看瑞士磨床制造商Studer如何利用3D打印技术提升设备冷却性能?

磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工(Grinding)的机床。在研磨过程中产生的热量对工件质量至关重要。磨料加工中相对较高的摩擦效应会产生热量,从而导致机加工零件表面层的热损伤。因此,冷却和润滑在研磨过程中起着决定性的作用。除了冷却研磨过程的主要任务之外,冷却剂液、润滑剂还起到其他几个作用,例如清洁带有加工残余物的研磨轮,冲洗磨床中的切屑,以及熄灭火花喷射。

在磨床中,冷却液由冷却系统输送到所需位置,冷却系统包括冷却液喷嘴、液压系统等组成部分。多年来,磨床冷却系统的设计并没有太大变化。不过3D科学谷了解到,瑞士磨床制造商Studer(斯图特)在近年来利用3D打印技术对磨床的冷却系统进行了设计创新,为磨床带来了更佳冷却效果。

Studer assembly line

 block 3D打印新型冷却液喷嘴

Studer 研发了3D打印新型喷嘴SmartJet。每个SmartJet喷嘴都根据磨床用户需要加工的工件和相应的砂轮进行定制化设计,以在靠近工件和砂轮的位置实现随形冷却。喷嘴既可以通过塑料3D打印技术和聚酰胺材料制造,也可以通过金属3D打印技术来制造,这取决于磨床用户的需求。

 Grinding Studer 3d printing nozzle

SmartJet 3D打印喷嘴

Studer 在研发3D打印的SmartJet喷嘴过程中与磨床用户进行了交流与讨论,他们了解到,当用户将工件磨削到至精度达到十分之一微米时,希望冷却液能够准确的喷到相应位置,以确保最佳冷却效果。

在零件磨削过程中,磨削砂轮和零件供应喷嘴之间以及磨削区域之间将因摩擦而产生热量,而此时是冷却和润滑的关键。如果热量处理不得当,将会导致研磨处理器不稳定,甚至是损坏正在磨削的零件,从而产生报废。

3D打印SmartJet喷嘴的价值在于,可以在必要时准确冷却零件和磨削轮,并能够在保证冷却效果的前提下减少冷却液的使用量,从而减少对于环境的影响和后续环保清洁的成本。

block 减少冷却液压件的湍流现象

冷却液喷嘴只是机床冷却系统中的一个组成部分,在流体进入喷嘴之前,会通过一个回路,该回路包括一个液压歧管,它的作用是引导系统中的流体流动,并连接阀门、泵和致动器。

通过传统加工技术制造的液压阀块,内部流体通道是通过铣削和钻孔的方式实现的,在传统液压通道中,流体撞击通道之间的连接区域时,湍流将导致大量的压力损失和低效率。延伸阅读:重量减轻80%,增材制造推动液压系统进化的五大优势

利用3D打印技术在制造复杂流体通道时的灵活性,磨床冷却系统液压歧管的设计可以得到进一步优化,减少湍流显现带来的效率损失。比如说金属3D打印技术可以制造方形横截面的流体通道,而不是传统的圆形流体通道,在相同的通道宽度下将湍流减少20%,在更小的空间内实现更大的流量。此外,歧管通道可以通过粉末床熔融设备以增材制造的方式直接加工成形,不必从液压阀块外部进行钻孔加工并添加插头。

Studer 3D打印冷却系统液压件采用了功能集成设计,零件数量由过去的5个减少至1个,这一设计上的改动减少了磨床冷却液压系统装配时的工作难度和工作量。

3D科学谷了解到,3D打印冷却液喷嘴、冷却系统液压件只是Studer在磨床制造中应用3D打印技术的开始。Studer 已经成立了一个6人团队,专门负责利用增材制造技术改进磨床设备的设计与性能,未来Studer 还将利用3D打印技术开发更多新的设计,实现更多创新的想法。

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