Leikkuutyökalujen pinnoitteet parantavat leikkuutyökalujen kitka- ja kulumisominaisuuksia, minkä vuoksi ne ovat välttämättömiä leikkausoperaatioissa.Pintakäsittelyteknologian toimittajat ovat useiden vuosien ajan kehittäneet räätälöityjä pinnoitusratkaisuja parantaakseen leikkuutyökalun kulutuskestävyyttä, koneistustehokkuutta ja käyttöikää.Ainutlaatuinen haaste syntyy neljän elementin huomioimisesta ja optimoinnista: (i) leikkaustyökalujen pintojen pinnoituksen esi- ja jälkikäsittely;ii) pinnoitemateriaalit;(iii) pinnoiterakenteet;ja (iv) pinnoitettujen leikkaustyökalujen integroitu käsittelytekniikka.
Leikkuutyökalujen kulumislähteet
Leikkausprosessin aikana leikkaustyökalun ja työkappaleen materiaalin välisellä kosketusalueella esiintyy kulumismekanismeja.Esimerkiksi lastun ja leikkauspinnan välinen sidoskuluminen, työkappaleen materiaalin kovien pisteiden aiheuttama työkalun hankauskuluminen sekä kitkakemiallisten reaktioiden (mekaanisen vaikutuksen ja korkeiden lämpötilojen aiheuttamat materiaalin kemialliset reaktiot) aiheuttama kuluminen.Koska nämä kitkajännitykset vähentävät leikkaustyökalun leikkausvoimaa ja lyhentävät työkalun käyttöikää, ne vaikuttavat pääasiassa leikkaustyökalun työstötehokkuuteen.
Pintapinnoite vähentää kitkan vaikutusta, kun taas leikkuutyökalun pohjamateriaali tukee pinnoitetta ja vaimentaa mekaanista rasitusta.Kitkajärjestelmän parannettu suorituskyky voi säästää materiaalia ja vähentää energiankulutusta tuottavuuden lisäämisen lisäksi.
Päällysteen rooli käsittelykustannusten vähentämisessä
Leikkuutyökalun käyttöikä on tärkeä kustannustekijä tuotantosyklissä.Leikkuutyökalun käyttöikä voidaan määritellä muun muassa ajaksi, jolloin kone voidaan työstää keskeytyksettä ennen huoltoa.Mitä pidempi leikkuutyökalun käyttöikä, sitä pienemmät tuotantokatkokset aiheuttavat kustannukset ja sitä vähemmän koneen huoltotöitä on tehtävä.
Jopa erittäin korkeissa leikkauslämpötiloissa leikkuutyökalun käyttöikää voidaan pidentää pinnoituksella, mikä vähentää merkittävästi koneistuskustannuksia.Lisäksi leikkuutyökalun pinnoite voi vähentää voitelunesteiden tarvetta.Se ei vain vähennä materiaalikustannuksia, vaan auttaa myös suojelemaan ympäristöä.
Päällystyksen esi- ja jälkikäsittelyn vaikutus tuottavuuteen
Nykyaikaisissa leikkausoperaatioissa leikkuutyökalujen on kestettävä korkeita paineita (>2 GPa), korkeita lämpötiloja ja jatkuvaa lämpöjännitystä.Ennen leikkuutyökalun pinnoittamista ja sen jälkeen se on käsiteltävä asianmukaisella prosessilla.
Ennen leikkuutyökalun pinnoittamista voidaan valmistautua erilaisilla esikäsittelymenetelmillä seuraavaan päällystysprosessiin parantaen samalla merkittävästi pinnoitteen tarttuvuutta.Työskentelemällä yhdessä pinnoitteen kanssa työkalun leikkuureunan valmistelu voi myös lisätä leikkausnopeutta ja syöttönopeutta sekä pidentää leikkuutyökalun käyttöikää.
Pinnoitteen jälkikäsittelyllä (reunan esikäsittely, pinnankäsittely ja strukturointi) on myös ratkaiseva rooli leikkaustyökalun optimoinnissa, erityisesti estämään lastujen muodostumisen aiheuttama mahdollinen varhainen kuluminen (työkappaleen materiaalin kiinnittyminen terän leikkuureunaan). työkalu).
Pinnoitusnäkökohdat ja valinta
Pinnoitteen suorituskykyä koskevat vaatimukset voivat olla hyvin erilaisia.Työstöolosuhteissa, joissa terän lämpötila on korkea, pinnoitteen kuumuutta kestävistä kulumisominaisuuksista tulee erittäin tärkeitä.Nykyaikaisilla pinnoitteilla on oltava myös seuraavat ominaisuudet: erinomainen suorituskyky korkeissa lämpötiloissa, hapettumisenkestävyys, korkea kovuus (jopa korkeissa lämpötiloissa) ja mikroskooppinen sitkeys (plastisuus) nanorakenteisten kerrosten suunnittelun ansiosta.
