Aangesneden vierkante boringen: waarom lopen vierkante assen vast?

Een geperforeerde vierkante boring lijkt het gemakkelijkste kenmerk van een aandrijfnaaf, tot op het moment dat de as er niet in wil. Job 260616007 arriveerde in november 2023 van een fabrikant van klepaandrijfcomponenten waarvan de vorige leverancier zwart geanodiseerde naven had geleverd die bij de ene ploeg met de hand in elkaar waren gezet met een hamer en bij de volgende ploeg door de zwaartekracht in elkaar vielen: het vierkant was correct gemeten aan de monding van de boring en verkeerd aan het uiteinde, en bij een deel van de onderdelen waren de platte delen naar buiten gekomen. gedraaid, dus een vierkante as die perfect verkeerd uitgelijnd tegen het flensgatenpatroon paste en het geheel in de verkeerde positie klokte.

De naven op de foto's zijn de productieonderdelen uit de bestelling die volgde: een AL6061-T6 naaf met dubbele flens, gedraaid en afgewerkt in één frees-draai opstelling, met een vierkante boring door het lichaam, zes gaten in elke flens, een bevestigingsgroef aan het uiteinde, een radiaal kruisgat, een zwart geanodiseerde afwerking en een lasermarkering op het lichaam tussen de flenzen. Een geboorde vierkante boring is het kenmerk dat bepaalt of het onderdeel werkt, en het is het enige kenmerk dat niet kan worden gecorrigeerd nadat het is gesneden.

Wat moet deze hub doen?

Vier banen, en de vierkante boring is degene die de aandrijving draagt.

De vierkante boring neemt de as en brengt het koppel over. Een ronde boring met een sleutel zou hetzelfde werk doen, maar een vierkant zorgt ervoor dat de as in vier posities ten opzichte van de naaf kan worden geïndexeerd en heeft geen sleutel, geen spiebaan en geen afzonderlijke vergrendeling nodig.

De twee flenzen lokaliseren het geheel. Beide flenspatronen zijn op gelijke afstand geïndexeerd en de zes gaten op elke flens moeten op één lijn liggen met het bijpassende boutpatroon, wat betekent dat de twee patronen moeten worden geboord vanuit één referentiepunt in plaats van vanuit twee afzonderlijke opstellingen.

De vasthoudgroef en het radiale kruisgat houden het geheel bij elkaar. In de groef zit de borgring die ervoor zorgt dat de naaf niet langs de as glijdt, en in het kruisgat zit de pen die de as axiaal vergrendelt.

De geanodiseerde film en de lasermarkering zijn de afwerking en de identiteit van het onderdeel. Beide worden als laatste toegepast, wat betekent dat beide de toleranties moeten omzeilen die de eerdere bewerkingen al hadden ingesteld.

Waarom is een vierkante boring harder dan een ronde boring?

Een ronde boring wordt op één plaats beoordeeld, een vierkante boring moet op de diepte worden beoordeeld

Een ronde boring wordt gemeten met een penkaliber of een binnenkaliber op één diepte, en als deze daar de maat heeft, is deze bijna altijd de maat door de rest van de boring, omdat een ruimer of een kotterbaar een consistente cilinder snijdt.

Een vierkante boring wordt gesneden door een broach: een lange staaf met getrapte snijtanden die één keer door een geleidegat wordt geduwd of getrokken, waarbij elke tand een klein stapje dieper gaat dan de vorige. De breedte over de vlakken wordt daarom progressief bepaald, tand voor tand, over de gehele diepte van de boring. Als de snijbelasting tijdens de slag verandert, of als het gereedschap tijdens de bewerking verslijt, eindigt de boring aan het ingangsvlak iets anders dan aan het uitgangsvlak. Het onderdeel passeert een controle bij de mond en faalt aan het uiteinde, wat precies het symptoom is dat deze klus moeilijk te citeren maakte.

