Przeciągnięte otwory kwadratowe: dlaczego wały kwadratowe się zacinają?

Przerwany kwadratowy otwór wygląda na najłatwiejszy element piasty napędowej, aż do momentu, w którym wał nie wchodzi do środka. Zadanie 260616007 przybyło w listopadzie 2023 r. od producenta elementów napędu zaworów, którego poprzedni dostawca dostarczył piasty anodowane na czarno, które były składane ręcznie za pomocą młotka na jednej zmianie i spadane razem pod wpływem siły ciężkości na następnej: kwadrat zmierzony prawidłowo przy ujściu otworu i błędnie na drugim końcu oraz część części, które miały płaskie powierzchnie wyjść obrócony, tak aby kwadratowy wał, który był idealnie dopasowany, był źle ustawiony w stosunku do wzoru otworów w kołnierzu, a zespół został ustawiony w niewłaściwej pozycji.

Piasty na zdjęciach to części produkcyjne z następującego zamówienia: piasta dwukołnierzowa AL6061-T6, toczona i wykończona w jednym ustawieniu z frezowaniem, z przeciągniętym kwadratowym otworem w korpusie, sześcioma otworami w każdym kołnierzu, rowkiem ustalającym na dalszym końcu, promieniowym otworem krzyżowym, czarnym anodowanym wykończeniem i laserowym znakiem na korpusie pomiędzy kołnierzami. Otwór kwadratowy jest cechą, która decyduje o tym, czy część działa, i jest to jedyna cecha, której nie można skorygować po jej cięciu.

Co ma do tego ten hub?

Cztery miejsca pracy, a kwadratowy otwór przenosi napęd.

Kwadratowy otwór mieści wał i przenosi moment obrotowy. Okrągły otwór z wpustem spełniałby to samo zadanie, ale kwadrat pozwala na indeksowanie wału względem piasty w czterech pozycjach i nie wymaga wpustu, wpustu ani oddzielnej funkcji blokującej.

Obydwa kołnierze ustalają położenie zespołu. Obydwa wzory kołnierzy są indeksowane w równych odstępach, a sześć otworów na każdym kołnierzu musi pokrywać się z pasującym układem śrub, co oznacza, że ​​oba wzory muszą być wiercone w jednym punkcie odniesienia, a nie w dwóch oddzielnych konfiguracjach.

Rowek ustalający i promieniowy otwór krzyżowy utrzymują zespół razem. W rowku znajduje się pierścień ustalający, który zapobiega przesuwaniu się piasty wzdłuż wału, a w poprzecznym otworze znajduje się sworzeń, który blokuje osiowo wał.

Anodowana folia i znak laserowy stanowią wykończenie i tożsamość części. Obydwa są stosowane jako ostatnie, co oznacza, że ​​oba muszą obejść tolerancje ustawione już we wcześniejszych operacjach.

Dlaczego otwór kwadratowy jest twardszy niż otwór okrągły?

Otwór okrągły ocenia się w jednym miejscu, otwór kwadratowy ocenia się według głębokości

Okrągły otwór mierzy się za pomocą sprawdzianu kołkowego lub miernika średnicy na jednej głębokości, a jeśli ma tam odpowiedni rozmiar, prawie zawsze ma rozmiar przechodzący przez resztę otworu, ponieważ rozwiertak lub wytaczak przecina spójny cylinder.

Kwadratowy otwór jest wycinany za pomocą przeciągacza: długiego paska stopniowanych zębów tnących, który jest popychany lub ciągnięty raz przez otwór prowadzący, przy czym każdy ząb wchodzi o mały krok głębiej niż poprzedni. Dlatego szerokość spłaszczeń jest ustalana stopniowo, ząb po ząbku, na całej głębokości otworu. Jeśli obciążenie skrawaniem zmienia się wzdłuż skoku lub jeśli narzędzie zużywa się podczas ruchu, otwór kończy się nieco inaczej na powierzchni wejściowej niż na powierzchni wyjściowej. Część przechodzi kontrolę w ustach i zawodzi na drugim końcu, co jest dokładnie tym objawem, który utrudnia cytowanie tej pracy.

Dlatego też inspekcja zlecona w ramach tego zamówienia mierzy szerokość spłaszczeń na trzech głębokościach w głębi otworu, a nie tylko na ścianie czołowej. Kwadrat, który jest jednakowy na powierzchni czołowej i różni się o 0,02 mm na wyjściu, nadal przejdzie kontrolę powierzchni czołowej i nadal będzie blokował wał.

