Los recubrimientos para herramientas de corte mejoran las propiedades de fricción y desgaste de las herramientas de corte, por lo que son esenciales en las operaciones de corte.Durante muchos años, los proveedores de tecnología de procesamiento de superficies han estado desarrollando soluciones de recubrimiento personalizadas para mejorar la resistencia al desgaste de las herramientas de corte, la eficiencia del mecanizado y la vida útil.El desafío único proviene de la atención y optimización de cuatro elementos: (i) procesamiento previo y posterior al recubrimiento de superficies de herramientas de corte;(ii) materiales de revestimiento;(iii) estructuras de revestimiento;y (iv) tecnología de procesamiento integrado para herramientas de corte recubiertas.
Fuentes de desgaste de herramientas de corte
Durante el proceso de corte, se producen algunos mecanismos de desgaste en la zona de contacto entre la herramienta de corte y el material de la pieza.Por ejemplo, desgaste adherido entre la viruta y la superficie de corte, desgaste abrasivo de la herramienta por puntos duros en el material de la pieza de trabajo y desgaste causado por reacciones químicas de fricción (reacciones químicas del material causadas por acción mecánica y altas temperaturas).Dado que estas tensiones de fricción reducen la fuerza de corte de la herramienta de corte y acortan la vida útil de la herramienta, afectan principalmente a la eficiencia de mecanizado de la herramienta de corte.
El revestimiento de la superficie reduce el efecto de la fricción, mientras que el material base de la herramienta de corte soporta el revestimiento y absorbe la tensión mecánica.El rendimiento mejorado del sistema de fricción puede ahorrar material y reducir el consumo de energía además de aumentar la productividad.
El papel del recubrimiento en la reducción de los costos de procesamiento
La vida útil de la herramienta de corte es un factor de costo importante en el ciclo de producción.Entre otras cosas, la vida útil de la herramienta de corte se puede definir como el tiempo que una máquina puede mecanizarse sin interrupción antes de que se requiera mantenimiento.Cuanto mayor sea la vida útil de la herramienta de corte, menores serán los costos debido a las interrupciones de producción y menos trabajo de mantenimiento debe realizar la máquina.
Incluso a temperaturas de corte muy altas, la vida útil de la herramienta de corte puede extenderse con recubrimiento, lo que reduce significativamente los costos de mecanizado.Además, el recubrimiento de herramientas de corte puede reducir la necesidad de fluidos lubricantes.No solo reduce los costos de materiales, sino que también ayuda a proteger el medio ambiente.
Efecto del procesamiento previo y posterior al recubrimiento en la productividad
En las operaciones de corte modernas, las herramientas de corte deben soportar altas presiones (>2 GPa), altas temperaturas y ciclos constantes de tensión térmica.Antes y después del recubrimiento de la herramienta de corte, debe tratarse con el proceso adecuado.
Antes del recubrimiento de la herramienta de corte, se pueden usar varios métodos de pretratamiento para preparar el proceso de recubrimiento posterior, mientras se mejora significativamente la adherencia del recubrimiento.Al trabajar en conjunto con el recubrimiento, la preparación del filo de la herramienta también puede aumentar la velocidad de corte y la velocidad de avance, y prolongar la vida útil de la herramienta de corte.
El procesamiento posterior del recubrimiento (preparación del borde, procesamiento de la superficie y estructuración) también juega un papel determinante en la optimización de la herramienta de corte, en particular para evitar un posible desgaste prematuro por la formación de viruta (unión del material de la pieza al borde de corte del herramienta).
Consideraciones y selección de recubrimiento
Los requisitos para el rendimiento del recubrimiento pueden ser muy diferentes.En condiciones de mecanizado en las que la temperatura del filo de corte es alta, las características de resistencia al desgaste por calor del recubrimiento se vuelven extremadamente importantes.Se espera que los recubrimientos modernos también tengan las siguientes características: excelente rendimiento a altas temperaturas, resistencia a la oxidación, alta dureza (incluso a altas temperaturas) y tenacidad microscópica (plasticidad) a través del diseño de capas nanoestructuradas.
