Brotering og CNC-forming for indre tannhjul i girbokser: Kompleksitet og verktøykostnader

Introduksjon

Når man designer eller reparerer girbokser, er en av de gjentatte utfordringene maskinering av indre tannhjul. To av de mest vanlige prosessene – broaching og CNC-forming – fører ofte til debatter blant ingeniører om hvilken som er best. Sannheten er at det ikke finnes ett universal­svar. Det rette valget avhenger av delens geometri, produksjonsvolum og langsiktig verktøykostnad.

Etter å ha jobbet med produksjon av girkomponenter i over ti år, har vårt team kjørt både fresa- og CNC-sagmaskiner innen bilindustri, luftfart og tung utstyr. I denne artikkelen vil vi forklare forskjellene med praktiske eksempler, slik at du kan vurdere hvilken metode som passer best for dine spesifikke tannhjulskrav.

Hva er fresa?

Fresa bruker et langt verktøy med flere tenner som gradvis skjærer tannhjulsprofilen mens det beveger seg gjennom hullet.

• Best for: Medium til høy produksjonsvolum der tannhjulsgeometrien er standardisert.

• Syklus tid: Ofte mindre enn 20 sekunder per del når oppsettet er ferdig.

• Overflatebehandling: Utmerket, med Ra-verdier rundt 0,8–1,2 µm.

• Begrensninger: Høye opprinnelige verktøykostnader (8 000–20 000 dollar per fresa), begrenset fleksibilitet når geometrien endres.

Eksempelvis: I et prosjekt med 5000 automative gir, reduserte overgangen fra formforming til broaching syklustiden med 78 % og kuttet kostnaden per del med nesten 4,20 dollar. Men da kunden senere ba om en ikke-standardisert modifikasjon, ble et nytt broach-verktøy nødvendig – noe som la til seks uker og 12 000 dollar til prosjektet.

Hva er CNC-forming?

CNC-forming (noen ganger kalt sporing) bruker et enkeltstående verktøy som beveger seg frem og tilbake inne i boret, og kutter ett splintetann av gangen.

• Best for: Produksjon i små til middels volum, prototyper eller tilpassede splingeometrier.

• Syklus tid: Langsom, mellom 3 og 7 minutter avhengig av antall splinter.

• Fleksjeevne: Verktøykostnaden er lav (typisk 200–500 dollar for et formverktøy), og designendringer krever bare justeringer i CAM.

• Begrensninger: Lengre maskintid og høyere slitasje på verktøy for herdede materialer.

Innsikt fra verkstedet: For en reduksjonsgev på luftfart med en kompleks 27-tannet indre splint, var det ikke mulig å benytte broaching pga verktøy-frihetsproblemer. CNC-forming leverte delen innenfor akseptable toleranser på 4,8 minutter per stykke – fremdeles konkurransedyktig for en serie på 300 enheter.

Kompleksitet og verktøykostnader Sammenlignet

Kva prosess bør du velja?

Valget kjem ofte an på å balansera volum vs fleksibilitet :

• Hvis du lager titusenvis av girkasser med standard profilgeometri → Broaching sigrar når det gjeld delkostnad.

• Hvis du er i protoutvikling, lavvolumeproduksjon eller har å gjøre med ikke-standardiserte sporer → CNC-forming gir den fleksibiliteten du trenger.

• Til middels serier (500–2 000 enheter) , velger mange bedrifter en hybridtilnærming: de former prototypene først, og investerer så i en sporefremskaffer først når geometrien er ferdigstilt.

Praktiske konklusjoner for ingeniører og kjøpere

1. Beregn levetidsvolum for delen før du bestemmer deg for sporefremskaffingsverktøy.

2. Sjekk delens geometri og verktøysklaring – ikke alle indre sporer kan sporefremskaffes.

3. Vurder fremtidige designændringer – en enkelt ændring i en spline kan gøre en dyr brolægning forældet.

4. Overvej underleverandørordre : Nogle maskinværksteder opbevarer en bibliotek med standardbrolægninger for at fordele omkostningerne over flere kunder.

Både brolægning og CNC-formning er afprøvede metoder til fremstilling af indvendige splines i gearkasser, men deres anvendelighed afhænger af dine prioriteringer. Brolægning er fremragende til høje serier og gentagelige opgaver, mens CNC-formning giver uslåelig fleksibilitet til komplekse eller småserier. Ved omhyggelig vurdering af kompleksitet og værktøjsomkostninger kan ingeniører og indkøbsafdelinger undgå unødige udgifter og sikre pålidelighed i gearkasserne.