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加工附加制造支撑：刀具的角度

发表时间：2026-02-03 08:07:07
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摘要当我们可以机械加工额外制造的支撑结构时——假设我们可以用我们的机床访问它们——薄壁支撑结构和空心部分(有时充满了捕获的粉末)对刀具意味着什么?

　　【机床商务网栏目科技动态】此前，本文的作者Paul Morrow深入研究了加工额外制造的金属支撑结构的细节——薄壁结构，主要用于固定零件到建造板上，并防止零件在构建过程中弯曲和变形。我们看到，支架保持了它们的结构，并且倾向于倒塌，而不是在碾磨时拔掉和干净地剪切掉。我们还看到，由于粉末可能被困在高耸的支撑结构中，问题更加复杂。即使用高压空气吹散散粉，仍可找到未熔化的粉料，压在较高的支撑结构内。

1a

1b

2a

2 b

　　因此，当我们可以机械加工额外制造的支撑结构时—假设我们可以用我们的机床访问它们—薄壁支撑结构和空心部分(有时充满了捕获的粉末)对刀具意味着什么?

　　上图显示了十次旋转期间，在x和y方向的平面内铣削力。图1a表示完全致密的材料，图1b表示没有捕获粉末的薄壁支架(也称为“块状”支架)。在完全致密的材料中，切削力更高，并且随着带槽的立铣刀上的六个齿的每一个齿切割到材料中，切削力稳步上升到六个峰值(见图1a)。此过程每0.05秒重复一次，与实验所用刀具进给速度和速度一致。

　　图1b中薄壁支架的特征有很大不同。刀具的每一次旋转都会遇到不同的几何形状(要么是薄壁，要么是空心截面，要么是两者的某种组合)，由此产生的力随着轧机穿过支撑结构而变化。当切割完全致密材料时，力的振幅较低，但在不同几何形状下频率较高。基于相对于支撑结构几何间距的进给速率和速度，该模式每0.36秒重复一次。

　　当我们取切削力的移动平均值时，支撑类型之间的差异甚至更加明显。如图2a所示，致密材料的平均切削力在x、y两个方向上均保持平直，与被切割材料的均匀性一致。这与图2b中的数据明显不同，图2b显示了加工薄壁结构时切削力的移动平均值。这里的周期性对应于薄壁结构之间的距离，而波峰和波谷清楚地显示出切割力是如何在移除薄壁结构时增加，然后迅速减少的。在这些平均值的基础上，我们可以计算相应的切割量随时间的变化而变化。在这一过程中,我们发现具体削减能源的薄壁结构只有12%的支持完全致密的材料。如果我们通过被切割材料的相关密度将其标准化，那么该值将跳到43%，表明薄壁支撑结构需要的能量少于被移除的一半。

　　根据这个结果，我们认为这对刀具是有好处的，对吧?不是这样的。一项使用铁涂层硬质合金立铣刀的刀具磨损研究发现，当使用推荐的进料速度和铬镍铁合金718切削完全致密的材料时，仅三分钟后硬质合金涂层就会出现剥落。在切割薄壁支架时，在第一次运行后，我们观察到切割边缘有剥落现象，在1分钟内凹槽的角半径就破裂了。

　　它只是一个坏的刀具吗?我们认为可能是这样。因此，我们重复了多次研究，每次都使用新的工具。不幸的是，同样的事情不断发生，在一个案例中，当切割薄壁支撑结构时，长笛的角半径在0.33分钟内断裂。因此，在受力较小的情况下，薄壁和空心截面之间的不断往复运动对刀具的使用寿命有显著的不利影响。

　　这两项研究的结果，都对标准进料和速度的使用提出了疑问，因为在切割附加制造零件上常见的薄壁支撑结构时，使用标准进料和速度是有问题的。因此，就目前而言，用添加剂制造的金属零件加工薄壁支撑结构时，需要小心谨慎的进行。或者，在加工前要坚持完全密集的支撑结构，但是即使这样，如果你的刀具寿命比你习惯看到的要短的话，也要做好准备。

　　后，Paul Morrow非常感谢他的同事Ed De Meter教授和Guha Manogharan博士以及帮助进行这些实验并分析结果的研究生们。

　　(原标题：Machining Additively Manufactured Supports: The Tool’s Perspective)

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