat, havacılık, tıbbi cihaz ve ağır makineler - anahtar yollar, kesmeler, dişli dişler ve rifling gibi uygulamalar için. bir broach maliyeti yüksek, araç hayatı ve güvenilirlik parasaldır.

Malzeme Sertliği Anlamak: Ölçeği ve Ölçümü

Sertlik, metal işlemedeki en yaygın üç direnç olarak tanımlanır, Brinell ve Vickers.

Rockwell Hardness (HR)

Rockwell testleri, ön bir küçük yük altında bir penetrasyon derinliğini kullanır ve sonra HRC (diamond kone for hardized steels, range ~20-70 HRC), HRB (daha hafif çelikler için çelik, HRC) ve HRA (diamond kone for fine or very hard material).

Brinell Hardness (HB)

Brinell, döküm gibi sertleştirilmiş bir çelik veya lüterekli bir metal topu kullanır (genellikle 3000 kgf metaller için). Brinell, orta sınıfta koarse-grained veya heterojen malzemeler için uygundur. Değerler aralığı - 80 HB'den fazla çelik için 600'e kadar HB'ye kadar.

Vickers Hardness (HV)

Vickers, 1 ila 120 kgf arasında değişebilir bir elmas piramitini kullanıyor ve bir yük kullanıyor. Sürekli bir ölçek verir ve ince bölümler, kaplamalar veya çok zor malzemeler için idealdir. Vickers değerleri araştırma ve 7.8 veya seramik aletler için yaygındır. Örneğin, çimentolu araç ipuçları 1400-1800 HV'ye sahiptir, ancak kükürlü boron nitride (NCB) 4000 HV'yi aşıyor.

Bu ölçekleri anlamak önemlidir, çünkü araç malzeme önerileri genellikle HRC, HV veya HB. Dönüşüm tablolarında iş parçalarını belirtir, ancak doğrudan ölçüm kritik operasyonlar için tercih edilir.

Broaching Tool Selection üzerinde Malzeme Sertliği Etkisi

Alet materyali, iş parçası tarafından dayatılan kesme kuvvetlerine ve ısıtılması gerekir. Sert iş parçaları bile daha sert ve daha fazla aşınmaya dayanıklı olan araç malzemeleri talep eder. Ancak, sadece sertliği, kimya ve termal stabilite de önemlidir.

Yüksek Hızlı Çelik (HSS) Araçlar

HSS (e.g., M2, M42) 60-67 HRC oda sıcaklığında sertliği koruyor, ısıtılır ~600 °C (M42, kobalt nedeniyle daha yüksek sıcak sert sağlar). HSS broaches maliyet- etkisiz ve zor, onları gibi yumuşak malzemeler için uygun hale getiriyor:

  • Alüminyum alaşımlar (40-80 HB, ~ 10-20 HRC)
  • Brass ve bronz (60-100 HB, ~10-30 HRC)
  • Mild çelik (100–180 HB, ~ 10-20 HRC)
  • Düşük karbon çelikleri ve bazı paslanmaz çelikler (annealed)

HSS araçları, kesintiye uğramaktan vazgeçilmesi gereken yüksek sertliğin nerede olduğunu öne sürmektedir (örneğin, bir broach'un kaba bölümleri). Ayrıca daha zor malzemelerden daha kolay. Ancak, çalışma parçaları için 35 HRC'nin üzerindeki çalışma parçaları için, HSS hızla hızlanıyor, zayıf boyutlu stabilite ve kısa bir araç hayatına yol açıyor.

ve TLFRA Tools

Çimentolı (WC-Co) 68-80 HRC (tipik olarak ~1400-1800 HV) Ekstra aşınma direnci ve sıkıştırıcı güç sunuyor.

  • Sertleştirilmiş araç çelikleri (45-60 HRC)
  • Yüksek güçlü alaşım çelikleri (35-50 HRC)
  • Sertleştirilmiş durumda paslanmaz çelikler
  • Cast demirleri (200-400 HB)
  • Nickel tabanlı süperalloys (e.g., Inconel, ~35-HRC)

Bluz HSS ile kıyaslanır; bu nedenle, araç geometrisi sağlam olmalıdır (daha güçlü diş profilleri).plastik broaches genellikle yüksek hacim ve stabil makinelerle üretim ortamlarında kullanılır. TiN, TiAlN veya AlCrN gibi kaplamalar yüzey sertliği artırmakta ve sürtünmeyi azaltır.

Seramik ve Cermet Tools

Seramikler (Al2O3, Si3N4) 1800-2000 HV ve mükemmel sıcak sertler 1200 °C'ye kadar çok sert malzemeler için uygundur (above 55 HRC) ve yüksek hızlı bir bitirme. ancak seramikler son derece sert ve sertlik (1200-1700 HV) ve çelik kaplamalar için sıkı bir şekilde kesmeler için kullanılır.

