一目了然：

 

　　更轻：轻量化刨削工具的重量减少了50%。

 

　　更快：非常轻的高强度刀具，大大降低了机器负荷，使生产速度提高1.5倍。

 

　　精确：非常坚硬的刀具，具有良好的振动特性，即使在高速情况下也能实现高的加工质量。

 

　　节能：由于需要加速的质量较低，该过程消耗的驱动能量较少。

 

　　节约材料：通过数值模拟优化的结构，需要更少的材料。

 

　　可扩展性：轻量化设计可转移到更大的旋转刀具以及其他行业，从而使重量优势随直径增加而增加。

 

　　如今，木制品的机器纵向加工中的刨削与传统印象中细木工房中有节奏的研磨噪音已经毫无关系了。现代的刨削工具，其头部（圆周面铣刀）高速旋转，精确地去除木材表面的几微米范围。

 

　　材料替代只是半个轻量化

 

　　更轻、更硬的刀具可以通过更高的速度和优化的振动行为实现更好的加工表面质量和更高的生产速度，同时也可以节省能源。但是，目前市场上的外围面铣刀是由铝制成的，并且其轻量化的潜力在很大程度上已经消耗殆尽。

 

　　在一个由政府资助的IGF项目中，DITF与斯图加特大学机床研究所以及其他来自工业界的合作伙伴密切合作。DITF的研究人员承担了项目中减少圆周面铣刀重量的任务，以显著提高生产效率。"我们很快就明白了，除了用碳纤维复合材料替代金属部件的纯材料外，我们只能利用数值模拟来开发风险大但最适合纤维和负载的设计概念，"DITF短纤维、织造和模拟能力中心副主任兼数值模拟主管解释说。"我们的目标是要从头开始建立和设计这个刀具。轻量化和精确性是我们的指导方针"。

 

　　最佳的载荷分布

 

　　这种努力已经得到了回报。轻量化方案不仅包括将材料改为碳纤维增强塑料，还包括刨削工具的内部价值的新设计原则。利用DITF的数值模拟结果，研究人员实现了一个模块化的方案：三角形元素被安排在一个外壳内。在第一个版本中，它们的四角由金属嵌件连接，后来被碳纤维复合材料制成的固定销取代。这些固定装置垂直于三角形排列，也是切削刃托架的固定装置，而切削刃托架又能固定可转位刀片。

 

　　由于模块化的设计原则，作用力在各个元素之间得到了最佳分配。离心力由碳纤维复合材料三角元件吸收，所有其他载荷-扭转和弯曲力矩、法向力-通过碳纤维复合材料外壳和杆件吸收。"在生产基体和三角形的过程中，我们现在可以根据纤维的情况，沿着载荷路径布置各个部件。这使得碳纤维有可能最佳地吸收负荷，从而在最大限度地减轻重量的同时，尽可能地提高刚度，"相关人员解释说。

 

　　刀具越大，重量优势越大

 

　　轻量化刨削工具现在只有原来的一半重--参考工具的重量刚刚超过8千克，而碳纤维复合材料版本的重量只有约4千克。由于设计的原因，与钢或铝制刀具相比，其重量优势随着刀具直径的增加而进一步增加。

 

　　这些示范刀具是用碳纤维绳索或织物以标准工艺生产的。缠绕和真空辅助树脂灌注VARI。其他众所周知的工艺，如编织、预浸料的加工或RTM也是可以想象的。"制造轻量化刀具的一个挑战将是联锁半径的公差。但这是一项可以解决的任务，"相关人员肯定地说。"然而，对于这个极端轻量化的刀具，还有其他非常令人兴奋的研究课题要做，这对刀具的成功应用非常重要。这包括故障和长期行为、可扩展性、精度和速度最大化以及功能和传感器的集成。这些要求可以通过后续的研究项目得到解决"。