Lõikeriistade katted parandavad lõikeriistade hõõrde- ja kulumisomadusi, mistõttu on need lõiketöödel hädavajalikud.Pinnatöötlustehnoloogia pakkujad on aastaid välja töötanud kohandatud kattelahendusi, et parandada lõikeriistade kulumiskindlust, töötlemise tõhusust ja kasutusiga.Ainulaadne väljakutse tuleneb nelja elemendi tähelepanu pööramisest ja optimeerimisest: (i) lõiketööriistade pindade katmise eel- ja järeltöötlus;ii) kattematerjalid;iii) kattestruktuurid;ja iv) kaetud lõikeriistade integreeritud töötlemistehnoloogia.
Lõiketööriistade kulumisallikad
Lõikeprotsessi ajal tekivad lõikeriista ja tooriku materjali vahelises kontakttsoonis teatud kulumismehhanismid.Näiteks laastu ja lõikepinna vaheline sidekulumine, tööriista abrasiivne kulumine tooriku materjali kõvade punktide poolt ja hõõrdekeemiliste reaktsioonide (materjali keemilised reaktsioonid, mis on põhjustatud mehaanilisest toimest ja kõrgetest temperatuuridest) põhjustatud kulumine.Kuna need hõõrdepinged vähendavad lõikeriista lõikejõudu ja lühendavad tööriista eluiga, mõjutavad need peamiselt lõikeriista töötlemise efektiivsust.
Pinnakate vähendab hõõrdumise mõju, lõikeriista alusmaterjal aga toetab katet ja neelab mehaanilist pinget.Hõõrdesüsteemi täiustatud jõudlus võib lisaks tootlikkuse suurendamisele säästa materjali ja vähendada energiatarbimist.
Katte roll töötlemiskulude vähendamisel
Lõikeriista eluiga on tootmistsüklis oluline kulutegur.Muuhulgas võib lõikeriista eluiga määratleda kui aega, mille jooksul masinat saab katkestusteta töödelda enne hoolduse vajamist.Mida pikem on lõikeriista eluiga, seda väiksemad on tootmiskatkestest tulenevad kulud ja seda vähem peab masin tegema hooldustöid.
Isegi väga kõrgel lõiketemperatuuril saab lõikeriista kasutusiga pikendada kattega, vähendades nii oluliselt töötlemiskulusid.Lisaks võib lõikeriista kate vähendada vajadust määrdevedelike järele.Mitte ainult ei vähenda materjalikulusid, vaid aitab ka keskkonda kaitsta.
Pindamiseelse ja -järgse töötlemise mõju tootlikkusele
Kaasaegsete lõikeoperatsioonide puhul peavad lõiketööriistad taluma kõrget rõhku (>2 GPa), kõrgeid temperatuure ja pidevaid termilise pinge tsükleid.Enne ja pärast lõikeriista katmist tuleb seda töödelda vastava protsessiga.
Enne lõikeriista katmist saab kasutada erinevaid eeltöötlusmeetodeid, et valmistuda järgnevaks katmisprotsessiks, parandades samal ajal oluliselt katte nakkuvust.Töötades koos kattekihiga, võib tööriista lõikeserva ettevalmistamine suurendada ka lõikekiirust ja ettenihkekiirust ning pikendada lõikeriista eluiga.
Pinnakatte järeltöötlus (serva ettevalmistamine, pinnatöötlus ja struktureerimine) mängib samuti määravat rolli lõikeriista optimeerimisel, eelkõige vältimaks võimalikku varajast kulumist laastu tekkega (tooriku materjali sidumine lõikeserva külge). tööriist).
Katmise kaalutlused ja valik
Katte toimivuse nõuded võivad olla väga erinevad.Töötlemistingimustes, kus lõikeserva temperatuur on kõrge, muutuvad katte kuumakindlad kulumisomadused äärmiselt oluliseks.Eeldatakse, et tänapäevastel kattekihtidel peaksid olema ka järgmised omadused: suurepärane jõudlus kõrgel temperatuuril, oksüdatsioonikindlus, kõrge kõvadus (isegi kõrgetel temperatuuridel) ja mikroskoopiline sitkus (plastsus) nanostruktureeritud kihtide disaini kaudu.
