Precisie Machine Shops: De Kunst van Brochen Meesteren

Brochen is een bewerkingsproces dat een snijgereedschap met tanden gebruikt die in grootte toenemen van voren naar achteren. In veel gevallen kan een heel oppervlak (of meerdere oppervlakken) in een enkele pas worden afgerond met brochen. De techniek wordt meest toegepast om gaten, splines en platte oppervlakken te verfijnen.

Brochen is een relatief nieuw bewerkingsproces, ontwikkeld in de 1850er jaren met metaalspecifieke toepassingen. Oorspronkelijk werd brochen gebruikt om werk te verrichten op interne kenmerken, zoals sleutelgaten in katrollen en tandwielen. Tijdens de 20e eeuw werd brochen verder ontwikkeld voor gebruik in vuurwapens, en latere ontwikkelingen hebben de toleranties dramatisch verbeterd en brochen veelzijdiger gemaakt voor moderne machine shops.

Hoe Brochen Werkt

Het snijgereedschap dat bij brochen wordt gebruikt, heet een "broach". Dit lineaire, getande snijgereedschap lijkt in profiel op een zaag, maar breedte en tandconfiguratie kunnen aanzienlijk variëren. Broachtanden zijn precies ontworpen zodat elke tand iets hoger staat dan de vorige. Naarmate de broach langs het werkstuk beweegt, maakt elke tand een kleine snede in het oppervlak en voert een spaan weg van het werkstuk. Het hoogteverschil tussen de eerste en de laatste tand heet de "rise", en vertegenwoordigt de maximale hoeveelheid materiaal die een broach kan verwijderen.

Snijgereedschappen voor Brochen

Het brochproces is relatief simpel, met een brochmachine die de broach lineair langs het werkstukoppervlak beweegt met voldoende kracht om materiaal te verwijderen. Broaches zelf zijn echter complexer dan veel snijgereedschappen. Broaches worden vaak ontworpen voor specifieke taken, en kunnen veel vormen en maten aannemen. Er zijn verschillende brochcategorieën die verband houden met het te verrichten werk en de brochmachine die de kracht levert.

• Duw broach: gereedschap ontworpen om door de brochmachine geduwd te worden
• Trek broach: gereedschap ontworpen om door de brochmachine getrokken te worden
• Stationaire broach: gereedschap ontworpen om stationair te blijven terwijl een machine het werkstuk beweegt

Binnen deze subtypen kunnen broaches variëren wat betreft tandconfiguratie en dwarsdoorsnede. De eenvoudigste broaches, ontworpen om een enkel oppervlak te snijden, kunnen rechthoekig in dwarsdoorsnede zijn met een enkele set snijtanden. Omdat broaches vaak interne kenmerken snijden, variëren hun dwarsdoorsnedes uitgebreid afhankelijk van het te verrichten werk. De afbeelding aan de top van dit artikel illustreert verschillende voorbeelden van broch dwarsdoorsnedes en tandconfiguraties.

Daarnaast kunnen broaches zelf op een aantal verschillende manieren worden geproduceerd. Massieve broaches zijn de meest voorkomende en minst dure om te maken, en bestaan uit een broach bewerkt uit een enkel stuk materiaal. Andere broaches bestaan uit een sterke as met snijtanden bevestigd rond de parameter. Deze tanden kunnen dan worden verwijderd, maar de as kan herbruikt worden met andere tandconfiguraties. Grote broaches worden vaak in secties gemonteerd, zodat sommige rijen gescheiden kunnen worden voor scherpen of vervangen terwijl andere rijen op de as gemonteerd blijven.

Verschillende componenten van elke broach dienen specifieke doeleinden. De eerste paar rijen tanden die in contact komen met het werkstuk, worden "spanbrekers" genoemd, terwijl de laatste paar rijen tanden vaak "afwerktanden" zijn. Midden tanden zijn bestemd voor diverse doeleinden, van ruw tot half-afwerken.

Het volgende diagram, gedeeld via Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported, illustreert de componenten van een trek broach.

Typen Brochmachines

Eenvoudig brochen kan worden uitgevoerd met een arbor pers, maar meer complexe operaties vereisen gespecialiseerde brochmachines. Verschillende kenmerken van broaches hangen af van de machine die gebruikt zal worden om ze over het werkstuk te bewegen. Zoals hierboven vermeld, trekken sommige brochmachines het snijgereedschap terwijl anderen het duwen. Traditionele brochmachines zijn verticaal georiënteerd, de broach in een omhoog of omlaag richting bewegend. Andere zijn horizontaal georiënteerd, en omdat ze de snijgereedschappen vaak in steunen vastzetten, kunnen ze langere lengtes accommoderen zonder significante buiging. Sommige brochmachine typen zijn:

• Verticale pull-down broch machines: het piloot-einde van de broach is onder het werkstuk bevestigd, met de spanbrekers boven het werkstuk. De machine trekt de broach omlaag zodat alle tanden langs het werkstuk passeren.
• Continue oppervlakte-broch machines: broaches zijn stationair en het werkstuk wordt getrokken of geduwd langs de tanden in successie.
• Rotatie broch machines: werkstukken worden vastgehouden in spannen op een roterende tafel die ze langs stationaire broaches voert. Met de juiste configuratie kan rotatie brochen ook in een draaibank worden uitgevoerd.

Voordelen van Brochen

Brochen kan een ideaal proces zijn voor veel CNC-bewerkingstoepassingen. Een sleutelvoordeel van brochen is dat machineoperators brochoperaties met weinig training kunnen uitvoeren. Omdat de complexiteit in het gereedschap zelf zit, vereisen er tijdens productie heel weinig parameters aanpassing. Misschien het belangrijkste: brochen kan tijd besparen omdat het snijproces zelf snel en gemakkelijk herhaalbaar is.

Vergeleken met zagen en slijpen, oefent brochen echter vaak grotere kracht uit op werkstukken. Bewerkingsprofessionals moeten ervoor zorgen dat het werkstukmateriaal sterk genoeg is om de krachten die betrokken zijn bij brochen te weerstaan. Verder, als intern brochen vereist is, moet er een gat in het werkstuk worden gemaakt door gieten of boren voordat brochen mogelijk is.

Uiteindelijk komt de keuze om brochen te gebruiken boven andere bewerkingsprocessen vaak neer op drie factoren: volume, apparatuur en snede. In sommige gevallen kunnen standaard brochontwerpen worden gebruikt, maar maatwerk broaches zijn duur om te produceren en vereisen dus hoge productievolumes om economisch haalbaar te zijn. Brochmachines zijn niet zo veelvoorkomend in machine shops als freesbanken, draaibanken en boormachines, dus andere processen kunnen worden gebruikt om outsourcing of aankoop van nieuwe apparatuur te vermijden. Toch zijn er veel gevallen waarin brochen de enige manier is om materiaal in het gewenste patroon te snijden. Zelfs met tooling-aanpassingen kunnen freesmachines, draaibanken, boormachines of boormachines niet alle kenmerken produceren die met brochen mogelijk zijn.

Meer uit onze serie "Wat Precisie Machine Shops Doen"

• Inleiding
• Frezen
• Draaien
• Boren
• Draaien
• Zagen
• Brochen

Leer meer over CNC-apparatuur en technieken uit onze gratis ebook, de CNC Machining Process Guide