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利用3D打印技术制造切削刀具

2017年10月10日10:06
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       3D打印技术的应用除了能提高铣刀性能和刀具寿命以外,还为其刀具设计带来了更大的自由度,使原来耗时费力的非标专用刀具定制业务变得更加快捷和便利。


      德国切削刀具制造商玛帕(Mapal)公司发现,采用3D打印(亦称增材制造)技术来生产减材切削刀具,非常适用于拓展其QTD内冷却钻头产品线的尺寸规格。利用Concept Laser公司的激光熔融3D打印系统,玛帕公司可以生产尺寸规格比以前更小的QTD钻头,并能实现一些过去难以实现的钻头结构设计。


      QTD系列内冷却钻头材质为淬硬钢,刀体上有用于安装可更换刀片的V型块。这种内冷却钻头具有良好的成屑性能和可靠的排屑性能,可用于钻削加工钢、不锈钢、铸铁和铝制工件。


      此前,由于钻头内部的冷却液受输送通道和将冷却液分配到切削刀片两边Y形分岔的尺寸限制,QTD系列钻头的最小直径只能达到13mm。在冷却液孔径保持不变的情况下,进一步减小钻头直径会降低刀具稳定性,而在减小钻头直径的同时减小冷却孔径又会限制输送到切削刃处的冷却液流量,降低其工作效能。


      自2013年5月以来,玛帕公司一直在研究如何应用3D打印技术(尤其是选择性激光熔融技术)来解决小规格内冷却钻头的生产难题,而这项研究的成果是开发出了用传统工艺无法生产的、直径尺寸更小的新型QTD钻头。


      玛帕公司的研发部门采用两台德国Concept Laser公司的M1 LaserCusing增材制造系统来生产其冷却液输送通道经过优化设计的QTD钻头。该系统利用激光加热熔化系统中特定区域的金属粉末,并将工件逐层熔接在一起。通过激光熔融方式打印工件,可以构建出用传统机械加工无法实现的复杂几何形状(包括内部几何形状)。


      3D打印的新型QTD钻头采用螺旋形内冷却结构,冷却液通道的走向与钻头的螺旋形刀槽相互平行,从而增加了钻芯的稳定性,提高了冷却效能。据该公司介绍,这种螺旋走向的冷却通道可使钻头的冷却液流量增加60%。


      由于采用3D打印工艺,玛帕公司还可以改变冷却液通道的横截面设计,将过去钻削加工而成的圆形通道改为三角形通道(见图1左)。与圆形通道相比,三角形通道的冷却液通过流量可增加30%。与原来的钻头结构相比,螺旋走向与三角形截面的组合优化设计可使冷却液流速提高100%。

 

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