增材制造铣刀中的高效冷却液供给

在铣削要求较高的材料和难以加工的部件（例如由钛合金制成的飞机结构部件）时，使用冷却润滑液 (KSS) 至关重要。使用KSS进行高效铣削时，进给压力有时很高，这给制造业降低经济和生态成本带来了巨大挑战。使用传统制造工艺制造复杂的、特定工艺的内部冷却工具非常复杂、昂贵并且只能在有限的范围内实现。

增材制造工艺的几何设计自由度在个性化、有针对性和低损耗的冷却方面提供了巨大的潜力。通过激光粉末床融合（LPBF）工艺打印刀具的内冷通道。在BMWK资助的TaCoMA项目（AiF）中，亚琛工业大学的WZL机床实验室对这些可能性进行了研究。

该项目历时三年，由弗劳恩霍夫激光技术研究所ILT、刀具和冷却液领域的公司组成的广泛财团合作，于2023年3月结束。

在TaCoMA项目中，研究人员确定了合适的内冷通道和喷嘴几何形状。通过利用几何设计的自由度，体积流量损失可以减少21%，并且通过调整喷嘴形状可以形成更集中的冷却润滑液自由喷射。

然后，这些结果被用于设计铣削工具中合适的冷却液。该设计得到了数值流动模拟的支持，以便能够在实验验证之前对性能做出陈述。通过在热处理钢 42CrMo4+QT和钛合金Ti-6Al-4V粗铣过程中测试各种具有高几何复杂性的增材制造的刀具，提取了合适的变体并获得了最佳冷却剂液供应的知识。

通过向机械和热负荷高的刀具切削刃喷射低损耗的冷却润滑剂，与参考刀具相比，刀具寿命可增加70%。同时，冷却液的使用体积几乎减半，机床的电力需求也大大降低。

使用效率和性能的巨大提高可以补偿增材制造切削刀具制造过程中额外的经济和生态成本。在示例性成本计算中，增材制造刀具的刀具价格估计比传统刀具高出近50%。考虑整个刀具寿命时，LPBF制造的刀具的使用成本比传统刀具的成本低39%。 根据DIN EN ISO 14040/44进行的生命周期评估结果也显示了刀具使用对环境的潜在影响：由于更有效地使用冷却液和延长了切削刀片的使用寿命，根据刀具寿命计算的CO2排放量减少了20%。

增材制造刀具在工业环境中进行重型加工的可用性在演示刀具上得到了证明。具有低损耗和内冷通道的16刃铣刀在飞机制造商Premium AEROTEC的生产环境中进行了钛加工测试。与传统刀具相比，液体输送体积减少了25%，刀具磨损减少了27%，切屑体积减少了25%，从而改善了排屑。