Przeciągacz decyduje również o taktowaniu, którego taktowania nie można później naprawić

Położenie kątowe spłaszczonych względem układu otworów w kołnierzu ustala się za pomocą przeciągacza. Niezależnie od tego, w jakim momencie wchodzi przeciągacz, jest to gotowa część, ponieważ żadna późniejsza operacja nie może obrócić kwadratowego otworu wewnątrz części.

W przypadku piasty takiej jak ta konsekwencja jest specyficzna: kwadratowy wał może idealnie pasować do otworu i nadal mieć własne spłaszczenia pod niewłaściwym kątem w stosunku do wzoru kołnierza, więc zespół przykręca się, ale jest osadzony w niewłaściwej pozycji obrotowej. Jeżeli na rysunku nie jest podana tolerancja taktowania, warsztat musi zgadnąć, czy przeciągacz jest prowadzony przez otwór w kołnierzu, czy z obrobionej płaskiej powierzchni, i na tej podstawie powstaje partia, która jest idealna pod względem wymiarów, ale funkcjonalnie nieprawidłowa.

Naprawa jest raczej proceduralna niż kosztowna. Wierci się otwór prowadzący i wprowadza przeciągacz z tego samego punktu odniesienia, z którego wywiercono wzory kołnierzy, z tuleją prowadzącą, która zapobiega obracaniu się przeciągacza na początku. Następnie sprawdza się taktowanie względem otworu w kołnierzu miernika, nie oceniając go naocznie.

Przeciągnięty kwadrat zawsze ma promień narożnika

Żadna przeciągaczka nie jest w stanie wyciąć matematycznie ostrego narożnika wewnętrznego, ponieważ zęby tnące mają skończony promień naroża. Dlatego narożniki przeciągniętego kwadratu mają promień, a współpracujący kwadratowy wał musi zostać odpowiednio odciążony. Jeśli tak nie jest, wał styka się z płaskownikami i porusza się po promieniach naroży zamiast osiadać, co sprawia wrażenie kolizji, mimo że szerokość spłaszczeń jest prawidłowa.

Rysunek powinien wskazywać, jaki promień naroża jest dozwolony w otworze i jakie podcięcie jest zapewnione na wale. Pozostawiając oba założenia, część, która mierzy w tolerancji, jest odrzucana podczas montażu.

Jak powstał hub, krok po kroku?

Krok 1 – Obróć profil, stopnie i rowek ustalający w jednym ustawieniu

Profil zewnętrzny, obie powierzchnie kołnierzy, wał schodkowy i rowek ustalający są obracane w jednym ustawieniu, z częścią utrzymywaną na osi głównej. Jedno ustawienie utrzymuje dwa kołnierze koncentrycznie względem siebie i względem osi otworu, od czego na tym rysunku zależy koncentryczność kołnierza wynosząca 0,02 mm.

Krok 2 – Wyfrezować wzory otworów kołnierza w tym samym mocowaniu

Sześć otworów w każdym kołnierzu jest frezowanych z tym samym mocowaniem co toczenie, indeksowanych od jednego punktu odniesienia, więc oba wzory mają wspólną oś i odniesienie kątowe. Wiercenie dwóch kołnierzy w oddzielnych konfiguracjach tworzy piastę, której otwory pokrywają się z rysunkiem, a nie ze sobą.

Krok 3 - Wywierć otwór prowadzący do rozmiaru oczekiwanego przez przeciągacz

Otwór prowadzący jest wiercony na średnicę, do której ma podążać przeciągacz. Przycięcie go nadwymiarowo powoduje, że każdy ząb jest cięty lżej niż zamierzono, co pozwala na przesunięcie przeciągacza zamiast cięcia, a powstały otwór jest szerszy na wyjściu niż na wejściu. Cięcie zbyt małego rozmiaru powoduje przeciążenie zębów i powoduje powstawanie ciężkich zadziorów na powierzchni wyjściowej.

Krok 4 - Przeciągnij kwadrat, prowadzony od punktu odniesienia kołnierza

Przeciągacz jest wprowadzany przez prowadnicę, która utrzymuje jego położenie kątowe, z częścią zorientowaną tak, aby płaskowniki pokrywały się z wzorem kołnierza, jak pokazano na rysunku. Jest to krok, który na dobre naprawia taktowanie części, więc jest to krok, w którym operator sprawdza konfigurację, a nie gotową część.

