德國(guó)切削刀具制造商瑪帕(Mapal)公司發(fā)現(xiàn),采用3D打印(亦稱(chēng)增材制造)技術(shù)來(lái)生產(chǎn)減材切削刀具,非常適用于拓展其QTD內(nèi)冷卻鉆頭產(chǎn)品線的尺寸規(guī)格。利用Concept Laser公司的激光熔融3D打印系統(tǒng),瑪帕公司可以生產(chǎn)尺寸規(guī)格比以前更小的QTD鉆頭,并能實(shí)現(xiàn)一些過(guò)去難以實(shí)現(xiàn)的鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 德國(guó)切削刀具制造商瑪帕(Mapal)公司發(fā)現(xiàn),采用3D打印(亦稱(chēng)增材制造)技術(shù)來(lái)生產(chǎn)減材切削刀具,非常適用于拓展其QTD內(nèi)冷卻鉆頭產(chǎn)品線的尺寸規(guī)格。利用Concept Laser公司的激光熔融3D打印系統(tǒng),瑪帕公司可以生產(chǎn)尺寸規(guī)格比以前更小的QTD鉆頭,并能實(shí)現(xiàn)一些過(guò)去難以實(shí)現(xiàn)的鉆頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　QTD系列內(nèi)冷卻鉆頭材質(zhì)為淬硬鋼,刀體上有用于安裝可更換刀片的V型塊。這種內(nèi)冷卻鉆頭具有良好的成屑性能和可靠的排屑性能,可用于鉆削加工鋼、不銹鋼、鑄鐵和鋁制工件。

　　此前,由于鉆頭內(nèi)部的冷卻液受輸送通道和將冷卻液分配到切削刀片兩邊Y形分岔的尺寸限制,QTD系列鉆頭的最小直徑只能達(dá)到13mm。在冷卻液孔徑保持不變的情況下,進(jìn)一步減小鉆頭直徑會(huì)降低刀具穩(wěn)定性,而在減小鉆頭直徑的同時(shí)減小冷卻孔徑又會(huì)限制輸送到切削刃處的冷卻液流量,降低其工作效能。

　　自2013年5月以來(lái),瑪帕公司一直在研究如何應(yīng)用3D打印技術(shù)(尤其是選擇性激光熔融技術(shù))來(lái)解決小規(guī)格內(nèi)冷卻鉆頭的生產(chǎn)難題,而這項(xiàng)研究的成果是開(kāi)發(fā)出了用傳統(tǒng)工藝無(wú)法生產(chǎn)的、直徑尺寸更小的新型QTD鉆頭。

　　瑪帕公司的研發(fā)部門(mén)采用兩臺(tái)德國(guó)Concept Laser公司的M1 LaserCusing增材制造系統(tǒng)來(lái)生產(chǎn)其冷卻液輸送通道經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的QTD鉆頭。該系統(tǒng)利用激光加熱熔化系統(tǒng)中特定區(qū)域的金屬粉末,并將工件逐層熔接在一起。通過(guò)激光熔融方式打印工件,可以構(gòu)建出用傳統(tǒng)機(jī)械加工無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜幾何形狀(包括內(nèi)部幾何形狀)。

　　3D打印的新型QTD鉆頭采用螺旋形內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu),冷卻液通道的走向與鉆頭的螺旋形刀槽相互平行,從而增加了鉆芯的穩(wěn)定性,提高了冷卻效能。據(jù)該公司介紹,這種螺旋走向的冷卻通道可使鉆頭的冷卻液流量增加60%。

　　由于采用3D打印工藝,瑪帕公司還可以改變冷卻液通道的橫截面設(shè)計(jì),將過(guò)去鉆削加工而成的圓形通道改為三角形通道(見(jiàn)圖1左)。與圓形通道相比,三角形通道的冷卻液通過(guò)流量可增加30%。與原來(lái)的鉆頭結(jié)構(gòu)相比,螺旋走向與三角形截面的組合優(yōu)化設(shè)計(jì)可使冷卻液流速提高100%。

　　通過(guò)對(duì)鉆頭的優(yōu)化設(shè)計(jì),瑪帕公司現(xiàn)在已能利用3D打印制造直徑<13mm(最小可到8mm)的鉆頭刀體。這些小直徑QTD鉆頭采用混合工藝生產(chǎn),其中,刀柄仍用常規(guī)方式加工,而刀體則在LaserCusing激光熔融3D打印機(jī)上用1.2709鋼打印制造。

　　刀體打印分兩個(gè)階段進(jìn)行:首先打印帶有冷卻系統(tǒng)的鉆芯,然后再打印材料密度更高(以增加其硬度)的外層刀體。在LaserCusing系統(tǒng)尺寸為250mm×250mm×250mm的打印空間內(nèi),一次可以批量打印出100-121個(gè)鉆頭刀體。

　　這種混合生產(chǎn)工藝使瑪帕公司既能獲得用傳統(tǒng)加工方式制造刀柄的速度優(yōu)勢(shì)及材料效能,又能通過(guò)3D打印刀體獲得無(wú)人值守生產(chǎn)和優(yōu)化鉆頭設(shè)計(jì)等益處。對(duì)該公司來(lái)說(shuō),采用3D打印并不只是替代工藝,而是用于填補(bǔ)生產(chǎn)缺口,并實(shí)現(xiàn)用其他任何方式都無(wú)法實(shí)現(xiàn)的刀具設(shè)計(jì)。

　　用3D打印技術(shù)制造切削刀具的另一個(gè)實(shí)例是德國(guó)刀具制造商高邁特(Komet)公司在2016芝加哥國(guó)際制造技術(shù)展覽會(huì)(IMTS 2016)上推出的Revolution系列銑刀該銑刀的非標(biāo)刀體目前是在高邁特德國(guó)總部用Renishaw的選擇性激光熔融金屬3D打印設(shè)備制造的。通過(guò)一次打印,可以同時(shí)制造出為客戶定制生產(chǎn)的多款不同刀體打印完成后,用EDM加工設(shè)備將刀體從底部的金屬盤(pán)中切割下來(lái),并將PCD切削刃釬焊到刀體上;銑刀的標(biāo)準(zhǔn)化刀柄則是通過(guò)傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式大批量制造的(可在客戶所在地的高邁特工廠生產(chǎn));最后再用激光釬焊工藝將刀體和刀柄焊接在一起.

　　銑刀的刀槽密度和螺旋角是影響其切削性能的重要因素,增加刀槽數(shù)量和增大螺旋角可以提高銑刀的進(jìn)給速度和切削效率。采用金屬3D打印工藝能制造出刀槽數(shù)更多、排列更密集的刀體,并使刀槽螺旋角從原來(lái)的4°-5°增大到20°,從而在銑削鋁合金和碳纖維復(fù)合材料時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的材料去除率。同時(shí),還能解決用傳統(tǒng)機(jī)加工方式制造非標(biāo)刀體加工難度大、加工周期長(zhǎng)的問(wèn)題。

　　此外,3D打印刀體還可以增加銑刀內(nèi)冷卻孔的數(shù)量,并采用具有復(fù)雜螺旋結(jié)構(gòu)的冷卻液通道幾何形狀,提高冷卻液流動(dòng)到刀尖過(guò)程中的熱傳導(dǎo)能力,從而提高冷卻效能和刀具壽命。3D打印技術(shù)的應(yīng)用除了能提高銑刀性能和刀具壽命以外,還為其刀具設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大的自由度,使原來(lái)耗時(shí)費(fèi)力的非標(biāo)專(zhuān)用刀具定制業(yè)務(wù)變得更加快捷和便利。