Dat is de reden dat de inspectie in deze volgorde de breedte over de flats meet op drie diepten in de boring, in plaats van alleen aan de voorkant. Een vierkant dat uniform is aan de voorkant en 0,02 mm verschillend aan de uitgang, zal nog steeds een face-check doorstaan, en zal nog steeds een as blokkeren.

De broach beslist ook over de constatering, en de constatering kan later niet meer worden aangepast

De hoekpositie van de vlakken ten opzichte van het flensgatenpatroon wordt bepaald door de broots. Welke klok de broach ook invoert, het is wat het voltooide onderdeel heeft, omdat geen enkele latere bewerking een vierkante boring in het onderdeel kan draaien.

Op een naaf als deze is de consequentie specifiek: een vierkante as past perfect in de boring en heeft nog steeds zijn eigen platte kanten in de verkeerde hoek ten opzichte van het flenspatroon, zodat het geheel vastschroeft maar in de verkeerde rotatiepositie zit. Als de tekening de kloktolerantie niet aangeeft, moet de werkplaats raden of de broots vanuit een flensgat of vanuit een machinaal bewerkt vlak wordt geleid, en de gok is wat een batch oplevert die dimensionaal perfect en functioneel verkeerd is.

De oplossing is eerder procedureel dan duur. Het geleidegat wordt geboord en de broots wordt ingevoerd vanaf hetzelfde uitgangspunt als waar de flenspatronen zijn geboord, met een geleidebus die ervoor zorgt dat de broots niet draait wanneer deze begint. De klokmeting wordt vervolgens gecontroleerd aan de hand van een flensgat op een meter, niet met het oog geschat.

Een aangesneden vierkant heeft altijd een hoekradius

Geen enkele broots kan een wiskundig scherpe interne hoek snijden, omdat de snijtanden een eindige hoekradius hebben. De hoeken van een aangesneden vierkant hebben daarom een ​​straal, en de bijpassende vierkante as moet worden ontlast om bij elkaar te passen. Als dat niet het geval is, maakt de as contact met de flats en rijdt op de hoekradii in plaats van op de zitting, wat aanvoelt als interferentie, ook al is de breedte over de flats correct.

Op de tekening moet staan ​​welke hoekradius in de boring is toegestaan ​​en welke ontlasting er op de as is aangebracht. We laten beide aan de veronderstelling over hoe een onderdeel dat binnen de tolerantie meet, bij de montage wordt afgewezen.

Hoe de hub stap voor stap werd gemaakt?

Stap 1 - Draai het profiel, de treden en de opsluitgroef in één keer draaien

Het buitenprofiel, de beide flensvlakken, de getrapte as en de opsluitgroef worden in één opstelling gedraaid waarbij het onderdeel op de hoofdas wordt gehouden. Eén opstelling houdt de twee flenzen concentrisch ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de boringas, waar de flensconcentriciteit van 0,02 mm op deze tekening van afhangt.

Stap 2 - Frees de flensgatpatronen in dezelfde klemming

De zes gaten in elke flens worden in dezelfde klemming gefreesd als bij het draaien, geïndexeerd vanaf één referentiepunt, zodat beide patronen een as en een hoekreferentie delen. Door de twee flenzen in afzonderlijke opstellingen te boren, ontstaat een naaf waarvan de gaten allemaal in lijn liggen met de tekening en niet met elkaar.

Stap 3 - Boor het geleidegat tot het formaat dat de broach verwacht

Het geleidegat wordt geboord tot de diameter waarvoor de broots moet volgen. Als u deze te groot maakt, krijgt elke tand een lichtere snede dan de bedoeling was, waardoor de broots kan verschuiven in plaats van te snijden, en de resulterende boring is breder bij de uitgang dan bij de ingang. Door het ondermaats te snijden, worden de tanden overbelast en ontstaat er een zware braam aan het uittreevlak.

Stap 4 - Brik het vierkant, geleid vanaf het flensreferentiepunt

De broots wordt ingevoerd via een geleider die zijn hoekpositie behoudt, waarbij het onderdeel zo is georiënteerd dat de platte vlakken overeenkomen met het getekende flenspatroon. Dit is de stap die de klokken van het onderdeel voorgoed vastlegt, dus het is de stap waarbij de operator de opstelling controleert in plaats van het voltooide onderdeel.

