Broach 설계

1. 브로치의 제작 유의 사항.

각 절삭날의 다듬질 양을 균일하게 할 것.
소용 동력이 적게 들도록 할 것.
절삭력이 한쪽 날에 많이 걸려서 브로치에 휨이나 진동이 일어나지 않도록 할 것.

2. 인장부의 형태.

브로칭 머신에 맞게 인장부 (Pull End)의 형태를 선정한다.

3. 뒤쪽 물림부의 형태

브로칭 머신에 맞게 뒤쪽 물림부 (Retriever End)의 형태를 선정한다.

4. 절삭 깊이 및 비절삭 저항

가공물 재질 Work material	날당 절삭 깊이 Cutting depth / Tooth (μm)			비절삭 저항 Specific cutting resistance (kN/mm²)
가공물 재질 Work material	원형 Round Broach	스플라인 S	표면 Surface Broach	비절삭 저항 Specific cutting resistance (kN/mm²)
탄소강 Carbon Steel	10 ~ 20	25 ~ 30	30 ~ 70	2.94 ~ 3.92
합금강 Alloy Steel	10 ~ 20	25 ~30	30 ~ 70	2.94
주철 Cast Iron	25 ~ 40	25 ~ 40	50 ~ 75	1.96
가단주철 Malleable Cast Iron	25 ~ 35	25 ~ 35	50 ~ 75	1.35 ~ 2.94
스테인리스 강 Stainless Steel	20 ~ 30	20 ~ 30	30 ~ 60	3.92
비철합금 Non-Ferrous Alloy	35 ~ 50	30 ~ 40	60 ~ 100	0.98 ~ 1.96

5. 절삭속도 (Cutting Speed)

절삭속도는 가공물의 정밀도, 표면조도 및 공구의 수명에 영향이 있다.
일반적인 속도는 아래 도표를 참조 바랍니다.

가공물 재질 Work material		절삭속도 Cutting Speed
강 Steel		3 ~ 8 m/min
스테인리스 강 Stainless Steel	인성이 큰 경우 Tough	2.5 m/min
스테인리스 강 Stainless Steel	쾌삭재 Free Machining	6 ~ 8 m/min
주철 , 가단주철 Cast Iron , Malleable Cast Iron		10 m/min
청동, 황동 Bronze, Brass		10 m/min
알루미?X Aluminum Alloys		10 m/min
마그네슘 Magnesium		10 m/min

6. 위면 경사각(Face Angle) 및 여유각(Relief Angle)

가공물 재질 Work material		위면 경사각 Face Angle ?/td>	여유각 Relief Angle γ<
강 Steel	저 인장 응력	13°~ 20°	2°
	중 인장 응력 Middle Tensile Strength	10°~ 15°	2°
	고 인장 응력 High Tensile Strength	10°~ 13°	2°
주철 , 가단주철 Cast Iron , Malleable Cast Iron		10°	2°
청동, 황동 Bronze, Brass		3°	30°
알루미?X Aluminum Alloys		15°~ 20°	2°

7. 절삭유

절삭유는 브로치의 수명 및 가공 정밀도에 영향을 있으므로 피삭재의 재질에 따라 선택에 주해야 한다.

가공물 재질 Work material	절삭유 Cutting Fluids
강 Steel	극압유 Active sulfur-chorine type oil
스테인리스 강 Stainless Steel	극압유 Active sulfur-chorine type oil
주철 Cast Iron	수용성 절삭유 (솔류우블형) 또는 건식 절삭 Water soluble Oil or Dry cutting
동합금 Copper Alloy	혼성유 Compound Oil
알루미늌 Aluminum Alloys	수용성 절삭유 (솔류우블형) Water soluble Oil

8. 절삭 계산.

8.2 피치 및 날의 높이 계산

$$ P = C ^ \frac{1}{2} $$ (P : 피치 , L : 절삭 길이, C : 1.2 ~ 2.0)

h(Depth of Gullet) = (0.35 ~ 0.5) · P

8.4 Chip Space

Chip Space 는 칩이 끼이는 현상을 방지하려면 칩 발생량(Chip Volume, L x t ) 의 6배 이상으로 한다.
Chip Space > Chip Volume x 6

8.5 동시 절삭 날수

동시 절삭 날수는 2 개 이상으로 한다.
n = L / P (소수점 이하는 올림으로 할 것)

8.6 절삭 하중 계산

예상하중 (kN) = 절삭폭 (mm) x 날당 절삭 깊이 (mm) x 비절삭 저항 (kN/mm²) x 동시 절삭 날수
안전 하중 (kN) = 1.8 x 예상하중 (kN)

8.7 계산 예)

각형 스플라인 : 20 x 16 x 6 x 6 SP , 합금강 (Alloy Steel) , 절삭부 길이 : 25 mm
Pitch = 1.5 ·25 ^1/2= 7.5 mm
동시 절삭 날수 = 25 mm / 7.5 mm = 3.3 개 (소수점 이하는 올림) -⇨ 4 개
삭 깊이 = 0.025 mm/날 , 비절삭 저항 : 2.94 kN/mm²

예상하중 (kN) = (4.0 x 6.0) mm x 0.025 mm x 2.94 kN/mm²x 4 = 7 kN

안전 하중 (kN) = 1.8 x 7 kN = 12.6 kN

9. 브로치 길이 및 장비 이송거리

브로치의 길이는 장비의 이송거리 및 지그에 제한을 받습니다.

절삭 날의 길이 (Length of Cutting Teeth)
뒤쪽 물림부 (Rear Shank Length)
장비 최대 이송거리 (Max. Machine Stroke)
절삭 이송량 (Length of Cut)

Length of Cutting Teeth + Rear Shank Length < Max. Machine Stroke
Required Stroke = Length of Cutting Teeth + Rear Shank Length + Length of Cut
Required Stroke < Max. Machine Stroke

10. 공작물의 경도.

일반적으로 브로치로 가공하는 공작물의 경도는 200 ~ 300 HB 이다.
경도 300 HB 의 경우에도 사용되나 공구의 수명이 떨어지므로 주의 해야 한다.
너무 무른 재질을 절삭하는 경우에는 균열형 칩이 발생함으로 주의 해야 한다.

균열형 칩 (Tear Type Chip)
절삭날의 진행에 따라서 순간적으로 균열을 발생하여 생기는 칩.
주철, 동 합금과 같이 무른 재료에 발생한다.

11. 브로치 재연마 (Regrinding)

브로치의 재연마 주기는 매우 중요한다.
재연마 주기는 브로치의 손상 및 수명 단축의 원인이 된다.

가공물의 치수불량이 있을 경우
절삭날의 표면 마모가 0.2 mm 이상인 경우
절삭날에 칩핑(Chipping) 현상이 발생한 경우

𝜙D : 연삭 숫돌 직경,
𝜙d: 스플라인 외경
δ : 연삭 숫돌 셋팅 각 (Setting angle ofWheel head),
θ : 위면 경사각 (Face Angle)