Superabrasive Tools: Cubic Boron nitride (CBN) ve Polykristalline Elmas (PCD)

CBN sadece sertliğe (4000-5000 HV) ikinci ve 10-50 kez daha fazla kullanılmaktadır. Çelik bir çelik gövdesine ek olarak kullanılır (58-68 HV) ve toz metalurji malzemeler. CBN broaches pahalı ancak demir dışı malzemelerle araç güvenliğini artırmaktır; aynı uygulamada 10-50 kat fazla tır.

Performans Across Hardness Ranges

Bir kez araç materyali seçilirse, performans parametreleri, araç geometrisi, serin ve makine koşulu ile dikilir. Sertlik doğrudan bu değişkenleri etkiler.

Hızlı ve Feed Rate

Yumuşak malzemeler için, yüksek kesim hızları (15-30 m / HD'de HSS için) ve orta yemler mümkün olabilir. Sertlik artışları olarak, hız ısı ve araç aşınmasını yönetmek için azaltılmalıdır. genel bir kılavuz: Her 10 HRC için, 10-15'ten fazla kesme hızını azaltır; daha hafif bir şekilde diş ve kırılmayı önlemek için daha hafif bir besleme gerekir.

Tool Life ve Wear Mechanisms

Sert iş parçaları daha fazla aşınmaya ve beslenmeye neden olur. Yüksek sert, crater, difüzyon ve termal yumuşatmadan giymek önemli hale gelir. Broach hayatı genellikle birkaç parça veya toplam uzun süreli baskı, yüksek hacimli veya aşırı basınçlı (EP) için; sert malzemelerde 10.000-100,000 parçaya sahip olabilir; CBN için çok sert çelik, 5.000-50.000 parçaya bağlı olarak.

Yüzey bitirmek ve Boyut

Sertlik çip oluşumunu ve inşa edilmiş kenarlarını etkiler. Yumuşak, gummy malzemeler (örneğin, düşük karbon çelik) uzun çipler oluşturmak ve kenar inşa etmek için kenarlar oluşturmakta ve yüzey bitirmekte zorlanan malzemeler. Sert malzemeler daha kısa, segmente edilmiş cipsler ancak sohbet etmek için keskin kenarlar ve daha sert kurulumlar gerektirir.

Tool Geometry İns

Broach tasarım parametreleri –rake açısı, kontrol açısı, saha, diş artışı ( diş başına adım), ve toprak genişliği - iş parçası sertliğe göre ayarlanıyor:

  • [FONT:0)Rake açısı: [DÜDÜT:1] Yumuşak malzemeler, kesme güçlerini azaltmak için yüksek pozitif tırma açısına (10°-15°) daha yüksek oranda değer verir. Sert malzemeler kesme kenarlarını güçlendirmek için daha düşük veya hatta negatif dirlik açılarını gerektirir.
  • [FONT=0)Sesans açısı:[Dönetici:[Dönetici:[Dönekli 1°-3°. Sert malzemeler kenar çiplerini azaltmak için daha düşük bir tespit kullanabilir.
  • [FONT=0]Pitch ve adım: [Dönetici: [Dönetici: 0,0) Sert malzemeler daha kısa bir alana ve daha küçük diş artışına (0.02-0.05 mm diş kesintisini sınırlandırmak ve diş molasını önlemek için.
  • [FONT:0)Edge hazırlığı:[Dönder:[Döneme kenarını yükselten veya eğimli kenar gücü geliştirir; bu, sert iş parçaları üzerinde lübün ve seramik aletler için önemlidir.

Kaplamalar ve Yüzey Tedavisi

Tool kaplamaları sürtünmeyi azaltır, yüzey sertliğini artırır, termal engeller sağlar ve genel ağrılar için ortak kaplamaları azaltır:

  • [FONT=0)TiN (Titanium Nide): ) Sertlik ~2300 HV, genel amaçlı çelik (45 HRC) için iyi (p-0.4) Low Vakumlu Düşük Konsiyon katsayısı (0.4-0.6-0.6).
  • [0]TiAlN (Titanium alüminyum nitride): [DFLT:1), Sertlik ~3300 HV, yüksek sert ve kuru veya yakın bir şekilde yüksek sertleştirici ve kuru veya yakın bir makine işleme için mükemmel sıcak sertliği.
  • [FONT Chromium Nide: [FONTC:1] Sertlik ~3200 HV, üstün oxidasyon direnci 1100 °C'ye etkili.
  • [FONT:0)TiCN (Titanium Carbonitride): ), Sertlik ~3000 HV, düşük sürtünme, aşındırıcı koşullar için kullanılan.
  • [DLC (Diamond-Like Carbon): ) Çok düşük sürtünme (0.1-0.2) ancak demir ile kimyasal reaktivite nedeniyle demir olmayan veya özel alaşımlar ile sınırlı.

