بهینه سازی نقش و عملکرد پوشش ابزار برش

پوشش های ابزار برش، خواص اصطکاک و سایش ابزارهای برش را بهبود می بخشد، به همین دلیل است که در عملیات برش ضروری هستند.برای سال‌های متمادی، ارائه‌دهندگان فناوری پردازش سطح راه‌حل‌های پوشش سفارشی را برای بهبود مقاومت در برابر سایش ابزار برش، کارایی ماشین‌کاری و عمر مفید توسعه داده‌اند.چالش منحصر به فرد ناشی از توجه و بهینه سازی چهار عنصر است: (1) پردازش قبل و بعد از پوشش سطوح ابزار برش.(2) مواد پوشش.(iii) سازه های پوشش.و (IV) فناوری پردازش یکپارچه برای ابزارهای برش پوشش داده شده.

منابع سایش ابزار برش
در طول فرآیند برش، برخی مکانیسم های سایش در ناحیه تماس بین ابزار برش و مواد قطعه کار رخ می دهد.به عنوان مثال، سایش پیوندی بین تراشه و سطح برش، سایش ساینده ابزار توسط نقاط سخت در مواد قطعه کار، و سایش ناشی از واکنش‌های شیمیایی اصطکاکی (واکنش‌های شیمیایی مواد ناشی از عمل مکانیکی و دماهای بالا).از آنجایی که این تنش‌های اصطکاکی نیروی برش ابزار برش را کاهش می‌دهند و عمر ابزار را کوتاه می‌کنند، عمدتاً بر راندمان ماشینکاری ابزار برش تأثیر می‌گذارند.

پوشش سطح اثر اصطکاک را کاهش می دهد، در حالی که مواد پایه ابزار برش از پوشش حمایت می کند و استرس مکانیکی را جذب می کند.عملکرد بهبود یافته سیستم اصطکاک می تواند علاوه بر افزایش بهره وری باعث صرفه جویی در مواد و کاهش مصرف انرژی شود.

نقش پوشش در کاهش هزینه های فرآوری
عمر ابزار برش یک عامل هزینه مهم در چرخه تولید است.در میان چیزهای دیگر، عمر ابزار برش را می توان به عنوان زمان ماشینکاری بدون وقفه قبل از نیاز به تعمیر و نگهداری تعریف کرد.هر چه عمر ابزار برش بیشتر باشد، هزینه های ناشی از وقفه در تولید کمتر می شود و ماشین باید کار تعمیر و نگهداری کمتری انجام دهد.

حتی در دماهای برش بسیار بالا، عمر استفاده از ابزار برش را می توان با پوشش افزایش داد، بنابراین هزینه های ماشینکاری را به میزان قابل توجهی کاهش داد.علاوه بر این، پوشش ابزار برش می تواند نیاز به مایعات روان کننده را کاهش دهد.نه تنها هزینه های مواد را کاهش می دهد، بلکه به حفاظت از محیط زیست نیز کمک می کند.

تأثیر پردازش قبل و بعد از پوشش بر بهره وری

در عملیات برش مدرن، ابزارهای برش نیاز به تحمل فشارهای بالا (> 2 گیگا پاسکال)، دماهای بالا و چرخه های ثابت تنش حرارتی دارند.قبل و بعد از روکش ابزار برش باید با فرآیند مناسب درمان شود.

قبل از برش پوشش ابزار، می توان از روش های مختلف پیش تصفیه برای آماده سازی برای فرآیند پوشش بعدی استفاده کرد، در حالی که چسبندگی پوشش را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید.با کار در ارتباط با پوشش، آماده سازی لبه برش ابزار همچنین می تواند سرعت برش و سرعت تغذیه را افزایش دهد و عمر ابزار برش را افزایش دهد.

پوشش پس از پردازش (تهیه لبه، پردازش سطح و ساختار) همچنین نقش تعیین کننده ای در بهینه سازی ابزار برش دارد، به ویژه برای جلوگیری از سایش زودهنگام احتمالی توسط تشکیل تراشه (پیوند مواد قطعه کار به لبه برش). ابزار).

ملاحظات پوشش و انتخاب

الزامات عملکرد پوشش می تواند بسیار متفاوت باشد.در شرایط ماشینکاری که دمای لبه برش بالا است، ویژگی های سایش مقاوم در برابر حرارت پوشش بسیار مهم است.انتظار می رود که پوشش های مدرن باید ویژگی های زیر را نیز داشته باشند: عملکرد عالی در دمای بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون، سختی بالا (حتی در دماهای بالا) و چقرمگی میکروسکوپی (پلاستیسیته) از طریق طراحی لایه های نانوساختار.