Tehokkaiden leikkaustyökalujen kannalta pinnoitteen optimoitu tarttuvuus ja kohtuullinen jäännösjännitysten jakautuminen ovat kaksi ratkaisevaa tekijää.Ensinnäkin on otettava huomioon alustamateriaalin ja pinnoitemateriaalin välinen vuorovaikutus.Toiseksi pinnoitemateriaalin ja käsiteltävän materiaalin välillä tulee olla mahdollisimman vähän affiniteettia.Pinnoitteen ja työkappaleen välistä tarttumismahdollisuutta voidaan vähentää merkittävästi käyttämällä sopivaa työkalugeometriaa ja kiillottamalla pinnoite.
Alumiinipohjaisia pinnoitteita (esim. AlTiN) käytetään yleisesti leikkaustyökalujen pinnoitteina leikkausteollisuudessa.Nämä alumiinipohjaiset pinnoitteet voivat korkeiden leikkauslämpötilojen vaikutuksesta muodostaa ohuen ja tiheän alumiinioksidikerroksen, joka uusiutuu jatkuvasti koneistuksen aikana ja suojaa pinnoitetta ja sen alla olevaa alustamateriaalia hapettumiselta.
Pinnoitteen kovuutta ja hapettumisenkestävyyttä voidaan säätää muuttamalla alumiinipitoisuutta ja pinnoitteen rakennetta.Esimerkiksi lisäämällä alumiinipitoisuutta, käyttämällä nanorakenteita tai mikroseostusta (eli seostamalla pienipitoisilla alkuaineilla) voidaan parantaa pinnoitteen hapettumisenkestävyyttä.
Pinnoitemateriaalin kemiallisen koostumuksen lisäksi pinnoitteen rakenteen muutokset voivat vaikuttaa merkittävästi pinnoitteen suorituskykyyn.Leikkuutyökalun erilainen suorituskyky riippuu eri elementtien jakautumisesta pinnoitteen mikrorakenteessa.
Nykyään voidaan yhdistää useita eri kemiallisia koostumuksia omaavia yksittäisiä päällystekerroksia komposiittipinnoitekerrokseksi halutun suorituskyvyn saavuttamiseksi.Tämä suuntaus kehittyy myös tulevaisuudessa – erityisesti uusien pinnoitusjärjestelmien ja pinnoitusprosessien kautta, kuten HI3 (High Ionization Triple) -kaarihaihdutus- ja sputterointihybridipinnoitusteknologia, joka yhdistää kolme erittäin ionisoitunutta pinnoitusprosessia yhdeksi.
Monipuolisena pinnoitteena titaani-piipohjaiset (TiSi) pinnoitteet tarjoavat erinomaisen työstettävyyden.Näitä pinnoitteita voidaan käyttää sekä korkeakovien terästen, joiden kovametallipitoisuus on erilainen (ytimen kovuus HRC 65 asti) että keskikovien terästen (ytimen kovuus HRC 40), työstöön.Pinnoiterakenteen suunnittelua voidaan mukauttaa erilaisten työstösovellusten mukaan.Tämän ansiosta titaanisilikonipohjaisilla päällystetyillä leikkaustyökaluilla voidaan leikata ja työstää monenlaisia työkappalemateriaaleja runsasseostetuista, vähän seostetuista teräksistä karkaistuihin teräksiin ja titaaniseoksiin.Tasaisten työkappaleiden (kovuus HRC 44) korkealaatuiset leikkaustestit ovat osoittaneet, että päällystetyt leikkuutyökalut voivat pidentää niiden käyttöikää lähes kaksinkertaisesti ja vähentää pinnan karheutta noin 10 kertaa.
Titaani-piipohjainen pinnoite minimoi myöhemmän pinnan kiillotuksen.Tällaisia pinnoitteita odotetaan käytettävän työstössä suurilla leikkausnopeuksilla, korkeilla reunalämpötiloilla ja korkeilla metallinpoistonopeuksilla.
Joidenkin muiden PVD-pinnoitteiden (erityisesti mikroseospinnoitteiden) osalta pinnoitusyritykset tekevät myös tiivistä yhteistyötä prosessorien kanssa tutkiakseen ja kehittääkseen erilaisia optimoituja pintakäsittelyratkaisuja.Tästä syystä merkittävät parannukset koneistuksen tehokkuuteen, leikkuutyökalujen käyttöön, koneistuksen laatuun sekä materiaalin, pinnoitteen ja koneistuksen väliseen vuorovaikutukseen ovat mahdollisia ja käytännössä sovellettavissa.Työskentelemällä ammattimaisen pinnoituskumppanin kanssa käyttäjät voivat lisätä työkalujensa käyttötehokkuutta koko niiden elinkaaren ajan.
Postitusaika: 07.11.2022