Stap 5 - Ontbraam de uitgangsrand en houd de hoekradius vast

Bij het brootsen wordt een braam vóór de laatste tand geduwd, en de braam verzamelt zich op het uittreevlak. De uitgangsrand wordt ontbraamd zonder de afschuining te verbreken die de tekening vereist, en de hoekradii in de boring worden gecontroleerd aan de hand van de radius waartoe de passende as is ontlast.

Stap 6 - Zwart anodiseren tot een uniforme film

De naaf is zwart geanodiseerd. De film groeit zowel uit het aluminiumoppervlak als erin, zodat de boring en de flensgaten beide iets strakker worden en de anodiseerlijn wordt aangegeven welke afmetingen van belang zijn voor de pasvorm en welke beschermd zijn. Een onderdeel dat vóór het anodiseren past en achteraf niet past, is meestal hier misgegaan en niet aan de machine.

Stap 7 - Lasermarkering vanaf hetzelfde referentiepunt

Het identificatiemerkteken wordt op het lichaam tussen de flenzen aangebracht, verwijzend naar hetzelfde referentiepunt dat het vierkant en de flenspatronen vastlegde, zodat het merkteken op dezelfde plaats terechtkomt ten opzichte van de vlakken op elk onderdeel. Op een zwart geanodiseerd oppervlak maakt het contrast van het merkteken het leesbaar, zodat het merkteken wordt geverifieerd op het voltooide onderdeel in plaats van op een monster vóór het anodiseren.

Stap 8 - Inspecteer het vierkant in de diepte en de klokking tegen een flensgat

De eindinspectie heeft betrekking op de breedte over de vlakken op drie diepten, het klokken van de vlakken op het flensgatpatroon, de concentriciteit van de flens, de groefpositie, de film en de markering. Alleen het vierkant aan de voorkant controleren is de enige inspectiegewoonte die ervoor zorgt dat een slechte batch de winkel verlaat.

Wat werd gemeten in de oplage van 1.600 stuks?

Zestienhonderd hubs werden in 22 dagen verzonden en de klant meldde dat er geen handmatige montage bij de montage was en dat er geen klokfouten op de lijn waren.

De fout ontdekten we tijdens onze eigen proefrit

De proefrit van vijftig stuks slaagde op de inspectiebank en faalde op de meter, en de oorzaak was ons proefgat.

Elk proefonderdeel gemeten binnen de breedte-over-vlakke band aan de ingangszijde. Toen we dezelfde onderdelen aan het uitgangsvlak maten, bedroeg de breedte 0,02 mm breed, met een zware braam aan de uitgangsrand. We hadden het geleidegat 0,04 mm boven de maat geboord waarvoor de broots was ontworpen, met de redenering dat een iets groter geleidegat de snijbelasting zou verlichten en de levensduur van de broots zou verlengen. Het tegenovergestelde gebeurde: met minder materiaal om te verwijderen, sneden de tanden licht, kon de broots vrij in de boring verschuiven in plaats van geleid te worden door de snede, en de laatste tanden openden de boring aan het uiteinde van de uitgang.

Drie wijzigingen gingen in productie. De diameter van het proefgat werd afgestemd op de eisen van de broots en bij het eerste deel van elke batch gecontroleerd. Er is een geleidebus toegevoegd zodat de broots in een vaste hoekpositie begint. En de breedte over de platen werd elke 100 stuks op drie diepten gemeten, wat de controle is die de drift op de proefdelen in één enkele meting zou hebben opgevangen.

Tussen de proef en de productierun verdween de tapsheid over de boring en was de uitgangsbraam niet langer een ontbraamprobleem.

Drie manieren om een ​​intern vierkant te snijden, vergeleken

De praktische regel: het frezen wint op het gebied van de eenheidskosten zodra de vorm zich herhaalt, het frezen wint wanneer de geometrie nog steeds verandert, en EDM wint wanneer de hoekradius of het materiaal de andere twee uitsluit. Op dit deel herhaalt het vierkant zich op elk stuk, dus het aansnijden betaalde zichzelf binnen de eerste bestelling terug.

