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3D新聞

增材制造用銑刀

星之球科技 來源:國際金屬加工2020-10-11 我要評論(0 )   

增材制造以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),可以通過逐層疊加的方式進(jìn)行3D打印快速制造出傳統(tǒng)工藝不能加工的特殊復(fù)雜零件。它能夠簡化制造過程,提高制造效率,節(jié)省時間和成本,在...

增材制造以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ),可以通過逐層疊加的方式進(jìn)行3D打印快速制造出傳統(tǒng)工藝不能加工的特殊復(fù)雜零件。它能夠簡化制造過程,提高制造效率,節(jié)省時間和成本,在使用后還可能對零件進(jìn)行修改修復(fù)更新。因此上世紀(jì)80年代出現(xiàn)后,在各制造行業(yè)進(jìn)行了應(yīng)用,均取得不同程度的發(fā)展。


如作為機械基礎(chǔ)工藝支柱產(chǎn)業(yè)的模具產(chǎn)業(yè),其制造工藝直接影響支持產(chǎn)業(yè)的使用效益;如許多模具的冷卻系統(tǒng)對模具壽命、效率、產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要,一般機械加工、電火花加工等難以加工出貼近型腔表面、均勻、高效的模具冷卻系統(tǒng)。相反,增材制造可以制造出隨型腔結(jié)構(gòu)變化的隨形冷卻水道,極大地提高了冷卻效率和均勻性,以前是極難做到的,除冷卻水道外模具還包括排氣通道和異形澆口等難制造結(jié)構(gòu),都可用增材制造方法制出。在航空航天、汽車、醫(yī)學(xué)人工假體等各方面也都有許多杰出的加工實例。


目前3D打印尚處于發(fā)展階段,還存在許多問題不能完全取代傳統(tǒng)的機械加工。但由于它能實現(xiàn)一些機械制造難以和無法實現(xiàn)的結(jié)構(gòu),設(shè)計人員的思想中有了它,不僅會考慮用減材制造,還可用增材制造,增添了一種新的思維就可以擴(kuò)大他們的設(shè)計思路,可以設(shè)計出傳統(tǒng)機械加工不能完成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。但3D打印出的精度,表面粗糙度是由原材料大小、激光光斑大小、設(shè)備精度、擺放位置等多重因素決定,精度、表面質(zhì)量要求較高時,尚難以達(dá)到,還有許多不足需要改進(jìn),如原材料也并非什么材料都可以來做3D打印,一般金屬打印需要有支承架,支承架去除問題也需要不斷改進(jìn)。加工的最大尺寸也還有很大的局限,大批量制造成本高、速度慢,有些方面也還不能達(dá)到設(shè)計要求等等,但增材制造可補充和擴(kuò)展傳統(tǒng)機械制造,如現(xiàn)階段把二者結(jié)合起來,不僅可利用增材制造的高度靈活性,還可具有獲得機械加工的高精度,這一混合制造技術(shù)也就成為了當(dāng)前發(fā)展趨勢之一。一些先進(jìn)的機床公司如DMGMORI在市場上已推出集激光堆焊增材制造與全功能5軸銑削加工于一體能生產(chǎn)出全新完整零件的復(fù)合加工中心,有效地將二者優(yōu)點集合起來,激光堆焊是粉體燒熔方法的一種,在這種機床上,激光堆焊和銑削加工還可以靈活切換,可加工一般加工難以接觸的部位,可生產(chǎn)較大型工件,成形速度更快,工件通過多個步驟成形,可使成品零件加工中由于結(jié)構(gòu)限制使銑刀無法接近的部位,在最終成形前得以預(yù)先加工,并達(dá)到要求的精度。能源和航空航天等行業(yè)中的大型零件的加工機床非常昂貴,如能將粗加工、堆焊加工、精加工集中在一臺機床中,并使用相應(yīng)先進(jìn)的刀具,對于客戶降低成本而言是非常有益的,且極大地提高了加工效率。在一臺機床上,這兩種加工方法結(jié)合起來加工葉片的過程示意(如圖1)。


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圖 1.3D 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 -3D 激光打印 - 機械加工