برای ابزارهای برش کارآمد، چسبندگی پوشش بهینه و توزیع معقول تنش های پسماند دو عامل تعیین کننده هستند.در ابتدا، تعامل بین مواد بستر و مواد پوشش باید در نظر گرفته شود.ثانیا، باید تا حد امکان میل ترکیبی کمتری بین ماده پوشش و ماده مورد پردازش وجود داشته باشد.با استفاده از هندسه ابزار مناسب و صیقل دادن پوشش می توان امکان چسبندگی بین پوشش و قطعه کار را به میزان قابل توجهی کاهش داد.

پوشش های مبتنی بر آلومینیوم (به عنوان مثال AlTiN) معمولا به عنوان پوشش ابزار برش در صنعت برش استفاده می شود.تحت تأثیر دمای برش بالا، این پوشش های مبتنی بر آلومینیوم می توانند یک لایه نازک و متراکم از اکسید آلومینیوم را تشکیل دهند که به طور مداوم خود را در طول ماشینکاری تجدید می کند، پوشش و مواد زیر لایه زیر آن را در برابر حمله اکسیداتیو محافظت می کند.

سختی و عملکرد مقاومت در برابر اکسیداسیون یک پوشش را می توان با تغییر محتوای آلومینیوم و ساختار پوشش تنظیم کرد.به عنوان مثال، با افزایش محتوای آلومینیوم، استفاده از ساختارهای نانو یا میکروآلیاژسازی (یعنی آلیاژسازی با عناصر کم محتوای)، مقاومت اکسیداسیون پوشش را می توان بهبود بخشید.

علاوه بر ترکیب شیمیایی مواد پوشش، تغییرات در ساختار پوشش می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد پوشش تأثیر بگذارد.عملکرد متفاوت ابزار برش به توزیع عناصر مختلف در ریز ساختار پوشش بستگی دارد.

امروزه می توان چندین لایه تک پوشش با ترکیبات شیمیایی مختلف را در یک لایه پوشش کامپوزیتی ترکیب کرد تا عملکرد مطلوب را به دست آورد.این روند در آینده به توسعه خود ادامه خواهد داد - به ویژه از طریق سیستم های پوشش جدید و فرآیندهای پوشش، مانند تبخیر قوس HI3 (سه گانه یونیزه بالا) و فناوری پوشش هیبریدی کندوپاش که سه فرآیند پوشش بسیار یونیزه را در یک فرآیند ترکیب می کند.

به عنوان یک پوشش همه جانبه، پوشش های مبتنی بر تیتانیوم-سیلیکون (TiSi) قابلیت ماشینکاری عالی را ارائه می دهند.از این پوشش ها می توان برای فرآوری فولادهای با سختی بالا با محتویات کاربید متفاوت (سختی هسته تا HRC 65) و فولادهای با سختی متوسط ​​(هسته سختی HRC 40) استفاده کرد.طراحی ساختار پوشش را می توان با توجه به کاربردهای مختلف ماشینکاری تطبیق داد.در نتیجه، ابزارهای برش با روکش سیلیکونی تیتانیوم را می توان برای برش و پردازش طیف وسیعی از مواد قطعه کار از فولادهای پرآلیاژ و کم آلیاژ گرفته تا فولادهای سخت شده و آلیاژهای تیتانیوم استفاده کرد.آزمایش‌های برش سطح بالا روی قطعات کار مسطح (سختی HRC 44) نشان داده‌اند که ابزارهای برش پوشش داده شده می‌توانند عمر آن را تقریباً دو برابر افزایش دهند و زبری سطح را تا حدود 10 برابر کاهش دهند.

پوشش مبتنی بر تیتانیوم-سیلیکون، پرداخت سطح بعدی را به حداقل می رساند.انتظار می‌رود چنین پوشش‌هایی در پردازش با سرعت برش بالا، دمای لبه بالا و نرخ حذف فلز بالا مورد استفاده قرار گیرند.

برای برخی دیگر از پوشش‌های PVD (مخصوصاً پوشش‌های میکروآلیاژی)، شرکت‌های پوشش‌دهنده نیز از نزدیک با پردازنده‌ها برای تحقیق و توسعه راه‌حل‌های مختلف پردازش سطحی بهینه شده همکاری می‌کنند.بنابراین، بهبود قابل توجهی در راندمان ماشینکاری، استفاده از ابزار برش، کیفیت ماشینکاری، و تعامل بین مواد، پوشش و ماشینکاری امکان پذیر است و عملا قابل اجرا است.با کار با یک شریک پوشش حرفه ای، کاربران می توانند کارایی استفاده از ابزارهای خود را در طول چرخه عمر خود افزایش دهند.