خانه / مقالات و مطالب آموزشی-ترویجی / آشنایی با فرآیند خان کشی

آشنایی با فرآیند خان کشی

تالیف: علیرضا ضرابیان

 شماره مقاله/مطلب آموزشی-ترویجی: ۹۵۰۰۰۱

اعتبار علمی و فنی این مقاله/مطلب آموزشی-ترویجی به تایید مولف/مترجم آن رسیده است و کمیته فنی متناظر ماشین ابزار ایران در قبال آن مسوولیتی ندارد

چکیده

 

در این مقاله فرایند خان کشی بعنوان یکی از فرایندهای ماشینکاری معرفی شده و قابلیت های آن با فرایندهای تولیدی مشابه مقایسه می گردد. توضیحاتی از بعضی از مزیتها و محدودیت های روش، ابزارهای مورد استفاده و نهایتا ماشین آلات آن به صورت اجمالی ارایه می شود.

واژه های کلیدی: فرایند خان کشی، ابزار خان کشی، استاندارد، انواع ماشین خان کشی

فرایند خان کشی

فرایند خان کشی۱، یک فرایند ماشینکاری است که در آن یک ابزار برش با لبه های متعدد با عبور از داخل و یا روی سطح قطعه، مواد را در راستای محوری، از روی سطح قطعه کار بر می دارد.  همانطور که در شکل ۱ ملاحظه می شود، قطعه کار در این فرایند با تجهیزات مناسب در جای خود بسته شده و ابزار به صورت خطی از درون یا بیرون آن عبور می نماید. در بعضی از فرایندهای خان کشی، حرکت خطی ابزار همراه با حرکت دورانی آن حول محور خود است که می تواند برروی سطوح داخلی لوله ها شیارهای مارپیچ ایجاد نماید.

شکل 1: حرکت ابزار در فرایند خان کشی
شکل ۱: حرکت ابزار در فرایند خان کشی [۱]
این فرایند به دلیل نیاز به سرمایه گذاری اولیه سنگین و هزینه عملیاتی پایین بعنوان یکی از روش های تولید انبوه در صنعت خودرو سازی، انرژی، ساخت دنده و مهمات سازی استفاده می شود. نمونه قطعاتی که با این روش تولید می شود در شکل ۲ نشان داده شده است. خان کشی در ابتدا برای ایجاد جا خارهای داخلی ابداع  گردید ولی قابلیت های متمایز آن در تولید انبوه سبب توسعه سریع آن برای کاربردهای متفاوتی در سیلندرهای داخلی و خارجی، سطوح تخت و  سایر شکل های پیچیده شد.

شکل 2: نمونه قطعات قابل تولید با فرایند خان کشی
شکل ۲: نمونه قطعات قابل تولید با فرایند خان کشی [۲]

مزایا و معایب عملیات خان کشی

جدول ۱ مزایا و معایب عمده عملیات خان کشی نسبت به سایر فرایندهای مرسوم ماشینکاری را نشان می دهد.

جدول ۱: مزایا و معایب فرایند خان کشی

مزایا معایب
· بعضی از قطعات فقط با فرایند خان کشی قابل تولید است.

· تقریبا هیچ محدودیتی در سطح مقطعی که با فرایند خان کشی قابل تولید است وجود ندارد.

· نرخ تولید آن بالاست.

· امکان ایجاد و حفظ رواداری های بسته ابعادی و کیفیت سطوح بالا در این فرایند وجود دارد.

· در تیراژ بالا اقتصادی تر از روش هایی نظیر فرزکاری و سنگزنی است.

· به دلیل ویژگی های و  فرایند های ساخت ابزار، قیمت ابزار های آن بالا است.

· فقط برای تولید انبوه اقتصادی است.

· به دلیل درگیری همزمان تعداد زیادی لبه برشی نیروی زیادی برای انجام عملیات نیاز است.

· شکل باید به گونه ای باشد که هیچ مانعی در مسیر عبور کامل ابزار از بین قطعه کار وجود نداشته باشد.

· در خان کشی داخلی، حتما باید یک سوراخ برای ورود ابزار به قطعه از قبل ایجاد شده باشد.

· نیروی بالای ماشین کاری نیاز به ماشین آلات صلب دارد.

· تجهیزات نگهدارنده قطعه کار از قیمت بالایی برخوردار هستند.

در جدول ۲ مقایسه ای از عملیات خان کشی با بعضی فرایندهای تولیدی در تولید فیچر های مشابه ارایه شده که می تواند تا حدی قابلیت های این فرایند را مشخص نماید.

جدول ۲: مقایسه فرایند خان کشی با برقوکاری و فرز کاری در تولید قطعات مشابه

در مقایسه با برقو زنی در مقایسه با فرزکاری
· خان کشی می تواند رواداری (تلرانس) بسته تری را برای تعداد بالاتری تولید حفظ نماید.

· ابزار برقو بغیر از فرم های دایره برای سایر فرم ها دارای محدودیت است.

· هزینه ابزار برقو بسیار کمتر است و به صورت کلی هزینه سربار تولید نسبت به خان کشی بسیار کمتر است.

· رواداری ها (تلرانس ها) در خان کشی بسته تر است.

· امکان تولید گوشه های تیز و زیر برش هایی که در فرزکاری قابل تولید نیست با خان کشی میسر است.

· محدودیت عبور ابزار از مقطع اجازه تولید همه قطعات با خان کشی را نمی دهد.

