Was ist Broaching?
Räumen bezeichnet das schrittweise Abtragen einer sehr dünnen Metallschicht vom Werkstück mithilfe einer speziellen Räumnadel. Dadurch wird eine hohe Maßgenauigkeit und geringe Oberflächenrauheit erzielt. Es handelt sich um ein hocheffizientes Bearbeitungsverfahren. Durch Räumen lassen sich Teile, die normalerweise eine Kombination aus Wälzfräsmaschine , Wälzkörperformmaschine und Fräsmaschine erfordern , in kurzer Zeit bearbeiten. Da beim Räumen die Oberfläche in einem Arbeitsgang bearbeitet wird, führt die Räummaschine lediglich die Hauptbewegung aus und benötigt keinen Vorschub. Die beim Räumen entstehenden Späne sind dünn und die Schnittbewegung ist gleichmäßig, was zu einer höheren Bearbeitungsgenauigkeit und geringeren Oberflächenrauheit führt. Dieses Bearbeitungsverfahren findet breite Anwendung in der Automobilindustrie . Darüber hinaus wird Räumen auch für die hochpräzise Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe wie Turbinenscheiben in der Generatoren- und Flugzeugtriebwerksfertigung eingesetzt.
Beim Räumen gibt es nur eine Hauptbewegung, das heißt, die Räumnadel bewegt sich linear mit Schnittgeschwindigkeit unter der Wirkung des hydraulischen Drucks der Räummaschine. Die Vorschubbewegung wird durch die Struktur der Räumnadel selbst realisiert, das heißt, die Vorschubbewegung wird wiederum durch den Bruchbetrag jedes Zahns ersetzt. Das Räumen kann als Hobelprozess angesehen werden, der von mehreren Hobelmessern ausgeführt wird, die der Höhe nach in einer Reihe angeordnet sind. Beim Räumen können Durchgangslöcher verschiedener Formen sowie verschiedene Ebenen und Formflächen bearbeitet werden. Aufgrund der Begrenzung des Herstellungsprozesses des Räumwerkzeugs und der Leistung der Räummaschine sind zu kleine oder zu große Löcher nicht zum Räumen geeignet (Räumlochdurchmesser beträgt im Allgemeinen 10-100 mm und das Tiefen-Durchmesser-Verhältnis des Lochs ist im Allgemeinen nicht mehr als 5 mm), Sacklöcher, Stufenlöcher und dünnwandige Löcher sind ebenfalls nicht zum Räumen geeignet. Das Räumen wird hauptsächlich in der Serien- und Massenproduktion eingesetzt.
Merkmale des Räumens
Die Hauptmerkmale des Räumens sind wie folgt:
(1) Hohe Produktionseffizienz. Eine Räumnadel ist ein Mehrzahnwerkzeug, und die große Anzahl der gleichzeitig am Bearbeitungsprozess beteiligten Zähne erhöht die gesamte Schnittbreite. Dadurch können Schruppen, Vorschlichten und Schlichten in einem einzigen Räumnadelhub durchgeführt werden, was die Bearbeitungszeit und die Hilfszeiten erheblich verkürzt und somit die Produktionseffizienz des Räumens steigert.
(2) Das Bearbeitungsspektrum ist breit. Durch Räumen lassen sich nicht nur ebene Flächen und freie Außenflächen bearbeiten, sondern auch Durchgangslöcher verschiedener Formen, daher ist das Bearbeitungsspektrum des Räumens breit.
(3) Hohe Bearbeitungsgenauigkeit und geringe Oberflächenrauheit. Die Räumnadel verfügt über ein Kalibrierteil zur Größenkalibrierung und zum Abtragen des Materialabtrags. Da die Schnittgeschwindigkeit beim Räumen generell niedrig ist (< 18 m/min) und die Schnitttiefe jedes Schneidzahns gering ist, verläuft der Zerspanungsprozess relativ stabil und die negativen Auswirkungen von Pseudospankanten werden vermieden. Dadurch lassen sich beim Räumen hohe Präzision und geringe Oberflächenrauheit erzielen. Die Maßtoleranzklasse für das Räumen liegt üblicherweise zwischen IT7 und IT8, die Oberflächenrauheit Ra zwischen 0.4 und 0.8 µm.
(4) Die Räummaschine ist einfach aufgebaut. Das Räumen selbst ist die einzige Hauptbewegung. Das heißt, die lineare Bewegung der Räumnadel. Der Vorschub wird dadurch erreicht, dass die letzte Zahnspitze der Räumnadel höher liegt als die vorherige. Diese Zahnhöhe wird als Zahnhub bezeichnet. Dadurch ist die Räumnadel einfach aufgebaut und leicht zu bedienen.
