Покритията на режещите инструменти подобряват свойствата на триене и износване на режещите инструменти, поради което са от съществено значение при операциите по рязане.В продължение на много години доставчиците на технологии за повърхностна обработка разработват персонализирани решения за покритие, за да подобрят устойчивостта на износване на режещите инструменти, ефективността на машинната обработка и експлоатационния живот.Уникалното предизвикателство идва от вниманието и оптимизирането на четири елемента: (i) обработка преди и след нанасяне на покритие на повърхностите на режещите инструменти;(ii) материали за покритие;(iii) покривни структури;и (iv) интегрирана технология за обработка на режещи инструменти с покритие.
Източници на износване на режещи инструменти
По време на процеса на рязане възникват някои механизми на износване в контактната зона между режещия инструмент и материала на детайла.Например свързано износване между чипа и режещата повърхност, абразивно износване на инструмента от твърди точки в материала на детайла и износване, причинено от химични реакции на триене (химични реакции на материала, причинени от механично действие и високи температури).Тъй като тези напрежения на триене намаляват силата на рязане на режещия инструмент и съкращават живота на инструмента, те влияят главно на ефективността на обработка на режещия инструмент.
Повърхностното покритие намалява ефекта от триенето, докато основният материал на режещия инструмент поддържа покритието и абсорбира механичното напрежение.Подобрената производителност на системата за триене може да спести материал и да намали консумацията на енергия в допълнение към увеличаването на производителността.
Ролята на покритието за намаляване на разходите за обработка
Животът на режещия инструмент е важен фактор за разходите в производствения цикъл.Освен всичко друго, животът на режещия инструмент може да се определи като времето, през което машината може да бъде обработена без прекъсване, преди да е необходима поддръжка.Колкото по-дълъг е животът на режещия инструмент, толкова по-ниски са разходите поради прекъсване на производството и толкова по-малко работа по поддръжка трябва да извършва машината.
Дори при много високи температури на рязане, експлоатационният живот на режещия инструмент може да бъде удължен с покритие, като по този начин значително се намаляват разходите за обработка.В допълнение, покритието на режещия инструмент може да намали нуждата от смазочни течности.Не само намалява разходите за материали, но също така помага за опазване на околната среда.
Ефект от обработката преди и след нанасяне на покритие върху производителността
При съвременните операции на рязане режещите инструменти трябва да издържат на високо налягане (>2 GPa), високи температури и постоянни цикли на термично напрежение.Преди и след нанасянето на покритието на режещия инструмент, той трябва да бъде обработен с подходящия процес.
Преди нанасяне на покритие на инструмента за рязане могат да се използват различни методи за предварителна обработка за подготовка за последващия процес на нанасяне на покритие, като същевременно се подобрява значително адхезията на покритието.Като работи заедно с покритието, подготовката на режещия ръб на инструмента може също да увеличи скоростта на рязане и скоростта на подаване и да удължи живота на режещия инструмент.
Последващата обработка на покритието (подготовка на ръба, повърхностна обработка и структуриране) също играе определяща роля за оптимизирането на режещия инструмент, по-специално за предотвратяване на възможно ранно износване чрез образуване на стружки (свързване на материала на детайла към режещия ръб на инструмента). инструмент).
Съображения за покритие и избор
Изискванията за изпълнение на покритието могат да бъдат много различни.При условия на обработка, при които температурата на режещия ръб е висока, топлоустойчивите характеристики на износване на покритието стават изключително важни.Очаква се съвременните покрития да имат и следните характеристики: отлична производителност при високи температури, устойчивост на окисление, висока твърдост (дори при високи температури) и микроскопична якост (пластичност) чрез дизайна на наноструктурирани слоеве.
За ефективни режещи инструменти оптимизираната адхезия на покритието и разумното разпределение на остатъчните напрежения са два решаващи фактора.Първо, трябва да се вземе предвид взаимодействието между материала на субстрата и материала на покритието.Второ, трябва да има възможно най-малък афинитет между покриващия материал и материала, който ще се обработва.Възможността за адхезия между покритието и детайла може да бъде значително намалена чрез използване на подходяща геометрия на инструмента и полиране на покритието.
Покритията на базата на алуминий (напр. AlTiN) обикновено се използват като покрития за режещи инструменти в индустрията за рязане.Под действието на високи температури на рязане, тези покрития на базата на алуминий могат да образуват тънък и плътен слой от алуминиев оксид, който непрекъснато се обновява по време на обработка, предпазва покритието и субстратния материал под него от окислителна атака.
Твърдостта и устойчивостта на окисляване на покритието могат да се регулират чрез промяна на съдържанието на алуминий и структурата на покритието.Например, чрез увеличаване на съдържанието на алуминий, използване на наноструктури или микролегиране (т.е. легиране с ниско съдържание на елементи), устойчивостта на окисление на покритието може да бъде подобрена.
В допълнение към химичния състав на покриващия материал, промените в структурата на покритието могат значително да повлияят на характеристиките на покритието.Различните характеристики на режещия инструмент зависят от разпределението на различните елементи в микроструктурата на покритието.
В днешно време няколко единични покриващи слоя с различен химичен състав могат да бъдат комбинирани в композитен покривен слой, за да се получи желаната производителност.Тази тенденция ще продължи да се развива в бъдеще – особено чрез нови системи за нанасяне на покритие и процеси на нанасяне на покритие, като хибридната технология за нанасяне на покритие с дъгово изпаряване и разпрашване HI3 (High Ionization Triple), която комбинира три процеса на силно йонизирано покритие в едно.
Като цялостно покритие, покритията на базата на титан и силиций (TiSi) предлагат отлична обработваемост.Тези покрития могат да се използват за обработка както на стомани с висока твърдост с различно съдържание на карбид (твърдост на сърцевината до HRC 65), така и на стомани със средна твърдост (твърдост на сърцевината HRC 40).Дизайнът на структурата на покритието може да се адаптира съответно към различните приложения на обработка.В резултат на това режещите инструменти с титаново силиконово покритие могат да се използват за рязане и обработка на широка гама от материали за детайли от високолегирани, нисколегирани стомани до закалени стомани и титанови сплави.Тестовете за висококачествено рязане на плоски детайли (твърдост HRC 44) показват, че режещите инструменти с покритие могат да увеличат живота си почти два пъти и да намалят грапавостта на повърхността с около 10 пъти.
Покритието на основата на титан-силиций минимизира последващото повърхностно полиране.Такива покрития ще се очаква да се използват при обработка с високи скорости на рязане, високи температури на ръбовете и високи скорости на отстраняване на метала.
За някои други PVD покрития (особено микролегирани покрития), компаниите за покрития също работят в тясно сътрудничество с процесорите за изследване и разработване на различни оптимизирани решения за повърхностна обработка.Следователно, значителни подобрения в ефективността на обработката, използването на режещия инструмент, качеството на обработката и взаимодействието между материал, покритие и обработка са възможни и практически приложими.Работейки с професионален партньор за покритие, потребителите могат да увеличат ефективността на използване на своите инструменти през целия им жизнен цикъл.
Време на публикуване: 07 ноември 2022 г