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3D打印大型切削工具,輕量化優(yōu)勢為機加工行業(yè)帶來變革

魔猴君  行業(yè)資訊   969天前

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導讀:在數(shù)控加工(CNC)行業(yè)中,對較大工件的加工需要用到較大、較重的切削工具。切削工具多是采用傳統(tǒng)的粉末冶金方法制成,但在涉及到尺寸較大的、復雜結構的工件時,其生產(chǎn)成本也會相應增加。為了復雜大尺寸工件成型難的問題,制造商們將目光轉向了增材制造。

2022416日,國外制造商Star SU Neher公司采用3D打印技術生產(chǎn)出了輕質的、擁有多功能的大型工具件,并提高工具使用壽命和性能。

隨著航空航天和汽車等終端市場對大型零件需求量增加,對大型切削工具的需求也越來越大。電動汽車尤其如此,它的定子外殼可能超過230毫米。但更大的切削工具意味著重量的增加,這可能導致一系列問題,包括主軸損壞、工具從主軸上掉下來和增加噪音。為了避免這些問題,制造商可能不得不投資于具有特殊設計的主軸接口的機床,這些擔憂也導致航空航天業(yè)制定了限制切削工具重量的準則。

StarSU

為了解決刀具重量增加帶來的設備易損壞問題,Star SU Neher采用了另一種方法:3D打印切削刀具,不僅使大型銑刀符合重量要求,而且確保它們的性能和壽命超過更多的傳統(tǒng)同類產(chǎn)品。

CNC行業(yè)內工具的生產(chǎn)

大多數(shù)3D打印工具都是單體設計(刀柄集成在刀體中以增加剛性),用于鉸孔、圓插、銑削和面銑操作。Star SU公司的圓形工具銷售經(jīng)理Jamie Dunneback說,這些工具可以變得很大很復雜,有不同的形式,可以加工更大的特征。Neher集團的刀具設計師Christian Matheis說,增加蜂窩狀的內部晶格結構可以使這些刀具的重量減輕30%,而不會影響到扭轉強度。

雖然該公司3D打印了一些標準的工具體(如NEHMO長壽命系列,可以定制不同的邊緣幾何形狀),但99%3D打印工具是定制的。Matheis解釋說:"我們根據(jù)零件的需要來設計每一個工具。所有的3D打印都是在Neher在德國的工廠完成的,它使用DMG MORI Lasertec 30 Dual選擇性激光熔化(SLM)系統(tǒng)來生產(chǎn)鈦、鋁、鋼和不銹鋼材質的工具件?!?/span>


△在選擇性激光熔化(SLM)系統(tǒng)上3D打印刀具

刀具輕量化帶來的效益

除了使切削工具符合航空航天工業(yè)的要求外,輕量化還能帶來一系列的好處。首先,它們對機床來說變得更容易加工。Dunneback解釋說:“它減少了預防性維護,特別是在主軸上。另外,較輕的切削工具不太可能從主軸上掉下來,這是一個很大的問題,特別是對于臥式加工中心。它們的噪音也更小,有助于用戶滿足OSHAA噪音要求,而且它們可以在更廣泛的機床上運行。例如,帶有HSK 63主軸接口的機床不能運行需要HSK 100接口的重型切削工具。然而,相同刀具的3D打印版本可能足夠輕,適合HSK 63接口?!?/span>

△通過在工具體上增加內部網(wǎng)格結構,工具設計者可以在保持扭轉強度的同時減輕多達30%的重量。

Matheis表示,對3D打印的NEHMO Long Life面銑刀具的測試也表明,與傳統(tǒng)生產(chǎn)的刀具相比,刀具壽命提高了40%之多。這部分是因為3D打印允許制造商能夠在切削工具上添加優(yōu)化的冷卻劑通道。傳統(tǒng)上,切削工具中的冷卻劑通道是鉆孔的,這限制了它們的設計,因此也限制了它們的有效性。3D打印的工具可以加入通道,更有效地將冷卻劑輸送到切削刃上。Matheis說,改進后的冷卻液流可以使金屬去除率提高30%,它可以幫助用戶實現(xiàn)最小量潤滑(MQL)。

3D打印工具還具有更好的平衡性,這進一步延長了工具的使用壽命。據(jù)Matheis說,這部分是由于3D打印工藝的準確性和增加一個被動衰減器的可能性。此外,3D打印使工具設計者能夠增加有助于排屑的功能。Matheis說,內部冷卻劑通道可以將切屑沖過工具并排出工作區(qū)。在工具設計中加入導屑器可以進一步幫助排屑。

△除了輕量化,3D打印使工具設計者能夠添加優(yōu)化的通道,直接控制冷卻劑流向切削刃。該公司表示,這可以使刀具壽命提高40%,金屬去除率提高30% ,同時幫助用戶實施最低質量的潤滑。

由于零件的一次性性質,3D打印很適合定制工具。據(jù)Matheis說,3D打印不一定比傳統(tǒng)機械加工快(一個占據(jù)整個打印床的大型工具體需要大約24小時才能生產(chǎn)出來,而幾個較小的工具體也可以在一個批次中打印出來),但它確實減少了所需的機器和工序。傳統(tǒng)加工的刀具主體需要銑削和車削,而3D打印工具體的后處理通常僅限于將PCD尖端釬焊到工具體中,并對切削刃進行激光或侵蝕。

Dunneback說,3D打印工具的釬焊刀片與傳統(tǒng)加工的切削工具一樣,可以進行多次修復。而且,即使是在德國打印的工具,也可以在公司位于北美的工廠進行修復。他說:"我們在密歇根州法明頓山有一個工廠,可以快速修復或改變刀具?!?/span>


來源:https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shendujiedu/42304.html

   
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