Broaching Bilimi: Malzeme-Specific Para Seçimi

Broaching, çok yönlü bir araç oluşturmak için otomotiv iletim üretiminden gelen temel bir işleme sürecidir, basit görünüyor, genel olarak bir geçişte veya bir dizi geçişte malzeme kaldırmaktadır.Bu, endüstriyel üretimde hassas iç ve dış profiller oluşturmak için yaygın olarak kullanılır, anahtar yollar, splines, ve serrasyonlar.

Farklı malzeme ailelerine uygun şekilde işlenmesine meydan okuma. alüminyumda mükemmel sonuçlar veren bir parametre, titanyum veya sertleştirilmiş çelik üzerinde yıkıcı bir araç başarısızlığına neden olabilir. Bu makale, demir metaller için en iyi broaching parametrelerini seçmeye yardımcı olur, demir dışı alaşımlar, süperalloylar ve gelişmiş malzemeler.

Neden Genel Teklif Parametreleri Başarısız

Birçok mağaza, tüm uygulamaları boyunca genelleme parametrelerini programlamayı ve kurulum süresini azaltmak için standartlaştırmaya çalışır. Bu yaklaşım temel olarak kusurlu çünkü her malzeme kesme sırasında farklı mekanik ve termal davranışlar sergilemektedir. parametre seçiminin sert, iş kesinti oranı ve termal iletkenlik olduğunu gösteren üç kritik malzeme özelliğidir.

  • [FONT=0)Ziz ve Güçlü:[Dönetici:[Döncükler) Yüksek sertlik ısı üretimi yönetmek ve kenar çiplerini önlemek için daha düşük hızlar talep eder.
  • [FONT=0]Work-Harding Rate:[Dönetici:0) Malzemeler, austenitic paslanmaz çelik ve titanyum iş-harden hızla deformasyon altında kalır. eğer broach diş her geçişte iş-solize tabakasının altında nüfuz etmezse, sonraki dişler daha sert, daha sert bir yüzeyle karşılaşacaktır, hızlanmış bir aşınma ile karşılaşacaktır.
  • [FONT=0] ⁇ Davranışı: [Dönetici: [Dönetici: 0,4] Düşük termal iletkenlik (örneğin, titanyum, Inconel) aracı-çi arayüzde ısıyı yoğunlaştırır. Kompakt parametreler olmadan, bu ısı ısı ısı ısı ısıyınır kesim kenarını yumuşatır, plastik deformasyona veya hızlı flank aşınmaya yol açar.

Bir battaniye parametre seti bu tür ayrımcı davranışları ele alamaz. Başarılı bir broaching, her malzemenin machinability özelliklerini kullanması için terzi parametrelerini tedavi etmek gerekir, başarısızlık modlarından kaçınırken.

Broaching Parametre Temelleri

Kesme Hız

Diş içi hız, yüksek ısıtılmış olan yüzeylere göre değişir, ısıtılır. Hız seçimi, araç ömrüne en etkili parametredir (SFM) veya yüksek sıcak sertliğe sahip malzemeler için daha fazla ısı sağlar.

Malzeme ailesi tarafından genel hız kılavuzları:

  • [Üyetim:0)Üye Olmayan Çelikler (12114, 12L14): [Düzen: 15-25 m / 489 SFM)
  • [0] Düşük Karbon Çelikleri (1018, 1020): 10-15 m/min (33-50 SFM)
  • [FONT:0)Orta-karbon ve alaşım çelikleri (4140, 4340 eklenmiş): 8-12 m / 4 -40 SFM)
  • [03.2015] [FONT=0))) Yarı çelik (304, 316): ). 4-8 m / 4-26 SFM)
  • [03.2015:0) [[[6061, 7075): 30–60 m/min (100-200 SFM)
  • [0]Titanium alaşımları (Ti-6Al-4V): [Döntilmiş 3-6 m/min (10-20 SFM)
  • [FONT:0)Nickel tabanlı süperalloys (Inconel 718, Waspaloy): ) 2-4 m / 4 (-13 SFM)
  • [FONT:0)Cast demir (gray, dükile): 10-18 m/min (33-60 SFM)

Feed Rate (Chip Load per Tooth)

Diş başına gelen besleme oranı, diş başına veya her bir başarı ile parçalanan malzemenin derinliği olarak ifade edilir, bu da genellikle diş başına milimetre veya diş başına (IPT) veya inçlik bir besleme oranı, doğrudan vücut kalınlığına, kesme kuvvetlerine ve yüzey bitirmek için daha yüksek bir yem oranına yol açabilir.