(5) Die Standzeit der Räumnadel ist lang. Beim Räumen ist die Schnittgeschwindigkeit gering, der Werkzeugverschleiß langsam, und nach dem Nachschärfen können mehrere Werkstücke bearbeitet werden. Eine Räumnadel kann viele Male nachgeschliffen werden, daher ist die Standzeit der Räumnadel lang.
Obwohl das Räumen die obigen Vorteile hat, ist die Herstellung schwierig und die Kosten hoch, da die Struktur des Räumwerkzeugs komplizierter ist als die des allgemeinen Lochbearbeitungswerkzeugs, so dass das Instrument für die Chargen- und Massenproduktion geeignet ist. In der Einzel- und Kleinserienfertigung wird das Räumen auch für einige Umformflächen mit hohen Präzisionsanforderungen und Sonderformen eingesetzt, die mit anderen Verfahren nur schwer zu bearbeiten sind. Sacklöcher, tiefe Löcher, Stufenlöcher und behinderte Außenflächen können nicht durch Räumen bearbeitet werden.
Räummethoden
Die Räummethode bezieht sich auf die Reihenfolge und Methode des Schneidens der Räumzugabe aus dem Werkstück, die die Querschnittsform der Schneidschicht bestimmt, die von jedem Zahn geschnitten wird, daher wird es auch als Räummuster bezeichnet. Ob die Räummethode sinnvoll ist oder nicht, wirkt sich direkt auf die Verteilung der Zahnbelastung, die Länge der Räumnadel, die Größe der Räumkraft, den Verschleiß und die Haltbarkeit der Räumnadel und die Oberflächenqualität des T-Stücks, die Produktivität, und Herstellungskosten. Verschiedene Räummethoden und verschiedene Räumdesignmethoden sind wichtige Verbindungen, die zuerst in der Räumdesign bestimmt werden sollten. Räumverfahren können in drei Typen unterteilt werden: Schichttyp, Blocktyp und umfassender Typ.
1. Geschichteter Typ
Schichtweises Räumen ist, wenn die Zähne der Räumnadel die Räumzugabe nacheinander Schicht für Schicht schneiden, und jeder Zahn eine Schicht der Zugabe entsprechend dem Betrag des Zahnhubs abschneidet. Die Schnittstärke beim Schichträumen ist gering, sodass der Räumprozess relativ stabil und die Räumoberflächenqualität hoch ist. Die Einheitsschneidkraft ist jedoch groß, die Anzahl der erforderlichen Schneidzähne ist groß und die Räumnadel ist lang. Die Werkzeugkosten sind hoch und die Produktivität gering. Entsprechend den unterschiedlichen Umformvorgängen der bearbeiteten Oberfläche kann das geschichtete Räumen in den gleichen Profiltyp und den graduellen Typ unterteilt werden.
1. Blocktyp
Die nach der Blockräumgrafik gestaltete Räumnadel setzt sich aus mehreren Zahngruppen zusammen. In jeder Zahngruppe befinden sich 2 bis 3 Fräserzähne, die den gleichen Durchmesser haben und zusammen eine Metallschicht in der Bearbeitungszugabe abschneiden. Jeder Schneidzahn schneidet nur einen Teil der Schicht. Am gebräuchlichsten ist das Radschneiden. Die Abstumpfung der Räumnadel und ihr Räummuster, d. h. der Durchmesser des ersten Zahns und des zweiten Zahns, sind gleich, aber die Positionen der Schneidkanten sind versetzt. Metall wurde durch die dritte Schneidkante derselben Gruppe entfernt. Der Zahn wird nicht mehr mit einem kreisförmigen Spanteiler hergestellt. Um Reibung zwischen der Schneidkante und der Oberfläche des von den ersten beiden Schneidkanten geschnittenen Werkstücks zu vermeiden und einen ganzen Kreis von Spänen abzuschneiden, sollte sein Durchmesser 0.02-0.04 mm kleiner sein als der Blinddurchmesser der anderen beiden Zähne in derselben Gruppe.
3. Umfassender Typ
Das umfassende Räumen kombiniert die Vorteile des geschichteten Räumens und des Blockräumens, das heißt, die groben Schneidzähne und Übergangszähne werden in einer Radschneidstruktur hergestellt, und die feinen Schneidzähne werden in einer geschichteten Struktur hergestellt. Die Länge des Räumwerkzeugs wird verkürzt, eine hohe Produktivität wird aufrechterhalten und eine bessere Oberflächenqualität des Werkstücks kann erzielt werden.
Räumarten
Wenn sich die Räumnadel relativ zum Werkstück linear bewegt, wird die Bearbeitungszugabe des Werkstücks nacheinander von den Zähnen der Räumnadel mit zunehmender Größe abgeschnitten. Normalerweise kann es in einem Arbeitsgang geformt werden, was eine hocheffiziente Endbearbeitungsmethode ist. Aufgrund des komplexen Aufbaus der Räumnadel, der hohen Herstellungskosten und der gewissen Spezialität wird das Räumen jedoch hauptsächlich für die Massenproduktion verwendet. Das Räumen wird nach verschiedenen bearbeiteten Oberflächenmerkmalen in Innenräumen und Außenräumen unterteilt.