Veelgestelde vragen

Waarom is een geboorde vierkante boring aan het ene uiteinde strak en aan het andere uiteinde los?

Omdat een broots geleidelijk, tand voor tand, langs de diepte van de boring snijdt. Als de snijbelasting tijdens de slag varieert, of als het gereedschap tijdens de bewerking verslijt, of als het geleidegat niet de maat heeft waarvoor de broots is ontworpen, komen de vlakken een paar honderdsten van een millimeter verschillend uit tussen het ingangsvlak en het uitgangsvlak. Een controle aan de monding van de boring zal dit niet aantonen, dus de breedte over de vlakken moet op verschillende diepten worden gemeten.

Kan een vierkante boring worden gefreesd in plaats van geboord?

Ja, en voor prototypes is dit meestal het geval. Een kleine frees vormt de hoeken en een grotere snijdt de platte kanten schoon. Het werkt goed als het vierkant groot is, de hoeveelheid klein is, of de geometrie nog steeds verandert, maar de hoekradius wordt beperkt door de kleinste frees die je kunt gebruiken, en de kosten per eenheid blijven hoog omdat elk onderdeel het hele gereedschapspad volgt.

Hoeveel hoekradius heeft een aangesneden vierkant?

Deze wordt bepaald door de hoekradius van de brootanden en kan niet nul zijn, omdat een snijkant met een scherpe interne hoek onmiddellijk zou falen. De tekening moet de straal vermelden die de boring kan dragen, en de bijpassende vierkante as moet worden ontlast om daarmee overeen te komen. Wanneer de schacht scherp wordt gelaten, maakt deze contact met de hoekradii in plaats van met de platte vlakken en voelt aan als een perspassing, zelfs als de breedte over de vlakken correct is.

Hoe controleer je de klokrichting van een vierkante boring op de flensgaten?

Met een meter die verwijst naar een flensgat en de hoekpositie van de platte vlakken afleest, in plaats van met het oog of door het monteren van een as. Het moet op elk onderdeel worden gedaan, omdat de klok wordt vastgelegd door de brootsingang en geen enkele latere bewerking de boring kan draaien. Bij deze bestelling wordt de controle op 100 procent van de onderdelen uitgevoerd, naast de flensindex en de flensconcentriciteit.

Wat zet je op je tekening?

Zes regels beslechten bijna elk argument over een aangesneden vierkante boring:

1. Geef de breedte over de vlakken met een tolerantie, en zeg dat deze van toepassing is over de volledige diepte van de boring in plaats van op het ingangsvlak.
2. Geef de klokmaat van de vlakken op voor een benoemd flensgat, met een tolerantie, en noem het referentiepunt vanaf waar het gemeten wordt.
3. Vermeld de hoekradius die de boring mag dragen en vermeld het reliëf op de bijbehorende as.
4. Geef de relatie van de boring tot de flensas aan als concentriciteit of slingering.
5. Vertel welke oppervlakken beschermd worden tijdens het anodiseren en wat de folie met de boring en de flensgaten kan doen.
6. Geef aan waar de lasermarkering naartoe gaat ten opzichte van de vlakken, zodat de markering en het vierkant op hetzelfde referentiepunt liggen.

Een naaf is een stapel elementen die allemaal naar één as en één hoekpositie verwijzen, en de vierkante boring is het element dat de hoekpositie op zijn plaats vergrendelt. Specificeer het vierkant goed en de rest van het onderdeel is gewoon draai- en freeswerk: concentrische flenzen, gaten die op één lijn liggen en een markering die op elk stuk op dezelfde plaats terechtkomt.

PFT - draaien, frees-draaibewerking, brootsen en anodiseren voor aluminium aandrijfcomponenten, van prototype tot productie. Stuur ons uw tekening voor een DFM-beoordeling en een offerte op dezelfde dag.