Les revêtements d'outils de coupe améliorent les propriétés de frottement et d'usure des outils de coupe, c'est pourquoi ils sont essentiels dans les opérations de coupe.Depuis de nombreuses années, les fournisseurs de technologies de traitement de surface développent des solutions de revêtement personnalisées pour améliorer la résistance à l'usure des outils de coupe, l'efficacité de l'usinage et la durée de vie.Le défi unique vient de l'attention et de l'optimisation de quatre éléments : (i) le traitement avant et après revêtement des surfaces des outils de coupe ;(ii) matériaux de revêtement;(iii) structures de revêtement;et (iv) une technologie de traitement intégrée pour les outils de coupe revêtus.
Sources d'usure des outils de coupe
Pendant le processus de coupe, certains mécanismes d'usure se produisent dans la zone de contact entre l'outil de coupe et le matériau de la pièce.Par exemple, usure liée entre le copeau et la surface de coupe, usure abrasive de l'outil par des points durs dans le matériau de la pièce et usure causée par des réactions chimiques de frottement (réactions chimiques du matériau causées par une action mécanique et des températures élevées).Étant donné que ces contraintes de frottement réduisent la force de coupe de l'outil de coupe et raccourcissent la durée de vie de l'outil, elles affectent principalement l'efficacité d'usinage de l'outil de coupe.
Le revêtement de surface réduit l'effet de frottement, tandis que le matériau de base de l'outil de coupe soutient le revêtement et absorbe les contraintes mécaniques.Les performances améliorées du système de friction permettent d'économiser du matériel et de réduire la consommation d'énergie en plus d'augmenter la productivité.
Le rôle du revêtement dans la réduction des coûts de traitement
La durée de vie de l'outil de coupe est un facteur de coût important dans le cycle de production.Entre autres choses, la durée de vie de l'outil de coupe peut être définie comme le temps pendant lequel une machine peut être usinée sans interruption avant qu'une maintenance ne soit nécessaire.Plus la durée de vie de l'outil de coupe est longue, plus les coûts dus aux interruptions de production sont faibles et moins la machine doit effectuer de travaux de maintenance.
Même à des températures de coupe très élevées, la durée de vie de l'outil de coupe peut être prolongée grâce à un revêtement, ce qui réduit considérablement les coûts d'usinage.De plus, le revêtement des outils de coupe peut réduire le besoin de fluides lubrifiants.Non seulement réduit les coûts des matériaux, mais aide également à protéger l'environnement.
Effet du traitement avant et après revêtement sur la productivité
Dans les opérations de coupe modernes, les outils de coupe doivent supporter des pressions élevées (>2 GPa), des températures élevées et des cycles constants de contraintes thermiques.Avant et après le revêtement de l'outil de coupe, il doit être traité avec le procédé approprié.
Avant de couper le revêtement de l'outil, diverses méthodes de prétraitement peuvent être utilisées pour préparer le processus de revêtement ultérieur, tout en améliorant considérablement l'adhérence du revêtement.En travaillant conjointement avec le revêtement, la préparation de l'arête de coupe de l'outil peut également augmenter la vitesse de coupe et l'avance, et prolonger la durée de vie de l'outil de coupe.
Le post-traitement du revêtement (préparation des arêtes, traitement de surface et structuration) joue également un rôle déterminant dans l'optimisation de l'outil de coupe, notamment pour éviter une éventuelle usure précoce par formation de copeaux (collage de la matière de la pièce à l'arête de coupe de la outil).
Considérations et sélection de revêtement
Les exigences en matière de performances de revêtement peuvent être très différentes.Dans des conditions d'usinage où la température de l'arête de coupe est élevée, les caractéristiques d'usure résistantes à la chaleur du revêtement deviennent extrêmement importantes.On s'attend à ce que les revêtements modernes aient également les caractéristiques suivantes : excellentes performances à haute température, résistance à l'oxydation, dureté élevée (même à haute température) et ténacité microscopique (plasticité) grâce à la conception de couches nanostructurées.
