【鸭脖娱乐app官方下载】哈理工通过3DP打印技术制备硬质合金球头铣刀

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本文摘要:刀架是金属切削机床中最重要的部件,尤其是在刀具的几何槽形中,加热方式对加工效率和产品质量有很大影响。

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刀架是金属切削机床中最重要的部件,尤其是在刀具的几何槽形中,加热方式对加工效率和产品质量有很大影响。近年来,3D打印机以其独特的技术特点,在刀架领域的应用可以说是朝着南北两翼的方向发展。3D打印机技术在刀具应用上的很多派别都是3DP胶喷打印机技术,热处理后的刀具硬度能够满足市场需求。

另一个派别是SLM金属3D打印机技术,它通过粉末床选择性激光熔化技术产生类似金属刀具的凹槽形状或刀具内部简单的加热地下通道。这两项技术已经引起了刀具行业的更多关注。

本期《3D科学谷》和顾友共同欣赏哈尔滨理工大学3DP打印机技术制作微细纹理硬质合金球头铣刀的技术。加工钛合金时,钛合金与刀具之间的摩擦系数小,钛合金屑沿前刀面的摩擦速度高。轻微的摩擦使刀具不易磨损,表面质量好,这是让钛合金得以发展的主要因素。

钛合金零件的使用性能主要与零件的加工质量相结合,这类问题一直是航天科研人员最关注的问题之一。近年来,仿生摩擦学明确提出了表面纹理的概念。所谓的表面纹理化(SurfaceTexturing),也称为表面微观造型,是在摩擦表面加工出一定尺寸和顺序的凹坑或微小凹槽的图形。

高性能的表面织构可以建立更好的减摩、外粘和提高耐磨性,这为刀具的表面状态减摩带来了新的研究方向和理论基础。目前,国内外已有少数学者开展了表面纹理在工件刀具上的应用。虽然研究还处于后续阶段,但研究结果都证明表面微织构刀具具有改善刀具切削性能的效果。

微织构在刀具表面的应用及其对刀具性能影响的研究仍处于后续阶段,主要集中在车削刀片和长端面铣削刀片上。工件材料多为45#钢和铝合金。

微织构在球头铣刀铣削钛合金中的应用研究和微织构优化的研究报告尚未见报道。因此,改变了目前过时的钛合金加工方式,为用显微组织工具构建高效优质的钛合金工件做出了有益的探索。现有的制备表面微织构的方法主要包括激光表面织构技术(LST)、表面激光喷丸(LPT)、LIGA技术、反应离子光刻(RIE)、压花技术、电解加工、电火花加工和电加工等。

这些技术都是对衬底表面进行微加工以构建纹理所必需的,但现有的纹理技术大多属于“减料”生产技术,主要是通过光刻、压印等手段在表面形成单个凹坑或沟槽。其中,激光表面织构技术因其生产加工速度快、材料应用范围广、精度高、对环境无污染以及优异的形状和尺寸控制能力而被广泛应用于表面微观织构领域。

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但是,用这种方法加工刀具表面的微织构时,更容易在微织构周围产生热影响区和微裂纹,不会影响刀具在加工过程中的强度和使用寿命。随着塑料3D打印机技术的成熟,金属3D打印机技术凸显出巨大的发展潜力,成为慢成型领域最重要的发展方向和研究热点。金属3D打印机技术大多采用激光作为输出热源,通过熔化或撒布工件的金属粉末来逐步改造印刷机。

而对于性能差别不大的复合材料硬质合金,WC属于陶瓷,熔点低;Co属于金属,熔点较低。虽然激光超过的温度不足以熔化碳化钨,但当超过碳化钨的熔化温度时,钴不会冷却,凝固后合金的显微组织会发生变化
哈尔滨理工大学解决了现有三维打印机技术无法生产硬质合金刀具以及现有技术中刀具上制作的微纹理不存在一些缺陷的问题,进而明确提出了一种基于三维打印机技术的微纹理硬质合金球头铣刀的制造方法。