Tõhusate lõiketööriistade jaoks on katte optimeeritud nakkuvus ja mõistlik jääkpingete jaotus kaks otsustavat tegurit.Esiteks tuleb arvestada alusmaterjali ja kattematerjali vastasmõju.Teiseks peaks kattematerjali ja töödeldava materjali vahel olema võimalikult väike afiinsus.Katte ja töödeldava detaili nakkevõimalust saab oluliselt vähendada, kasutades sobivat tööriista geomeetriat ja katte poleerimist.
Alumiiniumipõhiseid katteid (nt AlTiN) kasutatakse lõiketööstuses tavaliselt lõikeriistade katetena.Kõrge lõiketemperatuuri mõjul võivad need alumiiniumipõhised katted moodustada õhukese ja tiheda alumiiniumoksiidi kihi, mis töötlemise ajal pidevalt uueneb, kaitseb katet ja selle all olevat alusmaterjali oksüdatiivse rünnaku eest.
Katte kõvadust ja oksüdatsioonikindlust saab reguleerida alumiiniumisisalduse ja katte struktuuri muutmisega.Näiteks alumiiniumisisalduse suurendamise, nanostruktuuride või mikrolegeerimise (st madala sisaldusega elementidega legeerimise) abil saab parandada katte oksüdatsioonikindlust.
Lisaks kattematerjali keemilisele koostisele võivad muutused katte struktuuris oluliselt mõjutada katte toimivust.Lõikeriistade erinev jõudlus sõltub erinevate elementide jaotumisest katte mikrostruktuuris.
Tänapäeval saab soovitud jõudluse saavutamiseks kombineerida mitut erineva keemilise koostisega kattekihti komposiitkattekihiks.See suundumus areneb ka tulevikus – eriti uute katmissüsteemide ja katmisprotsesside kaudu, nagu näiteks HI3 (High Ionization Triple) kaareaurustus ja pihustushübriidkatmise tehnoloogia, mis ühendab kolm tugevalt ioniseeritud katmisprotsessi üheks.
Universaalkattena pakuvad titaan-ränipõhised (TiSi) katted suurepärast töödeldavust.Neid katteid saab kasutada nii erineva karbiidisisaldusega kõrge kõvadusega teraste (südamiku kõvadus kuni HRC 65) kui ka keskmise kõvadusega teraste (südamiku kõvadus HRC 40) töötlemiseks.Kattestruktuuri konstruktsiooni saab kohandada vastavalt erinevatele töötlemisrakendustele.Tänu sellele saab titaanisilikoonil põhinevaid kaetud lõiketööriistu kasutada mitmesuguste toorikute materjalide lõikamiseks ja töötlemiseks alates kõrglegeeritud, vähelegeeritud terasest kuni karastatud terase ja titaanisulamiteni.Kõrge viimistlusega lõikekatsed lamedate toorikutega (kõvadus HRC 44) on näidanud, et kaetud lõiketööriistad võivad pikendada nende kasutusiga peaaegu kaks korda ja vähendada pinna karedust umbes 10 korda.
Titaan-ränipõhine kate minimeerib järgnevat pinna poleerimist.Selliseid katteid kasutatakse eeldatavasti suure lõikekiiruse, kõrge servatemperatuuri ja suure metallieemalduskiirusega töötlemisel.
Mõnede teiste PVD-katete (eelkõige mikrolegeeritud pinnakatete) puhul teevad kattega tegelevad ettevõtted tihedat koostööd töötlejatega, et uurida ja arendada erinevaid optimeeritud pinnatöötluslahendusi.Seetõttu on võimalik ja praktiliselt rakendatav oluliselt parandada töötluse tõhusust, lõikeriistade kasutamist, töötlemiskvaliteeti ning materjali, kattekihi ja töötlemise vahelist koostoimet.Professionaalse katmispartneriga koostööd tehes saavad kasutajad suurendada oma tööriistade kasutamise efektiivsust kogu nende elutsükli jooksul.
Postitusaeg: 07.11.2022