GKN Sinter Metals推出新型3D打印齒輪鋼20MnCr5

鋼材，特別是不銹鋼和工具鋼，是工具和生物醫(yī)學(xué)等行業(yè)中可靠且常用的材料。然而，用于增材制造的鋼材還是不常見的。它存在，但它不如其他金屬材料那么常見。這對于增材制造行業(yè)來說，是一大不幸，因為鋼具有許多高度有用的特性，例如高強度和耐腐蝕性。幸運的是，一種新型鋼材最近進入了增材制造市場，然而是以GKN Sinter Metals的20MnCr5形式出現(xiàn)。

20MnCr5堅固且堅韌，并易于加工，具有很高的抗疲勞性和耐磨性。Porsche Engineering最近將這種材料用于其電子驅(qū)動動力傳動系統(tǒng)的3D打印部件，即傳統(tǒng)的前部橫向傳動裝置。為了獲得最佳效益，選擇了具有最大減重潛力的部件-帶齒圈的差速器殼體。

齒圈和差速器殼體在常規(guī)變速器中具有不同的功能。齒圈由特殊鋼制成，然后經(jīng)過硬化和精密研磨。通常用鑄造制成的差速器殼體用于從環(huán)形齒輪到中心螺栓和錐齒輪的扭矩傳遞。寬齒圈的齒由薄的、有時偏離中心的圓盤支撐，該圓盤連接到差速器殼體。GKN和Porsche使用CAD軟件和拓撲優(yōu)化結(jié)構(gòu)來設(shè)計基于力的新形狀。然后定義變速器內(nèi)的最大可用空間。任何功能（如錐齒輪、側(cè)軸和軸承）所需的所有內(nèi)部輪廓均從車身中減去。

根據(jù)變速器的規(guī)格和要求，包括軸承和齒輪在內(nèi)的所有負載都被應(yīng)用于封裝塊。CAD優(yōu)化工具創(chuàng)建了一個能夠承擔所有所需負載的結(jié)構(gòu)。由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)不能通過增材制造以外的任何其他手段來制造。

內(nèi)部形狀僅由系統(tǒng)的有機梁和其結(jié)構(gòu)完整性所需的結(jié)構(gòu)支撐。這些形狀不能用傳統(tǒng)方法加工。該結(jié)構(gòu)還需要諸如孔的特殊特征，以在制造之后噴出未使用的金屬粉末，并且外徑上的開口使得收集的油可以從差速器的內(nèi)部區(qū)域排出。這些功能都可以在CAD模型中進行規(guī)劃。

最終的有限元分析顯示了均勻的應(yīng)力水平和允許的壁厚減少，由于機器限制，使用其他制造方法是不可能實現(xiàn)的。根據(jù)原始負載要求，該團隊能夠減少13％的重量，或約1公斤。他們在徑向上的齒剛度減少了43％，在切線方向上的齒剛度減少了69％，慣性減小了8％。

無論是減輕重量，創(chuàng)建更高效的內(nèi)燃機，還是改進傳動系統(tǒng)，汽車制造商都在不斷尋找提高車輛效率的方法。越來越多的制造商正在轉(zhuǎn)向增材制造，以制造原型甚至制造零件，其中許多零件的幾何形狀無法通過傳統(tǒng)制造工藝來實現(xiàn)。再加上新型3D打印材料，比如GKN的20MnCr5，制造商能夠制造復(fù)雜、輕質(zhì)的部件，以承受高磨損。

GKN一直在探索汽車增材制造的好處，而這個最近的應(yīng)用強調(diào)了3D打印的幾個關(guān)鍵功能。

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