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Guhring UK介绍了金属3D打印是如何实现切削工具的有效重新设计使其更胜一筹

文章和图片来源:        时间:2020.12.31        点击率:


  漫步在一排排的数控切割和铣削机械中,经过角落的钎焊装置,越过后墙的装置设备,穿过一扇蓝色的大门,位于炉子旁边的是一台Markforged Metal X.。


  我们所处的工厂是聚晶金刚石(PCD)刀具生产的先锋,也是在72家中唯一应用这种增材制造技术的Guhring生产中心。该中心位于英国阿斯顿,距离伯明翰仅一路之隔,3月初他们为数十名工程师举办了一场演示会和参观活动,希望能从一个已经投入使用的增材制造用户学习。


  据说Markforged及其英国经销商Mark3D对Guhring UK不仅能快速识别应用,而且其开发并交付给多个客户的速度印象深刻。Mark3D的一位员工十分激动以至于打断了幻灯片演示,强调Guhring UK作为全球唯一拥有该技术的公司,在他们的市场上独领风骚。


  从Markforged Design系统开始,Guhring UK首先打印出切削工具的复合体,然后用CNC机械进行制造,以评估形状和契合度,从而在定位尖端后就不会出现不必要的碰撞。不久Mark3D向Guhring UK引入了机器Metal X,他们很快部署了这台机器来制造切削工具,这些工具再被送到特定客户那里以获取一些反馈。


  Guhring UK PCD生产主管Alan Pearce告诉TCT团队:"我们曾为一家国外公司申请过一个应用,并希望在一周内就能完工。我们打印头部,提高PCD,研磨柄部,将其收缩成一个整体工具,然后发送给客户。最终效果很好,从设计到发货,我们只用了一个周多时间就把它搞定了。从工具的设计来看,只是对刀身做了一些修改,比如在刀柄上做了一些打磨并且做了一个塑料版本,以确保一切正常。然后我们做了一个钢体用烧结硬化刀身,接着像普通钢体工具或硬质合金工具一样进行钎焊和线磨。事实上,这样的速度对我们来说是一个巨大的优势。"


  Guhring的PCD刀具一般周转期是几周或者更久,但在首次成功实施增材制造技术后,公司没有浪费时间,继续到下一个项目。采用增材制造12个月后,该公司推出的H13刀具钢铣刀,其重量减轻了60%,时间缩短了66%,成本节省了75%。这是吸引来自英国各地的工程师在阿斯顿工厂工作的关键。


  "这些人要做的事很特别。"


  该零件最适合应用于汽车行业切割铝件,它可在几天内完成打印、清洗、烧结和喷砂,然后再将PCD尖端进行钎焊,打磨。该零件具有125微米的层数,打印有模块化的支撑结构会在清洗时脱落,内袋的表面也处理很光滑。Guhring还设计了一个内部三角形织带的切削工具,加上壁厚有助于减少60%的重量。据称,这种轻量化可以减少数控机床夹持器和主轴的应变、应力和作用力,同时还可以加快更换速度,从而减少循环时间。同时,由于采用了一些优化的冷却通道,在切削过程中提供冷却液并冲洗芯片,刀具的使用寿命也得到了延长。


  Mark3D英国总经理Ian Weston解释说:"他们发现由于冷却液孔的方向性非常强,使尖端寿命上升。以前,冷却液只是一种洗涤又或者是在某个部件的闪光孔。如果你想让它从工具的侧面流下去,可以在切削面上直接开出信箱形状的通风口,这样冷却液就会准确地流到需要的地方。在内部几何结构取得了很多进展,而这些都是您无法以其他方式实现的。"


  Weston在演讲中所传达的信息与公司刚开始应用3D打印时给Guhring是一样的"不要想着打印所有的东西,只专注于棘手东西。" 紧接着他向满座的观众展示的是一些曾经被认为是棘手设计的东西,的确不可能通过传统手段制造,但有了增材制造,他们找到了方法。当他点击到下一张幻灯片时, Weston对此评价,"真的很特别"。


  工作中的Guhring切割工具。


  这是一种弹射式钻头,设计用于确保当工具切开时,切屑会从切割区域退出来,从而大大降低切割工件上遗留的风险。为了引导切屑离开切割区域,将冷却液通道设计成沿刀具侧壁,并以90度角旋转,在底部喷出冷却液以移动切屑。


  Weston描述道:"当它切割的时候,它会迫使切屑通过钻头的中心,而切屑则从底部绕过机身出来。作为一个工程师,我喜欢它的全部。他们在这里搞的东西很特别,然而现在我不能透露你更多东西,但相信我这会是个很受欢迎的东西。"


  Pearce随后补充道:"3D打印是完成这个部分的唯一方法。用手动数控机床是不可能做到冷却液孔的设计,所以你需要打印这个零件。"


  打印这部分是Guhring UK在持续使用增材制造技术给公司带来的优势。在参观Guhring UK工厂的路上,有一则趣闻,在阿斯顿的所有工程人员中,最怀疑3D打印能否生产出宝马、捷豹路虎、空客和BAE系统公司所需的切割工具的是实习生,他后来成为了全职员工。这种怀疑,颇像Guhring的3D打印切割工具以超过10000转/分钟的速度运转时飞出的金属屑一样,已经被冲淡了。


  增材制造的引入不仅使Guhring能够协商复杂的设计以提高性能,而且使原型零件能够快速生产,并以实物形式带到生产会议上,还使Guhring能够取消某些零件的最低订购量,并释放其传统制造机器的产能。而且,作为一家在全球拥有70多家生产设备的公司,未来肯定还会有更多的发展。


  "我们做的工具越多,我们学习的东西就越多,"Pearce最后说。"我们正在研究更多不同的应用,所以我们可以用打印机来打印工具,给我们更好的芯片流,给我们更好的冷却液流,所有的时间。世界各地的Guhring工厂都在尝试互相复制。我们最初就是这样开始的。我们在复制德国的一家工厂。如果3D打印起飞,也会是这样的情况。"