具体来说,还包括以下步骤:-制备YG8硬质合金球头铣刀粉末原料:YG8硬质合金球头铣刀粉末原料的主要成分为8%钴粉和92%碳化钨粉;-制备有机粘结剂:有机粘结剂的主要成分还包括石蜡和聚乙二醇、聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯醇中的一种;-创建球头铣刀的刀-屑接触面:通过计算和实验,获得等效切削参数条件下加工过程中球头铣刀前刀面上的刀-屑识别区域和方位;-创建微织构硬质合金球头铣刀的三维模型:使用上一步创建的刀-屑识别区域模型,然后在该区域植入具有一定微织构尺寸、深度和间距的凹坑微织构模型,以超过最差的减摩效果;-通过三维模型打印机对刀具实体进行微纹理化;-后处理工艺:首先,将微织构硬质合金刀具放入氢气环境中进行热脱脂处理,去除粘结剂;最后,采用真空工件工艺对硬质合金微织构球头铣刀毛坯的工件进行铺展,工件温度约为1400 ~ 1420,工件工艺持续3 ~ 6小时;最后,微织构硬质合金球头铣刀可以超过100%的密度和足够的强度。3DP是一种粘性喷墨打印机技术。

哈尔滨理工大学通过3DP技术和后加工技术制造的微织构硬质合金球头铣刀需要使刀具达到100%的密度,后加工后的致密性和强度需要与传统加工方法获得的硬质合金刀具大致相同。基于硬质合金球头铣刀的简单形状,用传统的加工方法制造并不难,也不会导致材料的浪费。采用哈尔滨理工大学的方法制造的微织构硬质合金球头铣刀需要获得较高的尺寸精度,并在前刀面上建立了特殊的刀-屑识别模型。

需要在识别区域构建一个直径在50微米到200微米的凹坑微纹理阵列,尺寸精度很低。与目前在硬质合金球头铣刀上制作微织构的方法相比,哈尔滨理工大学不仅需要制作形状简单的球头铣刀,而且可以在球头铣刀正面的刀-屑接触区域制作形状和尺寸更加精确的凹坑微织构阵列,从而增加了刀-屑的识别面积,降低了刀-屑接触区域的摩擦系数,增加了刀具的磨损。哈尔滨理工大学还解决了传统工艺在硬质合金球头铣刀上制作的微织构的一些缺陷。例如,激光技术在硬质合金球头铣刀上制作的微织构尺寸精度很低;硬质合金表面在高温熔化过程中也可能与空气中的氧气发生反应,导致刀具成分发生变化;微织构周围没有热影响区,可能会出现微裂纹,影响刀具的使用寿命。

因此,哈尔滨理工大学不仅提高了硬质合金球头铣刀的结构强度,还进一步提高了微织构刀具的减摩耐磨性能,从而延长了其使用寿命。根据3D科学谷的市场调研,国外有很多3DP喷胶3D打印机技术生产的硬质合金刀具。德国弗劳恩霍夫研究所的研究人员已经成功地使用3DP粘合剂喷射3D打印机技术生产硬质合金工具。

通过3DP打印机硬质合金粉末,研究所需要创造一个精彩而简单的设计。在这一过程中,陶瓷硬质材料的粉末颗粒,包括碳化钨颗粒,通过粘结材料的逐层印刷机粘结在一起
这种粘合材料不仅是粉末层之间的粘合剂,而且使产品具有更好的机械性能,可以生产几乎颗粒状的零件,甚至可以选择性地调节倾斜强度、韧性和硬度。

之前的处理还包括工件处理,以获得与传统加工方法完全一致的硬质合金模具的致密性。哈工大和弗劳恩霍夫研究所、Low Matt公司使用的3DP技术在一定程度上也使用SLM金属3D打印机技术和机械加工技术作为生产铣刀。在铣刀中,排屑槽密集的刀体是采用金属3D打印机技术生产的定制非标产品,刀柄是采用机械加工技术批量生产的标准产品。另一方面,马帕公司还通过3D打印机技术,用QTD系列刀具建造了一个简单的螺旋加热地下隧道,提高了冷却液在流向钻头顶部过程中的导热能力。

与以前的钻头相比,Mapa的钻头使用寿命更长,运行速度更慢。无论是在硬质合金刀具的生产中使用3DP技术,还是在金属刀头和刀柄的生产中使用SLM技术,3D打印机技术在刀具生产中占有最重要的地位。

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