Optimal yem oranları, araç stresi ile çip oluşturma oranını dengelemek için daha fazla malzeme gerekir.Bir kural olarak, daha sert malzemeler, yumuşakça, daha fazla kanal malzemeleri daha yüksek beslemelere tahammül edebilir. Ancak, kanal malzemeleri aynı zamanda, hamurları temiz tutmak yerine yeterli besleme gerektirir.

Yükselen öneriler:

  • [0] ve psişik: [Döntme:0)[[0) 0.05-0.15 mm / çok (0.002-0.006 IPT)
  • [FONT=0) Düşük Karbon Çelik: [Döntme: 0.04-0.10 mm/tooth (0.0015-0.004 IPT)
  • [FONT:0]Alloy ve araç çelikleri: 0.03–0.08 mm/tooth (0.001-0.003 IPT)
  • [FONT:0) Orta Çelik: [DÜT:1][2-0.06 mm/tooth (0.0008-0.0025 IPT)
  • [FONT:0)Titanium ve süperalloys: 0.015-0.05 mm/tooth (0.0006-0.002 IPT)
  • [0]Cast demir: [Döntme: 0,4-0.12 mm/tooth (0.0015-0.005 IPT)

Cut ve Passes Sayısı

Dişlerin çıkarılması, dişlerin minimum düzeyde veya yüzeyin en yüksek seviyedeki etkisi ile elde edilir, çok fazla kuru, yarı-finy, bitir) her geçiş için kesme derinliği, yüksek çözünürlükte ve mevcut makineye karşı dengeli olmalıdır.

Yüksek çalışma zorlayıcı oranları olan malzemeler için, her dişin önceki diş tarafından bırakılan yanlış tabakanın altında tutulması önemlidir.Bu, dişin başına gelen artışın, genellikle materyalin tıklanma derinliğini aşması gerektiği anlamına gelir.

Malzeme-Specific Broaching Strategies

Ferrous Metals: Çelikler ve Cast Irons

Düşük karbon çelikleri (p<0.05 karbona kadar) en affedici genelleştirici malzemeler arasındadır. (ortalama hızlara (10-15 m/min) ve yemlere (0.04-0.10 mm/çok) Chip breakers, genellikle kuru dişlerdeki çipler doğal olarak drenaj ve kırılır.

Orta karbon ve alaşım çelikleri (4140, 4340, 8620) azaltılabilir hızlar (8-12 m / s) ve beslemeler (0.03-0.08 mm / çok) kesme güçleri yönetmek için. HRC 30'nin altındaki normalleştirilmiş veya eklenmiş bir duruma kadar ısıtılmalıdır.

Cast demirleri (gray, ductile, malleable) makinesi farklı olarak çalışır çünkü çipli tahliye için sıkıştırılmış hava ile çalışır, ancak 10-18 m / 10 / 10 mm / çokturlu besler ile hızlanır. Ductile demir telleri telli teller üretir ve çipler için sıkıştırılır.

Çelik mikroyapılar ve chinability üzerine yazara dayalı referans için, ASM International yönergelerine danışın: 03.Örnek:0)ASM International Materials Information).

Paslanmaz Çelikler: Austenitic, Ferritic, Martensitic

Austenitic paslanmaz çelikler (304, 316, 321) iş sertliği ve galonlama hızları aşırı ısıdan kaçınmak için düşük (4-8 m / s) tutulmalıdır ve diş başına yükselmeye yardımcı olur (0.02-0.06 mm/tooth) sonraki hizmette stresin altında sert kesmeden kaçınmak için yeterli olmalıdır.

Martensitic ve ferritic paslanmaz çelikler (410, 430) austenitik notlardan daha fazla oy almak için daha kolaydır, ancak benzer hızlar (5-10 m /min) ve orta beslemeler (0.03-0.0-8 mm/tooth) kenar bölmesine neden olabilir.

Sigara içilmeyen yüzeyler: alüminyum, bakır, Brass, Bronz

Alüminyum alaşımları (6061, 7075, 2024) en yüksek broaching hızlarına (30-60 m / min) ve beslemelere izin verir (0.05-0.15 mm/tooth). alüminyum ile risk, alüminyumdan kaynaktan yanar dişine kadar, yumuşak veya köpüklü yüzeylere kadar (TiB2 veya DLC kaplamaları) ve yüksek derecede soğuk bir mineral yağı veya kerosen bazlı yağ ile dondurucu iyi çalışır.

Bakır ve pirinç alaşımları (C36000, C26000) makine alüminyuma benzer şekilde daha da serttir, ancak pirinçte çinko içeriği nedeniyle 20-40 m / 1 mm / çoktur. Wrought bakır araçları ve agresif yanak açılardan dolayı daha da serttir. Yüksek hacimli alaşımlar (% 95 Cu) inşa edilmiş kenarlarla hızları yönetebilir.