Para herramientas de corte eficientes, la adhesión optimizada del recubrimiento y una distribución razonable de las tensiones residuales son dos factores decisivos.En primer lugar, se debe considerar la interacción entre el material del sustrato y el material de recubrimiento.En segundo lugar, debe haber la menor afinidad posible entre el material de recubrimiento y el material a procesar.La posibilidad de adherencia entre el recubrimiento y la pieza de trabajo se puede reducir significativamente utilizando una geometría de herramienta apropiada y puliendo el recubrimiento.
Los recubrimientos a base de aluminio (por ejemplo, AlTiN) se utilizan comúnmente como recubrimientos para herramientas de corte en la industria del corte.Bajo la acción de altas temperaturas de corte, estos recubrimientos a base de aluminio pueden formar una capa delgada y densa de óxido de aluminio que se renueva continuamente durante el mecanizado, protege el recubrimiento y el material del sustrato debajo del ataque oxidativo.
El rendimiento de dureza y resistencia a la oxidación de un recubrimiento se puede ajustar cambiando el contenido de aluminio y la estructura del recubrimiento.Por ejemplo, aumentando el contenido de aluminio, utilizando nanoestructuras o microaleaciones (es decir, aleaciones con elementos de bajo contenido), se puede mejorar la resistencia a la oxidación del recubrimiento.
Además de la composición química del material de recubrimiento, los cambios en la estructura del recubrimiento pueden afectar significativamente el desempeño del mismo.El rendimiento de las diferentes herramientas de corte depende de la distribución de los diversos elementos en la microestructura del recubrimiento.
Hoy en día, se pueden combinar varias capas de revestimiento únicas con diferentes composiciones químicas en una capa de revestimiento compuesta para obtener el rendimiento deseado.Esta tendencia continuará desarrollándose en el futuro, especialmente a través de nuevos sistemas de recubrimiento y procesos de recubrimiento, como la tecnología de recubrimiento híbrido de evaporación por arco y pulverización catódica HI3 (triple alta ionización) que combina tres procesos de recubrimiento altamente ionizados en uno.
Como recubrimiento integral, los recubrimientos a base de titanio y silicio (TiSi) ofrecen una excelente maquinabilidad.Estos recubrimientos se pueden utilizar para procesar aceros de alta dureza con diferentes contenidos de carburo (dureza del núcleo hasta HRC 65) y aceros de dureza media (dureza del núcleo HRC 40).El diseño de la estructura de revestimiento se puede adaptar en consecuencia a las diferentes aplicaciones de mecanizado.Como resultado, las herramientas de corte recubiertas con base de silicona de titanio se pueden utilizar para cortar y procesar una amplia gama de materiales de piezas de trabajo, desde aceros de alta y baja aleación hasta aceros templados y aleaciones de titanio.Las pruebas de corte de alto acabado en piezas de trabajo planas (dureza HRC 44) han demostrado que las herramientas de corte recubiertas pueden aumentar su vida útil casi dos veces y reducir la rugosidad de la superficie unas 10 veces.
El revestimiento a base de titanio y silicio minimiza el pulido posterior de la superficie.Se espera que dichos recubrimientos se utilicen en el procesamiento con altas velocidades de corte, altas temperaturas de borde y altas tasas de eliminación de metal.
Para algunos otros recubrimientos de PVD (especialmente los recubrimientos de microaleaciones), las empresas de recubrimientos también están trabajando en estrecha colaboración con los procesadores para investigar y desarrollar varias soluciones optimizadas de procesamiento de superficies.Por lo tanto, son posibles y aplicables en la práctica mejoras significativas en la eficiencia del mecanizado, el uso de herramientas de corte, la calidad del mecanizado y la interacción entre el material, el recubrimiento y el mecanizado.Al trabajar con un socio de recubrimiento profesional, los usuarios pueden aumentar la eficiencia de utilización de sus herramientas a lo largo de su ciclo de vida.
Hora de publicación: 07-nov-2022