Örneğin, kaplama seçimi iş materyali sertliği ve broaching rejimle eşleştirilmelidir. Örneğin, TiAlN-coated broaches 50-58 HRC çelikleri için yaygındır. 60 HRC ve üstü, CBN (daha etkili veya bir kaplama olarak) daha etkilidir.

Vaka Çalışması: Sertleştirilmiş Çelik Spline

Bir üretici, 54-çok fazla iç spline in Atari 4340 çelik ilk olarak 42-46 HRC'ye kadar sertleşmişti, HSS broaches (M42) ortalama 200 parça keskinleştirme, sık sık diş çipleme ve yüzey yanıp, kesme hızı 4 m / yüzde 40'lık bir su bazlı serinleştirici bir şekilde azaltıldı, ancak 1 0.03'lik bir yüksek çözünürlükte 1,1400 HV'ye kadar yüksek oranda yüksek oranda yüksek çözünürlükte 1,1400 HV'ye yükseldi.

Tool Selection için Pratik Öneriler Zorluklara Dayalı

  1. [FONT:0) 30 HRC'nin altındaki iş parçaları için (veya ESFLT:1) HSS (M2, M42) yüksek hız ve çip tahliye için optimize edin.
  2. [FONT:0]İş parçaları için 30-45 HRC (300-450 HB): [Dönetici: 1 ), TiAlN kaplama ile HSS, ancak Mesleki (TAlCrN veya AlCrN) hacim üretimi için daha güvenilirdir. Olumlu rake (5°-10°) ve orta hızlar kullanın.
  3. [FONT=0)İş parçaları için 45-55 HRC (450-600 HB): [Dönetici:0) Standartdır; CBN'yi çok yüksek toleranslar veya uzun vadede kullanın.
  4. 55 HRC'nin üzerindeki iş parçaları için ( >600 HB): CBN broaches önerilir. Düşük hızlar (<3 m/min) ve yüksek basınçlı serin (60-100 bar).
  5. [FONT:0) Demir olmayan malzemeler için (yüksek- ⁇ alüminyum, MMCs): ) PCD aletleri (veya CVD elmas) en iyi yaşam sağlar, ancak demir parçaları kimyasal aşınmayı önlemek için kaçınır.

Makine Dezenfeksiyonu ve Durumları

Broaching makineleri sabit hız ve itme konusunda katı olmalıdır. Sert malzemeler, vibrasyona neden olabilir, deflection veya makine çerçeve flex. Hidrolik broaching makineleri yüksek kuvvet uygulamaları için yaygındır. makinenin maksimum çekme kuvvetinin (tipik olarak 5-50 ton) aşılmamasını sağlayın.

Ekonomik Tahminler

Alet maliyeti, sert kapasite ile önemli ölçüde artmaktadır: HSS broaches maliyeti 500 $2000; tıraşlı kar ağrısı $ 500-$5000; CBN broaches $3000-$15,000. Ancak, toplam maliyet başına maliyet, araç hayatına, re-sharpening frekansına, aşağı zamanına ve hurda oranlarına bağlıdır. İyi bir takım,% 30-60 daha yüksek başlangıç yatırımı içeren maliyet analizi her zaman, araçlama, iş, makine zamanı ve kalite maliyetleri içeren bir maliyet analizi gerçekleştirir.

Future Trendleri

Alet malzemeleri ve kaplamalar devam ediyor. Nano katmanlı kaplamalar, çok katmanlı tasarımlar ve yeni binderlik dereceleri sert malzemeler için yol açıyor. AI-assisted süreci simülasyonu şimdi işbölüm karakterizasyonuna göre en iyi araç sert ve geometrisini tahmin ediyor.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Malzeme sertliği, sertleştirilmiş çelikler için TDS'den gelen kontrol parametreleri, geometri, kaplamalar ve soğutma için kullanılan aletlere (CFONT) göre, cihaz materyalinin seçimi, uygulanabilir hız, araç ömrü ve kaliteye danışılabilir.For more reading on lipss in cut values, seeFLT:0Contagram[değiştir | kaynağı değiştir]

Sonuçta, malzeme sertliğinin etkisi sadece teknik bir değişken değildir - bu, sertliği doğru bir şekilde ölçmek için zaman ayırın, danışma aracı tedarikçileri ve kontrollü denemeler yapmak için zaman ayırın.