· هزینه ابزار فرز بسیار کمتر است و به صورت کلی هزینه سربار تولید نسبت به خان کشی بسیار کمتر است.

ابزار در  فرایند خان کشی

قلب عملیات خان کشی، ابزارهای مورد استفاده در آن می‌باشد. در این ابزارها معمولا ابزارهای خشن، نیمه پرداخت و پرداخت در قالب یک ابزار با هم ترکیب شده اند. در خان کشی همیشه شکل سطح مقطع ابزار معکوس مقطع برش است.

شکل 3: لبه های برشی ابزار خان کشی
شکل ۳: لبه های برشی ابزار خان کشی [۱]
روش کار ابزارها به این شکل است که برای رسیدن به فرم نهایی ابتدا فرم مقطع مورد نظر ارزیابی می شود. و مقدار موادی که در عملیات خشن و نیمه پرداخت و در انتها پرداخت  باید برداشته شود، مشخص می گردد. سپس در ادامه طراحی جزییات ابزار، نظیر مقدار بار برای هر لبه۲، فضای جمع شدن براده۳، زاویه های برش۴ و نهایتا نیروی برش۵  براساس جنس ماده قطعه کار انتخاب و تعیین می شود. در ابزار خان کشی، لبه های برنده به شکلی طراحی شده است که هر لبه اندکی از لبه قبلی بلند تر است تا بخشی از بار باقی مانده را بردارد. شکل ۳ لبه های متوالی و این عملکرد را توصیف می کند.

در شکل های ۴ و ۵ ابزارهای گرد۶ و تخت۷ نمایش داده شده اند که به ترتیب برای عملیات خان کشی داخلی و خارجی مورد استفاده قرار می گیرند.

شکل 4: سمت راست ابزار خان کشی داخلی و سمت چپ ابزار خان کشی خارجی
شکل ۴: ابزار خان کشی داخلی

 

شکل 5: ابزار خان کشی خارجی
شکل ۵: ابزار خان کشی خارجی

یکی از مهمترین استانداردها برای طراحی ابزارهای خان کشی استاندارد DIN 1416 می باشد. در این استاندارد رهنمود هایی در خصوص طراحی ابزار مورد بحث قرار گرفته است.

تعدادی از  استانداردهای DIN که در حوزه طراحی ابزارهای خان کشی مورد استفاده قرار می گیرد، در جدول ۳ فهرست شده اند.

جدول ۳: استانداردهای مرتبط با طراحی ابزار در خان کشی [۳]

No

Standard
Standard title  year of publiation
۱ DIN 1409 High-speed steel broaching tools – Technical delivery conditions ۲۰۰۰
۲ DIN 1415 Part 1-5 Type of Broaching Tools ۱۹۷۰
۳ DIN 1416 Broaching tools; design of tooth and tooth space ۱۹۷۱
۴ DIN 1417 Part 1-6 Broaching tools; rectangular end pieces ۱۹۷۰
۵ DIN 1418 part 1-2 Holders for broaching tools with shanks and end pieces ۱۹۷۰,۷۲
۶ DIN 1419 Broaching tools; internal-broaching tools with exchangeable broaching bushes; main dimensions ۱۹۷۰
۷ DIN 6580 Terminology of chip removing; movements and geometry of the chip removing process ۱۹۸۵
۸ DIN 6581 Terminology of chip removing; reference systems and angles on the cutting part of the tool ۱۹۸۵

از آنجا که طبیعت عملیات خان کشی ناپیوسته است و ابزار تحت بار غیر یکنواخت و ضربه ای قرار دارد، هنوز استفاده از ابزار های با فولاد تند بر۸ (HSS) در این فرایند بسیار مرسوم است هر چند در سالهای گذشته استفاده از ابزار خان کشی با تیغچه تعویض شونده از جنس تنگستن کارباید در حال توسعه است.

ماشینهای خان کشی

ماشین های خان کشی، برای کاربردهای مختلف در انواع مختلف تولید می شوند. مهمترین معیارهای طبقه بندی این ماشین ها در شکل ۶ نشان داده شده است. با توجه به کاربری این ماشین ها در تولید انبوه و ناپیوستگی ناشی از انتقال ابزار، بعضی از ماشین ها به ابزارها و امکانات کمکی برای جابه جایی قطعه و ابزار مجهز هستند.

شکل6: طبقه بندی ماشین های خان کشی
شکل۶: طبقه بندی ماشین های خان کشی [۱]
در شکل ۷ تصویر یک نمونه ماشین خان کشی عمودی نمایش داده شده است که در صنعت انرژی برای تولید قطعات دوار توربین های نیروگاهی استفاده می شود. شکل ۸ نیز نمونه ای از قطعه تولیدی (ایجاد شیار) با این نوع ماشین را نشان می دهد.

شکل 7: ماشین خان کشی عمودی
شکل ۷: ماشین خان کشی عمودی [۴]
شکل 8: نمونه دیسک توربین تولید شده توسط خان کشی
شکل ۸: نمونه دیسک توربین تولید شده توسط خان کشی [۴]

مراجع

[۱] Asm Metals Handbook Volume 16 – Machining, Third printing, March 1997, p. 405 to 415

[۲] www.wikipedia.org

[۳] www.din.de

[۴] nachi-fujikoshi.co.jp

پی نوشت

۱ Broaching

۲ Rise per tooth

۳ Chip chamber

۴ Cutting Angles

۵ Cutting Force

۶ Round broach

۷ Flat broach

۸ High Speed Steel