较大的零件需要更大、更重的切削工具。3D 打印使 Star SU Neher 能够生产轻量级的大型工具主体并添加可提高工具寿命和性能的功能。

3D打印刀具

随着零件变大,切割工具也会变大。但更大的刀具意味着更重的刀具,这会导致机床损坏和刀具从主轴上脱落等问题。Star SU Neher 正在使用
3D 打印来减轻其中一些工具的重量。照片由 Star SU Neher 提供。

航空航天和汽车等终端市场对大型切削刀具的需求日益增长。对于具有大于 230 毫米的定子外壳的电动汽车来说尤其如此。但是更大的刀具意味着更重的刀具,这可能会导致一系列问题,包括主轴损坏、刀具从主轴上掉下来以及增加噪音。为避免这些问题,制造商可能不得不投资具有特殊设计的主轴接口的机床。这些担忧也促使航空航天业制定了限制切削工具重量的指导方针。

刀具制造商Star SU Neher采用了另一种方法:3D 打印刀具主体,不仅可以使更大的刀具符合重量要求,而且还可以确保它们的性能和寿命都超过了更传统的同类产品。

贸易工具

大多数 3D 打印工具是单块设计(将刀柄集成到工具主​​体中以增加刚性),用于铰孔、圆弧插补、铣削和面铣操作。Star SU 的圆形刀具销售经理 Jamie Dunneback 表示,这些刀具可以变得庞大而复杂,具有不同的形式,可以加工更大的特征。Neher Group 的工具设计师 Christian Matheis 表示,添加蜂窝状内部晶格结构可以在不影响抗扭强度的情况下将这些工具的重量减轻多达 30%。

粉末床 3D 打印机中的切割工具

该公司定制设计了这些工具中的大部分,然后在 DMG MORI Lasertec 30 Dial 选择性激光熔化 (SLM) 系统上进行 3D
打印。

尽管该公司 3D 打印了一些标准工具主体(例如 NEHMO Long Life line,可以定制不同的边缘几何形状),但 99% 的 3D 打印工具都是定制的,Matheis 说。“我们根据零件的需要设计每一种工具,”他解释道。所有 3D 打印均在 Neher 在德国的工厂完成,该工厂使用DMG MORI Lasertec 30 Dual 选择性激光熔化 (SLM) 系统生产钛、铝、钢和不锈钢的工具主体。

3D 打印刀具主体,带有显示内部晶格结构的剖视图

通过向工具主体添加内部晶格结构,工具设计人员可以在保持抗扭强度的同时减轻多达 30% 的重量。

好处

除了使切削工具符合航空航天工业的要求外,轻量化还可以带来一系列好处。一方面,它们在机床上更容易。“它减少了预防性维护,尤其是在主轴上,”Dunneback 解释说。另一方面,较轻的刀具不太可能从主轴上脱落,这是一个大问题,尤其是卧式加工中心。它们也更安静,帮助用户满足 OSHAA 噪音要求。它们可以在更广泛的机床上运行。例如,具有 HSK 63 主轴接口的机器无法运行需要 HSK 100 接口的重型切削刀具,Dunneback 解释说。但是,相同工具的 3D 打印版本对于 HSK 63 接口来说可能足够轻。

Matheis 说,对 3D 打印的 NEHMO Long Life 面铣刀具的测试也表明,与传统生产的刀具相比,刀具寿命提高了 40%。这部分是因为 3D 打印使公司能够为切削工具添加优化的冷却剂通道。传统上,切削工具中的冷却剂通道是钻孔的,这限制了它们的设计,从而限制了它们的有效性。3D 打印工具可以包含更有效地将冷却剂输送到切削刃的通道。Matheis 说,改进的冷却液流量可以将金属去除率提高多达 30%,并且可以帮助用户实施微量润滑 (MQL)。

3D 打印工具的平衡性也得到了改善,进一步延长了工具的使用寿命。根据 Matheis 的说法,这部分是由于 3D 打印过程的准确性以及添加无源衰减器的可能性。

带有指向切削刃的冷却液通道的 3D 打印刀具主体

除了轻量化之外,3D 打印还使工具设计人员能够添加优化通道,直接控制冷却液流向切削刃。该公司表示,这可以将刀具寿命提高多达
40%,金属去除率提高多达 30%,同时帮助用户实施最低质量的润滑。

此外,3D 打印使工具设计人员能够添加有助于排屑的功能。Matheis 说,内部冷却液通道可以将切屑从刀具中冲出工作区。在刀具设计中加入排屑器进一步有助于排屑。

由于零件的一次性性质,3D 打印非常适合定制工具。根据 Matheis 的说法,3D 打印不一定比传统加工更快(占据整个打印床的大型工具主体需要大约 24 小时才能生产,而单个批次也可以打印几个较小的工具主体),但是它确实减少了所需的机器和流程的数量。传统加工的刀具主体需要铣削和车削,而 3D 打印刀具主体的后处理通常仅限于将 PCD 尖端钎焊到刀具主体中以及激光或腐蚀切削刃。

Dunneback 说,用于 3D 打印工具的钎焊刀片可以像传统加工刀具一样进行多次修复。即使该工具是在德国印刷的,也可以在该公司位于北美的工厂进行翻新。“我们在密歇根州法明顿希尔斯有一个设施,可以快速修复或改变工具,”他说。

Tags: none

我有个想法