Pour des outils de coupe performants, une adhérence optimisée du revêtement et une répartition raisonnable des contraintes résiduelles sont deux facteurs décisifs.Premièrement, l'interaction entre le matériau du substrat et le matériau de revêtement doit être prise en compte.Deuxièmement, il doit y avoir aussi peu d'affinité que possible entre le matériau de revêtement et le matériau à traiter.La possibilité d'adhérence entre le revêtement et la pièce peut être considérablement réduite en utilisant une géométrie d'outil appropriée et en polissant le revêtement.
Les revêtements à base d'aluminium (par exemple AlTiN) sont couramment utilisés comme revêtements d'outils de coupe dans l'industrie de la découpe.Sous l'action de températures de coupe élevées, ces revêtements à base d'aluminium peuvent former une couche mince et dense d'oxyde d'aluminium qui se renouvelle continuellement lors de l'usinage, protège le revêtement et le matériau du substrat sous-jacent des attaques oxydatives.
Les performances de dureté et de résistance à l'oxydation d'un revêtement peuvent être ajustées en modifiant la teneur en aluminium et la structure du revêtement.Par exemple, en augmentant la teneur en aluminium, en utilisant des nano-structures ou un micro-alliage (c'est-à-dire un alliage avec des éléments à faible teneur), la résistance à l'oxydation du revêtement peut être améliorée.
En plus de la composition chimique du matériau de revêtement, des changements dans la structure du revêtement peuvent affecter de manière significative les performances du revêtement.Les différentes performances de l'outil de coupe dépendent de la répartition des différents éléments dans la microstructure du revêtement.
De nos jours, plusieurs couches de revêtement uniques avec des compositions chimiques différentes peuvent être combinées en une couche de revêtement composite pour obtenir les performances souhaitées.Cette tendance continuera à se développer à l'avenir, en particulier grâce à de nouveaux systèmes de revêtement et à de nouveaux procédés de revêtement, tels que la technologie de revêtement hybride par évaporation et pulvérisation à l'arc HI3 (High Ionization Triple) qui combine trois procédés de revêtement hautement ionisés en un seul.
En tant que revêtement polyvalent, les revêtements à base de titane-silicium (TiSi) offrent une excellente usinabilité.Ces revêtements peuvent être utilisés pour le traitement des aciers à haute dureté avec différentes teneurs en carbure (dureté à cœur jusqu'à HRC 65) et des aciers à dureté moyenne (dureté à cœur HRC 40).La conception de la structure de revêtement peut être adaptée en conséquence aux différentes applications d'usinage.En conséquence, les outils de coupe revêtus à base de silicone de titane peuvent être utilisés pour couper et traiter une large gamme de matériaux de pièces, des aciers fortement alliés et faiblement alliés aux aciers trempés et aux alliages de titane.Des tests de coupe de haute finition sur des pièces plates (dureté HRC 44) ont montré que les outils de coupe revêtus peuvent augmenter leur durée de vie de près de deux fois et réduire la rugosité de surface d'environ 10 fois.
Le revêtement à base de titane-silicium minimise le polissage ultérieur de la surface.On s'attend à ce que ces revêtements soient utilisés dans le traitement avec des vitesses de coupe élevées, des températures de bord élevées et des taux d'enlèvement de métal élevés.
Pour certains autres revêtements PVD (en particulier les revêtements micro-alliés), les sociétés de revêtement travaillent également en étroite collaboration avec les transformateurs pour rechercher et développer diverses solutions de traitement de surface optimisées.Par conséquent, des améliorations significatives de l'efficacité de l'usinage, de l'utilisation des outils de coupe, de la qualité de l'usinage et de l'interaction entre le matériau, le revêtement et l'usinage sont possibles et pratiquement applicables.En travaillant avec un partenaire de revêtement professionnel, les utilisateurs peuvent augmenter l'efficacité d'utilisation de leurs outils tout au long de leur cycle de vie.
Heure de publication : 07 novembre 2022