Krok 5 - Usuń zadziory z krawędzi wyjściowej i przytrzymaj promień narożnika

Przeciąganie wypycha zadzior przed ostatni ząb, który gromadzi się na powierzchni wyjściowej. Krawędź wyjściowa jest usuwana bez przerywania fazy wymaganej na rysunku, a promienie naroży w otworze są sprawdzane w stosunku do promienia, do którego jest odciążony współpracujący wał.

Krok 6 – Anodowanie na czarno w celu uzyskania jednolitej powłoki

Piasta jest anodowana na czarno. Folia wyrasta zarówno z powierzchni aluminium, jak i w nią, więc zarówno otwór, jak i otwory w kołnierzu lekko się dokręcają, a linia anodowania jest informowana, które wymiary mają znaczenie dla dopasowania, a które są chronione. Część, która pasuje przed anodowaniem i nie pasuje później, zwykle psuje się tutaj, a nie w maszynie.

Krok 7 - Znak laserowy z tego samego punktu odniesienia

Znak identyfikacyjny umieszcza się na korpusie pomiędzy kołnierzami, w odniesieniu do tego samego punktu odniesienia, który wyznacza wzór kwadratu i kołnierza, zatem znak znajduje się w tym samym miejscu względem spłaszczeń każdej części. Na czarnej anodowanej powierzchni kontrast znaku sprawia, że ​​jest on czytelny, dlatego znak jest sprawdzany na gotowej części, a nie na próbce przed anodowaniem.

Krok 8 – Sprawdź głębokość kwadratu i dopasowanie do otworu kołnierza

Kontrola końcowa obejmuje szerokość spłaszczeń na trzech głębokościach, dopasowanie spłaszczeń do układu otworów kołnierza, koncentryczność kołnierza, położenie rowka, folię i znak. Sprawdzanie kwadratu tylko na powierzchni czołowej to jedyny nawyk kontroli, który pozwala na opuszczenie sklepu przez złą partię.

Co zmierzono w ramach serii 1600 sztuk?

Tysiąc sześćset piast wysłano w ciągu 22 dni, a klient nie zgłosił żadnego ręcznego dopasowania podczas montażu ani błędów taktowania na linii.

Usterkę znaleźliśmy podczas naszej własnej próby

Próba pięćdziesięciu części przebiegła pomyślnie na stanowisku kontrolnym i zakończyła się niepowodzeniem na mierniku, a przyczyną był nasz otwór pilotażowy.

Każda część próbna mierzona wewnątrz szerokości płaskownika na powierzchni wejściowej. Kiedy mierzyliśmy te same części na powierzchni wyjściowej, szerokość wynosiła 0,02 mm, z dużym zadziorem na krawędzi wyjściowej. Wywierciliśmy otwór prowadzący o 0,04 mm powyżej rozmiaru, do jakiego została zaprojektowana przeciągacz, wychodząc z założenia, że ​​nieco większy otwór prowadzący zmniejszyłby obciążenie skrawania i wydłużył żywotność przeciągacza. Stało się odwrotnie: przy mniejszej ilości materiału do usunięcia zęby tną lekko, przeciągacz mógł swobodnie przesuwać się w otworze zamiast być prowadzony przez nacięcie, a ostatnie zęby otwierały otwór na końcu wyjściowym.

Do produkcji weszły trzy zmiany. Średnicę otworu prowadzącego dostosowano do wymagań przeciągacza i sprawdzano na pierwszej części każdej partii. Dodano tuleję prowadzącą, dzięki czemu przeciągacz zaczyna się w ustalonym położeniu kątowym. Szerokość spłaszczeń mierzono na trzech głębokościach co 100 sztuk, co stanowi kontrolę pozwalającą na wykrycie dryfu na częściach próbnych w jednym pomiarze.

Pomiędzy próbą a serią produkcyjną zwężenie otworu zniknęło, a zadziory wyjściowe przestały być problemem związanym z gratowaniem.

