Phay lược (Broaching) và Phay CNC tạo hình (Shaping) cho then hoa trong hộp số: Độ phức tạp và Chi phí dụng cụ

Giới thiệu

Khi thiết kế hoặc sửa chữa hộp số, một trong những thách thức thường xuyên là gia công then hoa bên trong. Hai quy trình phổ biến nhất – khoan broaching và Gia công Định hình CNC – thường gây ra nhiều tranh luận giữa các kỹ sư về phương pháp nào tốt hơn. Sự thật là, không có câu trả lời chung cho tất cả các trường hợp. Lựa chọn đúng phụ thuộc vào hình dạng chi tiết, khối lượng sản xuất và chi phí dài hạn của dụng cụ.

Với hơn một thập kỷ kinh nghiệm trong sản xuất các bộ phận hộp số, đội ngũ của chúng tôi đã vận hành cả máy broach và máy phay CNC cho các dự án ô tô, hàng không và thiết bị nặng. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ phân tích sự khác biệt giữa chúng bằng các ví dụ thực tế, để bạn có thể đánh giá phương pháp nào phù hợp với yêu cầu then hoa cụ thể của bạn.

Broaching Là Gì?

Broaching sử dụng một dụng cụ dài có nhiều răng cắt, lần lượt tạo hình then hoa khi di chuyển qua lỗ.

• Phù hợp nhất cho: Các đơn hàng với sản lượng trung bình đến cao trong đó hình dạng then hoa được chuẩn hóa.

• Thời gian chu kỳ: Thường dưới 20 giây mỗi chi tiết sau khi thiết lập xong.

• Độ nhẵn bề mặt: Rất tốt, với giá trị Ra khoảng 0.8–1.2 µm.

• Hạn Chế: Chi phí ban đầu cho dụng cụ cao ($8,000–$20,000 mỗi dụng cụ broach), độ linh hoạt thấp khi hình dạng thay đổi.

Ví Dụ Điển Hình: Trong một dự án hộp số ô tô 5.000 sản phẩm, việc chuyển từ gia công tạo hình sang phay lăn răng đã giảm thời gian chu kỳ xuống 78% và giảm chi phí mỗi sản phẩm gần 4,20 USD. Tuy nhiên, khi khách hàng sau đó yêu cầu một điều chỉnh không theo tiêu chuẩn, một dao phay mới là cần thiết – kéo dài thêm sáu tuần và tốn thêm 12.000 USD cho dự án.

Gia công tạo hình CNC là gì?

Gia công tạo hình CNC (đôi khi gọi là phay then) sử dụng một dụng cụ một điểm di chuyển qua lại bên trong lỗ, cắt từng răng một trên trục then.

• Phù hợp nhất cho: Sản xuất với số lượng thấp đến trung bình, mẫu thử hoặc thiết kế trục then tùy chỉnh.

• Thời gian chu kỳ: Chậm hơn, dao động từ 3 đến 7 phút tùy thuộc vào số lượng răng trên trục.

• Tính linh hoạt: Chi phí dụng cụ thấp (thường từ 200–500 USD cho một dao định hình), và các thay đổi thiết kế chỉ yêu cầu điều chỉnh phần mềm CAM.

• Hạn Chế: Thời gian gia công kéo dài và dao mòn nhanh hơn khi xử lý vật liệu tôi cứng.

Thông tin từ xưởng sản xuất: Đối với một hộp giảm tốc hàng không vũ trụ có then hoa bên trong phức tạp 27 răng, việc gia công xọc (broaching) thậm chí không thể thực hiện được do vấn đề về khoảng trống của dụng cụ. Gia công định hình CNC đã tạo ra chi tiết đạt dung sai chấp nhận được trong thời gian 4,8 phút trên mỗi chi tiết - vẫn mang tính cạnh tranh đối với lô hàng 300 chi tiết.

So sánh Độ phức tạp và Chi phí Dụng cụ

Nên chọn quy trình nào?

Quyết định thường phụ thuộc vào việc cân bằng giữa sản lượng và tính linh hoạt :

• Nếu bạn đang nấu vài chục nghìn hộp số với hình dạng trục then hoa tiêu chuẩn → Khoan broaching chi phí trên mỗi bộ phận thấp hơn.

• Nếu bạn đang trong giai đoạn phát triển nguyên mẫu, sản xuất số lượng thấp hoặc đang xử lý các rãnh then không tiêu chuẩn → Gia công Định hình CNC mang lại sự linh hoạt mà bạn cần.

• Cho sản xuất trung bình (500–2.000 chiếc) , nhiều xưởng sản xuất kết hợp: tạo hình nguyên mẫu trước, sau đó chỉ đầu tư vào một dao phay then khi hình học đã được xác định.

Những Điều Rút Ra Thực Tế Dành Cho Kỹ Sư và Người Mua

1. Tính toán tổng số lượng sản phẩm trong suốt vòng đời trước khi quyết định đầu tư vào dụng cụ phay then.

2. Kiểm tra hình học chi tiết và khoảng trống của dụng cụ —không phải tất cả các rãnh then bên trong đều có thể phay được.

3. Đánh giá các thay đổi thiết kế trong tương lai —một điều chỉnh nhỏ trên then hoa có thể khiến một dao phay đĩa đắt tiền trở nên lỗi thời.

4. Cân nhắc gia công phụ : Một số xưởng cơ khí duy trì thư viện các dao phay đĩa tiêu chuẩn để phân bổ chi phí cho nhiều khách hàng.

Cả phay đĩa và phay định hình CNC đều là những phương pháp đã được kiểm chứng để sản xuất then hoa bên trong hộp số, nhưng mức độ phù hợp của chúng phụ thuộc vào các ưu tiên của bạn. Phay đĩa phù hợp xuất sắc với các công việc có khối lượng lớn và lặp lại, trong khi phay định hình CNC mang lại sự linh hoạt vượt trội cho các dự án phức tạp hoặc có số lượng thấp. Bằng cách cân nhắc kỹ lưỡng mức độ phức tạp và chi phí dụng cụ, các kỹ sư và nhóm mua hàng có thể tránh được các khoản chi phí không cần thiết và đảm bảo độ tin cậy cho hộp số.