В новом исследовании тестируется фреза, изготовленная методом лазерной послойной сварки порошка, с конформным охлаждением — конструкция, позволяющая выполнять резку с более низкими температурами и большей продолжительностью для обработки сложных материалов.
Исследование сосредоточено на металлорежущем инструменте, внутренние каналы охлаждения которого представляют собой не прямые линии, а каналы произвольной формы, точно повторяющие режущую кромку. Такая геометрия — давно желанная, но сложная или невозможная для изготовления традиционными методами — идеально подходит для селективного лазерного плавления (SLM), также известного как лазерное спекание порошкового слоя (LPBF). Хотя конформное охлаждение широко зарекомендовало себя в оснастке для литья под давлением, его контролируемое использование внутри вращающихся резцов является более новой областью, и в данной статье описаны его характеристики в практических условиях резки.
Традиционные фрезы подают охлаждающую жидкость через простые отверстия или используют внешние сопла, что ухудшает направление струи и расстояние до источника тепла. В отличие от них, конформные каналы обеспечивают практически постоянное расстояние до канавки или углубления для вставки, формируя струи в зоне среза и у основания стружки. Крупные производители инструментов продемонстрировали аналогичные концепции для сверл и концевых фрез, однако опубликованные, прошедшие экспертную оценку данные испытаний встречаются относительно редко — поэтому данный отчет представляет интерес для специалистов по аддитивному производству, изучающих применение металлообрабатывающих инструментов.
Почему конформное охлаждение режущих инструментов имеет значение
Нагрев при резке приводит к износу и изменению размеров. В сложных сплавах, таких как титан и никелевые суперсплавы, он также снижает скорость съема материала. Подведение охлаждающей жидкости ближе к режущей кромке может снизить температуру на границе раздела, стабилизировать инструмент и сметать стружку, не лишая зону контакта охлаждающей жидкости. Особенность аддитивного производства заключается в том, что расположение и поперечное сечение каналов можно регулировать для выравнивания потока вдоль нескольких выходов или даже для следования по спиральной траектории, повторяющей форму канавки — чего трудно добиться при глубоком сверлении отверстий или электроэрозионной обработке.
Исследователи протестировали фрезу, изготовленную методом селективного лазерного спекания (SLM) с внутренними конформными каналами, и сравнили ее поведение с традиционной системой охлаждения. В резюме не указаны конкретные изменения, но основное внимание уделяется измерениям температуры, степени износа, силы резания и, возможно, качества поверхности. Следует ожидать, что любые улучшения будут зависеть от давления охлаждающей жидкости, ее вязкости, шероховатости каналов и того, насколько близко поток пересекает зону образования стружки.
Добавки позволяют создавать геометрические формы, но требуют контроля технологического процесса.
Проектирование и изготовление вращающегося корпуса инструмента — задача не из простых, как кажется. Детали, изготовленные методом лазерной порошковой наплавки (LPBF) для режущих инструментов, обычно требуют термообработки, а иногда и горячего изостатического прессования для устранения пористости и повышения усталостной прочности. Длинные, узкие каналы должны быть полностью очищены от порошка, что является непростой задачей, учитывая изгибы и перекручивание каналов, а также возможность снижения давления жидкости на внутренних шероховатых поверхностях. При высоких скоростях вращения шпинделя балансировка становится критически важной, а любая остаточная пористость или путь утечки могут привести к просачиванию охлаждающей жидкости и коррозии.
Помимо этих проблем, аддитивное производство позволяет конструкторам изменять толщину стенок, кривизну канала и положение выходного отверстия для регулирования угла и импульса струи — по сути, внедряя гидродинамику в режущий инструмент. Это может сократить время, затрачиваемое человеком на настройку, поскольку направление потока охлаждающей жидкости становится параметром проектирования, а не ручной регулировкой сопла. Можно было бы создавать параметризованные семейства каналов, адаптированные к группе материалов и диапазону давления, что привнесло бы программно-определяемый аспект в металлообрабатывающее оборудование.
Ценностное предложение здесь будет зависеть от производительности и срока службы инструмента. Если конформное охлаждение обеспечит даже незначительное увеличение допустимой подачи на зуб, цеха смогут быстро окупить затраты машинного времени. С другой стороны, важны стоимость деталей и сроки выполнения заказа: корпуса инструментов, изготовленных методом лазерной порошковой наплавки, по-прежнему стоят дороже, а постобработка, контроль качества и балансировка добавляют дополнительные этапы.
В данной статье пока не уточняются масштабы и воспроизводимость улучшений, тестируемые материалы и скорости, а также чувствительность к давлению охлаждающей жидкости. Эти данные определят, действительно ли данная концепция применима в реальных мастерских.
Аддитивное производство уже много лет используется для создания каналов охлаждения внутри литьевых форм, почему бы нам не использовать его и для изготовления режущих инструментов?
Источник: Scientific Reports
Центр 3d печати и 3д сканирования Фидллер в Краснодаре — 3d сканирование, 3d печать, реверс инжиниринг, проекты для ферм 3d печати, обучение, проектирование для строительства.
По всем вопросам обращаться (круглосуточно):
телеграм — https://t.me/fidller
max — https://max.ru/u/f9LHodD0cOIGiBB1zqbYHFbw7XCslKRI5o6aikK4IGNDZtFio4aCgGJ1gUQ
почта — shope@fidller.com
вк — https://vk.com/3d_krd_123
Наши ресурсы:
все о кино тут — https://news.fidller.com
наш магазин — https://fidller.com
мы в телеграм — https://t.me/pechat3dkrd
группа 3д печати — https://vk.com/3d_krd_123
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.