Porównanie trzech sposobów wycinania wewnętrznego kwadratu

Praktyczna zasada: przeciąganie wygrywa pod względem kosztów jednostkowych, gdy kształt się powtarza, frezowanie wygrywa, gdy geometria wciąż się zmienia, a EDM wygrywa, gdy promień naroża lub materiał wyklucza pozostałe dwa. W tej części kwadrat powtarza się na każdym kawałku, więc przeciągacz opłacił się już w pierwszym zamówieniu.

Często zadawane pytania

Dlaczego przeciągnięty kwadrat jest ciasny na jednym końcu i luźny na drugim?

Ponieważ przeciągacz tnie stopniowo, ząb po zębie, wzdłuż głębokości otworu. Jeśli obciążenie skrawające zmienia się wzdłuż skoku lub jeśli narzędzie zużywa się podczas przebiegu, lub jeśli otwór prowadzący nie ma rozmiaru, do którego została zaprojektowana przeciągacz, spłaszczenia różnią się o kilka setnych milimetra między powierzchnią wejściową a powierzchnią wyjściową. Kontrola przy wylocie otworu tego nie wykaże, dlatego szerokość spłaszczeń należy zmierzyć na kilku głębokościach.

Czy kwadratowy otwór można wyfrezować zamiast przeciągać?

Tak, i w przypadku prototypów zwykle tak jest. Mały frez formuje rogi, a większy wycina spłaszczenia. Działa dobrze, gdy kwadrat jest duży, ilość jest mała lub geometria wciąż się zmienia, ale promień naroża jest ograniczony przez najmniejszy frez, jaki można zastosować, a koszt jednostkowy pozostaje wysoki, ponieważ każda część podąża całą ścieżką narzędzia.

Jaki promień narożnika ma przeciągnięty kwadrat?

Jest on ustalany na podstawie promienia naroża zębów przeciągacza i nie może wynosić zero, ponieważ krawędź skrawająca z ostrym narożem wewnętrznym natychmiast uległaby zniszczeniu. Rysunek powinien określać promień, jaki może wytrzymać otwór, a pasujący wał kwadratowy powinien zostać odpowiednio odciążony. Gdy wał pozostaje ostry, styka się z promieniami naroży zamiast z spłaszczeniami i sprawia wrażenie pasowania z wciskiem, nawet jeśli szerokość spłaszczeń jest prawidłowa.

Jak sprawdzić dopasowanie kwadratowego otworu do otworów w kołnierzu?

Z manometrem, który odnosi się do otworu kołnierza i odczytuje położenie kątowe powierzchni płaskich, a nie na podstawie wzroku lub dopasowania wału. Należy to zrobić w przypadku każdej części, ponieważ taktowanie jest ustalane przez wejście przepychacza i żadna późniejsza operacja nie może obrócić otworu. W tym zamówieniu kontrola obejmuje 100 procent części, indeks kołnierza i koncentryczność kołnierza.

Co umieścić na rysunku?

Sześć linii rozstrzyga prawie każdy argument dotyczący przeciągniętego kwadratowego otworu:

1. Podaj szerokość spłaszczeń z tolerancją i powiedz, że ma ona zastosowanie na całej głębokości otworu, a nie na powierzchni wejściowej.
2. Podaj taktowanie spłaszczonych otworów w kołnierzu, z tolerancją i podaj punkt odniesienia, od którego jest mierzony.
3. Podaj promień naroża, jaki może przenosić otwór, i określ podcięcie na wale współpracującym.
4. Określ związek otworu z osią kołnierza jako sygnał koncentryczności lub bicia.
5. Powiedz, które powierzchnie są chronione podczas anodowania i jaki wpływ może mieć folia na otwór i otwory w kołnierzu.
6. Określ, gdzie znacznik laserowy przebiega względem płaszczyzn, tak aby znak i kwadrat znajdowały się w tym samym punkcie odniesienia.

Piasta to zbiór elementów, które odnoszą się do jednej osi i jednego położenia kątowego, a kwadratowy otwór to element, który blokuje położenie kątowe. Określ prawidłowo kwadrat, a reszta części to zwykłe toczenie i frezowanie: koncentryczne kołnierze, otwory ustawione w jednej linii i znak, który ląduje w tym samym miejscu na każdym elemencie.

PFT - toczenie, frezowanie, przeciąganie i anodowanie aluminiowych elementów napędowych, prototyp do produkcji. Wyślij nam swój rysunek do recenzji DFM i wyceny tego samego dnia.