可用于3D打印的材料很多,從塑料、各種金屬、特殊合金鋼到復(fù)合材料等,這里我們主要介紹一些承受高強度、高溫綜合性能要求高的機械零件所用到的材料,如調(diào)質(zhì)鋼、預(yù)硬鋼(~HRC45)、硬鋼(~HRC65)、不銹鋼(≤HB200)和耐熱強韌的難加工材料鈷鉻基合金(stellite)、鈦合金、鎳基合金(Inconel718)等增材制造后的切削加工問題,由于它們經(jīng)過燒熔或堆焊后非常致密強韌難以切削,必須改進(jìn)刀具的幾何形狀和它們的材質(zhì)。


日本的歐士機OSG精密工具公司推出了專用的增材制造AM-EBT,(具有強韌負(fù)角)3刃球頭立銑刀和AM-CRE的6刃/8刃的圓弧頭立銑刀(如圖2)。球頭立銑刀主要用于型腔、斜面、成形面、仿形面等加工可以進(jìn)行直線進(jìn)給方向的掃描線加工和沿型面一定高度的等高線加工。其頂刃延至中心,避免了刮擠,可提高表面加工質(zhì)量。圓弧頭立銑刀也可以進(jìn)行掃描線加工和等高線加工,加工多種表面,它比球頭立銑刀剛性大,加工效率更高些。


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圖 2. 3 刃球頭立銑刀和 6/8 刃圓弧頭立銑刀


AM-EBT球頭立銑刀的球頭半徑由R3到R10,其直徑即由φ6-φ20,球頭半徑公差可以達(dá)到±0.01,螺旋角30 ゜,具有螺旋刃的立銑刀刀刃上某點其受力位置隨刀具回轉(zhuǎn)而變化,不易振動,螺旋角越大參與切削刃越長,切削力更多地被分散,但垂直切削分力增大不宜加工剛性差的零件,排屑能力也較差。它的全長由60到110,刃長由9到30.AM-CRE圓弧頭立銑刀的直徑由φ6到φ20,外側(cè)的圓弧半徑由R1.5到R3,圓弧半徑公差±0.03,螺旋角60 ゜,全長60到110,刃長9到30,兩種立銑刀的外徑公差均為±0.01,材質(zhì)是優(yōu)質(zhì)硬質(zhì)合金加超耐熱高韌性的DUROREY多層涂層,結(jié)構(gòu)如圖3。


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圖 3. 超耐熱高韌性多層涂層


可見最外面是超耐熱涂層其下是超微細(xì)納米多層結(jié)構(gòu)涂層,多層涂層的優(yōu)點是可以阻止裂紋的延伸,提高涂層的耐破損性,和硬質(zhì)合金基體附著的是專用的強化附著強度的一層涂層。這種復(fù)合涂層硬度高耐熱耐磨超強韌,耐熔附損傷,在1300℃才開始氧化。對高硬度材料的加工時,崩損少,可以加工堆焊件,能很好地延長的刀具壽命。


下面是這兩種立銑刀加工的實例:


◆用AM-EBTR6-φ12(3刃)球頭立銑刀加工堆焊材BK-660R深部。以切削速度37m/min,垂直和側(cè)面的切削深度分別是ap=3mm,ae=0.5mm,每齒進(jìn)給速度=0.33/t進(jìn)行掃描線加工、用空氣冷卻,切削距離可以達(dá)到25m,此時僅在中心部位出現(xiàn)了細(xì)微破損,而用一般高硬度加工用球頭立銑刀以同樣切削條件,切削距離僅只達(dá)到0.7m。


◆用AM-CREφ8-R2(6刃)圓弧頭立銑刀加工鈷鉻基合金(stellite)硬度HRC48,采用等高線加工,切削速度50m/min,進(jìn)給速度0.05mm/t,切削深度ap=0.5mm.ae=0.5mm,切削距離達(dá)到190m才出現(xiàn)正常磨損。


這兩類立銑刀在加工不同增材制造出的高硬材料時,由于被加工材料特別強韌,立銑刀懸伸不宜過長,宜采用高剛性的機床和刀柄,控制刀具的徑向振擺在一定范圍內(nèi),在具體考慮選擇切削用量和必要的注意事項時,可參考他們的樣本,并按實際情況加以適當(dāng)調(diào)整。


隨著增材制造的發(fā)展,各種和它們配合進(jìn)一步提高產(chǎn)品加工精度及表面質(zhì)量的新型加工工藝和先進(jìn)刀具的出現(xiàn),必將促使這一新的工藝更加發(fā)展完善。


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