Modeling of broaching for optimization purposes

Abstract

ÖZET Broşlama işlemi yüksek verimlilik ve kalite elde edilebilecek bir metal işleme yöntemidir. Kaba talaş, ince talaş ve yüzey bitirme işlemleri tek strokta yapılabildiği için takım ve iş parçası bağlama zamanını azaltır ve yüksek verimlilik sağlar. Broş tığının dönmek yerine düz hareket etmeside iyi derecede yüzey kalitesi elde edilmesinin bir sonucudur. Broşlama işleminin en büyük dezavantajı kesme hızı dışındaki diğer kesme koşullan tamamıyla broş tığının tasarımına bağımlıdır. Broş tığı tasarlandıktan sonra kesme koşullarım değiştirmek ancak yeni bir tasarım ile mümkündür. Bu sebepten dolayı broşlama işleminin modellenmesi ve analiz edilmesi, broş tığlarının geliştirilmesi için çok gerekli bir işlemdir. Bu tezde, broş işleminin modellenmesi ve iyileştirilmesi yapılmıştır. Kesme kuvvetleri, dişlerde oluşan gerilmeler, parça deformasyonlan kesme modelleri ve sonlu elemanlar metodu kullanılarak modellenmiş ve analiz edilmiştir. Bu analizler sonucu elde edilmiş olan genel denklemler, örnek olarak zor bir işlem olarak bilinen türbin disklerinde bulunan formların üretilmesinde uygulanmıştır. Elde edilen modeller bir simulasyon programı yazılarak kesme kuvvetleri, gücü, dişlerde oluşan gerilmeleri ve parça deformasyonlannı tahmin etmekte kullanılır. Bu talıminler ayni zamanda tığda nasıl iyileştirmeler yapılabileceği konusunda yardımcı olur. Bu uygulamalar örneklerle desteklenmiştir.

ABSTRACT High productivity and high quality can be achieved in broaching if the process is applied properly. Roughing, semi-finishing and finishing can be performed in one stroke of the tool increasing productivity and reducing set-up time. Furthermore, high quality surface finish can be obtained due to straight motion of the tool. One big disadvantage of broaching is that all process parameters, except cutting speed, are built into broaching tools. Therefore, it is not possible to modify cutting conditions during the process once the tool is manufactured. Improved design of broaching tools needs detailed modeling and analysis of the broaching process. In this thesis, tool optimization method and process models are presented. Cutting forces, tooth stresses, part deflections are modeled and analyzed using cutting models and FEA. The results of the analysis are summarized in analytical forms so that they can be used for different cases although in this thesis turbine disc broaching is considered as the application which is one of the most complex broaching operations. The developed models are implemented into a simulation program and the force, power, tooth stress and part deflection predictions are presented. The broach tool design is improved. Applications of the model for improved tool design are demonstrated by examples.