Резец прослужит в 4 раза дольше благодаря новаторской конструкции

Текущая ситуация | Инновации на основе селективного лазерного плавления | Участники проекта | Итоги: кратко

Характеристики детали

• Наименование: пазовый резец, изготовленный с помощью аддитивной технологии

• Отрасль: обрабатывающая промышленность

• Материал: мартенситно-стареющая сталь 1,2709

• Толщина слоя: 50 мкм

• Время построения: 1 день 12 часов 12 минут (полная загрузка, 154 элемента)

• 3D-принтер: SLM 280 Twin (с двумя лазерами)

Текущая ситуация

Компания ARNO Werkzeuge разрабатывает системы для фиксации пластин режущих инструментов. При вырезании пазов можно сэкономить материал за счет уменьшения ширины паза при сохранении надежности процесса и срока службы инструмента.

Для этого инструментальная система, особенно в области выступа, должна быть как можно короче и, следовательно, обладать максимальной жесткостью. Система охлаждения также должна работать плавно, чтобы удалять стружку, несмотря на узкий паз, и снижать тепловое напряжение.

Чтобы обеспечить направленную подачу охлаждающей смазки к режущей пластине, необходимы оптимизированные для внутреннего потока конструкции каналов в форме сопла с требуемой точностью, диапазонами диаметров и выпускными соплами.

Инновации на основе селективного лазерного плавления

ARNO запатентовала для конструкции ACS1 систему «Охлаждающая среда под стружкой», которая направляет охлаждающую жидкость непосредственно вдоль гнезда пластины в рабочую зону для эффективной резки, обработки и протачивания пазов. Работая над конструкцией ACS2, представители ARNO обратились в отдел аддитивного производства компании Rosswag Engineering, поскольку добиться задуманного с помощью традиционных методов было невозможно.

Рис. 1 (слева). ACS2 обеспечивает охлаждение рабочей зоны и задней поверхности инструмента

Рис. 2 (справа). Охлаждающая жидкость подается к задней поверхности инструмента через треугольное отверстие

Специалисты по аддитивному производству в Rosswag разработали инновационные внутренние каналы охлаждения, которые, помимо отверстия в гнезде пластины, также подают охлаждающую жидкость под заднюю поверхность инструмента. Направленное охлаждение не только рабочей зоны, но и задней поверхности значительно увеличивает срок службы инструмента – в среднем на 300% по сравнению с обычной конструкцией ACS благодаря уменьшенному износу инструмента.

Оптимизированная конструкция внутренних каналов, запатентованная Rosswag Engineering (версия ACS4), обеспечивает улучшенную подачу охлаждающей жидкости по сравнению с точечным охлаждением. Коническое отверстие для охлаждающей жидкости создает эффект впрыскивания, а треугольная форма обеспечивает охлаждение всей кромки. Это противодействует тепловому расширению режущего инструмента и снижает локальный перегрев.

Разработанная Rosswag конструкция увеличивает срок службы инструмента, а направленная подача сокращает количество используемой охлаждающей жидкости. Во время вырезания пазов направленная и оптимизированная подача охлаждающей жидкости также удерживает мелкую стружку, чтобы она не мешала рабочему процессу и не застревала в пазе.

Внутренние каналы конической конструкции с необходимой точностью, диапазонами диаметров и треугольным выходным соплом могут быть изготовлены только с использованием технологии SLM.

Рис. 3. Система охлаждения Arno ACS4 с четырьмя выпускными соплами

Компонент размером 30 × 60 × 3 мм производится на установке SLM 280 компанией Rosswag GmbH, которая является эксклюзивным партнером SLM Solutions. «Оборудование SLM обеспечивает уникальные преимущества, прежде всего в плане рентабельности и функциональности режущих инструментов», – делится Грегор Граф, руководитель инженерного отдела Rosswag Engineering. Имея богатый опыт в области металлообработки и производственных процессов, Rosswag смогла объединить услуги по проектированию с производственным комплексом из трех машин SLM 280.

Это открывает возможности для эксклюзивного серийного производства модели ACS2 и ежегодной печати тысяч деталей для продажи со склада ARNO.

Чтобы и дальше предлагать клиентам инновационные решения, ARNO и Rosswag уже разработали следующий опытный образец ACS4 с четырьмя отверстиями для охлаждения всей пластины. Помимо основного канала и отверстия для охлаждения задней поверхности, в модели предусмотрен дополнительный канал с отверстиями по обе стороны пластины. Эта конструкция, запатентованная Rosswag Engineering, обеспечивает охлаждение инструмента со всех сторон.

Участники проекта

Rosswag GmbH – семейная компания, в которой работает более 200 сотрудников. Благодаря интегрированной технологической цепочке она является одним из ведущих мировых поставщиков штампованной продукции весом до 4,5 т. Глубокие знания в сфере производственных процессов и испытаний отражены в высококачественных конечных продуктах, которые широко применяются в аэрокосмической промышленности или энергетическом секторе.

Аддитивная установка SLM 280 в компании Rosswag

Подразделение Rosswag Engineering, созданное в 2014 году, дополняет ассортимент продукции услугами по проектированию и инновационными производственными процессами. Аддитивное производство с использованием селективного лазерного плавления позволяет изготавливать оптимизированные металлические детали. Накопленный за десятилетия опыт в области материаловедения и интегрированная технологическая цепочка формируют основу для дальнейшего развития и расширения технологии. В 2017 году отдел аддитивного производства расширился и теперь занимается изготовлением металлических порошков, что позволяет компании разрабатывать собственные материалы.

ARNO Werkzeugbau – производитель высококачественных режущих инструментов для токарной обработки, вырезания пазов, сверления и фрезерования. Многолетний опыт компании, постоянное улучшение инструментов и исследование новых материалов позволяют ARNO из года в год представлять выдающиеся технологические решения. Новые материалы требуют исследований и разработок, при этом скорость производственных процессов постоянно растет. Также необходима разработка и развитие модульных инструментальных систем, которые помогли бы оптимизировать нагрузку на режущие пластины и фиксаторы инструментов.

Использование модулей ARNO для вырезания пазов с системой охлаждения ARNO Cooling System (ACS) помогает снизить текущие затраты за счет оптимизации подачи охлаждающей жидкости и высокой надежности процесса.

Рис. 4. Готовый пазовый резец (слева) и выполненный в разрезе для демонстрации внутренних каналов для подачи охлаждающей жидкости к пластине

Итоги: кратко

1. Пазовый резец с оптимизированной геометрией отверстия для охлаждающей жидкости, изготовленный с помощью селективного лазерного плавления.

2. Более эффективное удаление стружки и повышенная безопасность процесса благодаря продуманной подаче охлаждающей жидкости.

3. Увеличение срока службы режущих инструментов на 300% за счет инновационной конструкции со встроенными функциями.

4. Серийное производство в Rosswag Engineering с использованием SLM‑технологии и поставка в качестве конечного продукта ARNO Werkzeuge.

Статья опубликована 16.03.2022 , обновлена 15.05.2023