1. Innenräumen : Dieses Verfahren dient zur Bearbeitung von Durchgangslöchern mit verschiedenen Querschnittsformen, wie z. B. Rund-, Vierkant-, Polygon-, Keilwellen- und Keilnutbohrungen sowie Innenverzahnungen. Vor dem Räumen muss eine vorgefertigte Bohrung vorhanden sein, durch die das Räumwerkzeug eingeführt werden kann. Der Bohrungsdurchmesser liegt zwischen 8 und 125 mm, die Bohrungstiefe darf das Fünffache des Bohrungsdurchmessers nicht überschreiten. In Sonderfällen sind Öffnungsweiten von 3 mm bis 400 mm und Bohrungstiefen bis zu 10 m möglich.
2. Außenräumen : Dieses Verfahren dient zur Bearbeitung nicht geschlossener Flächen wie Ebenen, Formflächen, Nuten, Federnuten, Zapfen und Außenverzahnungen. Es eignet sich besonders für die Bearbeitung relativ großer Flächen und zusammengesetzter Oberflächen in der Serienfertigung, beispielsweise von Zylinderblöcken, Lagersitzen und Pleuelstangen in Automobilen und Traktoren. Die Maßgenauigkeit des Räumprofils erreicht IT8-5, die Oberflächenrauheit Ra 2.5-0.04 µm und die Räumgenauigkeit der Verzahnung die Güteklassen 6-8 (JB179-83).
Beim Räumen umfassen die Reihenfolge und das Verfahren zum Entfernen der Bearbeitungszugabe von dem Werkstück den Umformtyp, den progressiven Typ, den Rundschnitttyp und den umfassenden Rundschnitttyp.
1. Umformungstyp. Die Bearbeitungsgenauigkeit ist hoch, die Oberflächenrauheit gering, aber die Effizienz ist niedrig; die Länge des Räumwerkzeugs ist groß, und es wird hauptsächlich zur Bearbeitung kleiner und mittelgroßer runder Löcher und zur Umformung von Oberflächen mit hohen Präzisionsanforderungen verwendet.
2. Das progressive Räumverfahren eignet sich zum Schruppen komplexer bearbeiteter Oberflächen, wie z. B. Vierkantlöcher, Polygonlöcher und Keilwellenlöcher usw. Die bei diesem Verfahren verwendete Räumnadel ist einfacher herzustellen, die Qualität der bearbeiteten Oberfläche ist jedoch gering.
3. Die runde Schneidart bietet eine hohe Schneidleistung und kann die Länge der Räumnadel reduzieren, jedoch ist die Qualität der bearbeiteten Oberfläche schlecht.
4. Das umfassende Rundräumverfahren wird sowohl für das Schruppräumen mittels Radräumverfahren als auch für das Feinräumen mittels Umformverfahren eingesetzt. Es vereint die Vorteile beider Verfahren und findet breite Anwendung beim Räumen von Rundlöchern.
Hinweise zum Räumen
Beim Räumen von normalem Baustahl und Gusseisen beträgt die Schruppziehgeschwindigkeit üblicherweise 3 bis 7 m/min, die Feinziehgeschwindigkeit weniger als 3 m/min. Bei schwer zerspanbaren Metallen wie Superlegierungen oder Titanlegierungen lassen sich nur mit Hartmetall- oder Schnellarbeitsstahl-Räumwerkzeugen auf einer Hochgeschwindigkeits-Räummaschine mit hoher Steifigkeit vergleichbare Ergebnisse bei Geschwindigkeiten von 16–30 m/min oder mehr erzielen. Die Spiralräumvorrichtung ermöglicht die relative Linear- und Drehbewegung zwischen Spiralzahnräumwerkzeug und Werkstück und eignet sich zum Räumen von Innengewinden, Spiralverzahnungen und Spiralverzahnungen. Beim Räumen werden üblicherweise Kühlschmierstoffe mit guten Schmiereigenschaften, wie z. B. Schneidöle und Hochdruckemulsionen, eingesetzt. Beim Hochgeschwindigkeitsräumen sind die Schnitttemperaturen hoch, weshalb häufig chemische Kühlschmierstoffe und Emulsionen mit guten Kühleigenschaften verwendet werden. Wird die innengekühlte Räumnadel verwendet, um das Kühlschmiermittel unter hohem Druck in jede Spannut der Räumnadel einzuspritzen, so wirkt sich dies positiv auf die Oberflächenqualität aus, verringert den Werkzeugverschleiß und steigert die Produktionseffizienz.