Bronz alaşımlar (fosphor bronz, alüminyum bronz) bu malzemeler üzerinde sert kontrütürel fazlar içerir. 10-20 m / 0.03-0.08 mm / çok iyileştiriciler önerilir.Bu malzemelerde araç yaşamını önemli ölçüde uzatıyor.

Superalloys ve High-Temperature Alloys

Nickel tabanlı süperalloys (Inconel 718, Waspaloy, Hastelloy) ve kobalt bazlı alaşımlar, yüksek performanslı orta derecelerde yüksek sıcaklıklara sahip olan bu malzemeler, yüksek ısıtılabilir ve düşük ısı iletkenliği ile yüksek ısıtılabilir.

Titanyum alaşımları (Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo) aynı zorlukların çoğunu nikel alaşımları olarak paylaşıyor, ancak 3-6 m / sişik toleranslar ile birlikte daha fazla affetmeye veya büyük bir büyümeye izin veriyor.

Süperalloys'ta ayrıntılı makinability verileri için, [[0)Machining Data Handbook) Metcut Research Associates'tan gelen bir endüstri standardı kalır.

Tool Material and Kaplamaları

Yüksek hızlı çelik (HSS), çelikler için en yaygın ve uygun maliyetli seçim ve HRC 35. Toz metal HSS (PM HSS) HRC 55'in üzerinde sertleştirilmiş çelikler için geliştirilmiş aşınma direnci sunar.

Kaplama seçimi eşit derecede önemlidir:

  • [FONT:0)TiN (titanyum nitride): General- amaçlı, çelikler için iyi ve demir döküm.
  • [FONT:0)TiCN (titanyum karbonitride): ) Yüksek sertliğe, aşındırıcı malzemeler için uygun.
  • [0]AlTiN (aluminum titanyum nitride): [Dönemli yüksek sıcaklık stabilitesi, süper tümoylar ve paslanmaz çelikler için ideal.
  • [FONT:0)TiB2 (titanium diboride): ), Low sürtünme, alüminyum üzerinde yerleşik kenar engeller.
  • [FONT:0)DLC (diamond-like karbon): ), Demir olmayan malzemeler için aşırı derecede kötüleştirici.

Yüksek üretim ortamları için, düzenli aralıklarla yeniden şekillendirmek için. İyi bakımlı bir kaplama aynı uygulamadaki araç dışı aletlerle kıyasla% 200-400 oranında araç ömrünü uzatabilir.

Coolant ve manion Strateji

Coolant seçimi bir sonraki değildir; bir parametredir. Bir broaching serinantın birincil işlevleri çip-tool arayüzünde sürtünmeyi azaltmak, kontrol sıcaklığı, kesme bölmelerini kesme bölgesinden azaltır ve yerleşik kenar formunu önler.

Demir malzemeler için, yüksek performanslı kesme yağı (köpek, su geçirmez, ya da fosfor bazlı EP katkı maddeleri), biyo-günlük formülasyonları ile ilgili aşırı basınç yağları sağlar.For alüminyum ve pirinç, hafif yağlar veya su-misciblezlik, yüksek kasvetli soğuklar önlemek için tercih edilir.

Taş soğutma, derin iç bakım uygulamaları için yetersizdir. -tool coolant teslimat sayesinde, serinletin kenarlarda çıkmak için broach'da iç geçişler yoluyla pompalandığı yer, en etkili yöntemdir.Bu, yüksek basınçlı soğuk bir sistemle donatılmış broaches gerektirir.

[FONT:0]Society of Manufacturing Engineers (KONT)), endüstride çok yüksek oranda görülen metal işleme sıvı seçimine referans kılavuzlarını yayınlar.

Pratik Para Seçimi Yöntemioloji

En iyi broaching parametrelerini seçmek tek zamanlı bir hesaplama değildir; bu metodolojiyi sağlam bir başlangıç noktasında takip etmek:

  1. [FONT:0) Malzemeyi Önerme:[Dönlüm: CUMH:0) Tamam, sertliği ve durumu (annealed, ısıya maruz kalmış, sertifikalı bir malzeme test raporu elde etmek.
  2. [[Döneticileri yayınlanmış verilerden seç:[Dönetici:0) Aracı üreticilerinden tabloları kullanın (Kennametal, Sandvik Coromant, Star SU) veya endüstri el kitapları (Machining Data Handbook) ilk kesme hızı ve diş başına yükselmek için.
  3. [FONT:0)Evaluate makine kapasitesi:) Reify that the broaching makinesinin yeterli itme (tonaj) ve inme uzunluğuna sahip olduğunu gösterir.
  4. [0]Kısa bir üretim denemesi (-50 parça): [Dönetici: 0,4][/Dışlama aracı, yüzey bitişi ve boyutsal stabilite. chatter veya alışılmadık kesim sesleri dinleyin.
  5. [FONT:0) Küçük arterlerde optimum hale gelir:[Dönder: 0,8|Dönetici:% 15 oranında, ölçüm aracı aşınmaya devam ederken, ±0.005 mm / çok arter. Doküman tüm değişiklikler.
  6. [FONT:0)Implement coolant ayarlamalar:) Eğer giymek termal (daha renkli, kenar yumuşatıcı), serin baskı veya akış oranını artırmak.Eğer aşınması (flank aşınma hatları) bir kaplama değişikliği düşünün.
  7. [FONT:0) Sonlu parametreler ve standart bir iş belgesi oluşturmak: Record material, ısı kodu, broach aracı ID, hızlar, beslemeler, serin tip ve baskı ve araç yaşam beklentilerini.

Sorun Giderme Ortak Broaching Problemleri

Dikkatli parametre seçimi ile bile, sorunlar ortaya çıkabilir. Aşağıdaki tipik başarısızlık modları ve parametre ile ilgili kök nedenleridir:

  • [FONT:0) İlk birkaç diş üzerinde aşınmaya değer bir araç: Malzeme için diş başına çok yüksek olan bir artış oranı azaltın veya kademeli dağıtım ile kaba bir bölüm kullanın.
  • [FONT:0) Son bitirme dişlerinde Wear: Genellikle her dişin sertleştirilmiş tabakanın altında tutulmasını sağlamak için dişin başına artış gösterir.
  • [FONT=0)Poor yüzey bitirmek (öpek veya galing): ) yerleşik kenarlara çok düşük veya daha düşük verimli bir hıza veya besleme oranı daha düşük maliyetli bir şekilde azaltılabilir.
  • [FONT=0)Chatter veya vibrasyon işaretleri: [Dönder:) Makine katılığı için çok yüksek veya aşırı besleme, diş defneksiyonuna neden olur. Hızını azaltır ve katılığı kontrol edin.
  • [FONT:0)Broach puller kırı: Thrust makine kapasitesi aşıyor. Ambalaj dağıtmak için daha fazla dişle bir broach kullanın.
  • [FONT:0)Chip ambalajı gullets: Malzeme türü için yeterli çip uzayı için, diş başına yükselme veya daha derin bir gulletle bir araya gelme.

Vaka Çalışması: Parametrik Tahmini Data-Driven Selection ile Yeniden Yapın

Orta büyüklükte bir otomotiv Tier 1 tedarikçi, malzeme sert dağılımı ve serin akış kalıbının incelendiğinden sonra, diş başına% 12 m / 1 mm'ye kadar yükseldi ve 0.02 mm / çok iyi bir baskı elde etti.

Sistemel optimizasyon yöntemleri hakkında daha fazla okuma için, [[0]Elsevier ScienceDirect[[Dönetici: 1) Kütüphane farklı materyal notları arasında çok sayıda hakemli çalışma içermektedir.

Sonuç: Parametre seçimi Rekabetçi bir Avantaj olarak

Farklı malzemeler için en uygun broaching parametrelerini seçmek ikincil bir endişe değildir; süreci kullanan herhangi bir dükkan için bir temel rekabettir. Aynı ayarlarda tüm broaching işlerini aynı ayarlarda çalıştırın. Modern malzemeler, daha sıkı toleranslar ve maliyet basıncı analitik bir yaklaşım talep eder.

Hatırlamak için anahtar ilkeleri:

  • Kesme hızı, ısıyı yönetmek için birincil donanımdır. Sert, aşındırıcı veya ısıtıcı malzemeler için alt hızlar.
  • Beslenme oranı ( diş başına) özellikle paslanmaz ve süperalloylarda işlenmemiş tabakaları nüfuz etmek için yeterli olmalıdır.
  • Kesme ve geçişin derinliği, araç stresi ve döngü zamanı dengelemek için tasarlanmıştır.
  • Alet materyali ve kaplama, iş parçası materyalinin aşındırıcılığı, dükü ve termal özellikleri ile eşleştirmelidir.
  • Coolant teslimat bir parametredir, bir fayda değildir. Yüksek basınçlı, soğutmalı soğuk malzemede araç hayatını dönüştürebilir.
  • Test ve dokümantasyon önemlidir. Her materyal için standartlaştırılmış parametreler ve bunları maddi parlar değiştiğinde tekrarlayın.

Parametre optimizasyonuna yatırım yaparak, üreticiler üretim sürecinizin bir kısmını% 30-50 oranında azaltabilir ve herhangi bir malzemede yüzey kalitesini artıracaktır.