Os revestimentos das ferramentas de corte melloran as propiedades de rozamento e desgaste das ferramentas de corte, polo que son esenciais nas operacións de corte.Durante moitos anos, os provedores de tecnoloxía de procesamento de superficies desenvolveron solucións de revestimento personalizadas para mellorar a resistencia ao desgaste das ferramentas de corte, a eficiencia do mecanizado e a vida útil.O desafío único vén da atención e optimización de catro elementos: (i) procesamento pre e post-revestimento das superficies das ferramentas de corte;(ii) materiais de revestimento;(iii) estruturas de revestimento;e (iv) tecnoloxía de procesamento integrado de ferramentas de corte revestidas.
Fontes de desgaste da ferramenta de corte
Durante o proceso de corte, ocorren algúns mecanismos de desgaste na zona de contacto entre a ferramenta de corte e o material da peza.Por exemplo, o desgaste unido entre o chip e a superficie de corte, o desgaste abrasivo da ferramenta por puntos duros do material da peza de traballo e o desgaste causado por reaccións químicas de fricción (reaccións químicas do material causadas pola acción mecánica e as altas temperaturas).Dado que estes esforzos de fricción reducen a forza de corte da ferramenta de corte e acurtan a vida útil da ferramenta, afectan principalmente á eficiencia de mecanizado da ferramenta de corte.
O revestimento superficial reduce o efecto da fricción, mentres que o material base da ferramenta de corte soporta o revestimento e absorbe a tensión mecánica.O rendemento mellorado do sistema de fricción pode aforrar material e reducir o consumo de enerxía ademais de aumentar a produtividade.
O papel do revestimento na redución dos custos de procesamento
A vida útil da ferramenta de corte é un factor de custo importante no ciclo de produción.Entre outras cousas, a vida útil da ferramenta de corte pódese definir como o tempo que se pode mecanizar unha máquina sen interrupción antes de que sexa necesario o mantemento.Canto maior sexa a vida útil da ferramenta de corte, menores serán os custos debido ás interrupcións da produción e menos traballo de mantemento ten que realizar a máquina.
Incluso a temperaturas de corte moi altas, a vida útil da ferramenta de corte pódese prolongar co revestimento, reducindo así significativamente os custos de mecanizado.Ademais, o revestimento da ferramenta de corte pode reducir a necesidade de fluídos lubricantes.Non só reduce os custos de materiais, senón que tamén axuda a protexer o medio ambiente.
Efecto do procesamento previo e posterior ao revestimento na produtividade
Nas operacións de corte modernas, as ferramentas de corte precisan soportar altas presións (>2 GPa), altas temperaturas e ciclos constantes de tensión térmica.Antes e despois do revestimento da ferramenta de corte, debe tratarse co proceso axeitado.
Antes do revestimento da ferramenta de corte, pódense usar varios métodos de pretratamento para preparar o proceso de revestimento posterior, mellorando significativamente a adhesión do revestimento.Ao traballar en conxunto co revestimento, a preparación do filo de corte da ferramenta tamén pode aumentar a velocidade de corte e a velocidade de avance e prolongar a vida útil da ferramenta de corte.
O posprocesamento do revestimento (preparación do bordo, procesado da superficie e estruturación) tamén xoga un papel determinante na optimización da ferramenta de corte, en particular para evitar un posible desgaste precoz pola formación de viruta (unión do material da peza ao bordo de corte da ferramenta).
Consideracións e selección do revestimento
Os requisitos para o rendemento do revestimento poden ser moi diferentes.En condicións de mecanizado onde a temperatura do bordo de corte é alta, as características de desgaste resistente á calor do revestimento tórnanse extremadamente importantes.Espérase que os revestimentos modernos tamén teñan as seguintes características: excelente rendemento a altas temperaturas, resistencia á oxidación, alta dureza (mesmo a altas temperaturas) e dureza microscópica (plasticidade) mediante o deseño de capas nanoestructuradas.
Para ferramentas de corte eficientes, unha adhesión optimizada do revestimento e unha distribución razoable das tensións residuais son dous factores decisivos.En primeiro lugar, hai que considerar a interacción entre o material do substrato e o material de revestimento.En segundo lugar, debe haber a menor afinidade posible entre o material de revestimento e o material a procesar.A posibilidade de adherencia entre o revestimento e a peza pode reducirse significativamente empregando unha xeometría de ferramenta adecuada e pulendo o revestimento.
Os revestimentos a base de aluminio (por exemplo, AlTiN) úsanse habitualmente como revestimentos de ferramentas de corte na industria de corte.Baixo a acción das altas temperaturas de corte, estes revestimentos a base de aluminio poden formar unha fina e densa capa de óxido de aluminio que se renova continuamente durante o mecanizado, protexendo o revestimento e o material do substrato debaixo do ataque oxidativo.
O rendemento de dureza e resistencia á oxidación dun revestimento pódese axustar cambiando o contido de aluminio e a estrutura do revestimento.Por exemplo, aumentando o contido de aluminio, utilizando nanoestruturas ou microaliacións (é dicir, aliaxes con elementos de baixo contido), pódese mellorar a resistencia á oxidación do revestimento.
Ademais da composición química do material de revestimento, os cambios na estrutura do revestimento poden afectar significativamente o rendemento do revestimento.O rendemento da ferramenta de corte diferente depende da distribución dos distintos elementos na microestructura do revestimento.
Hoxe en día, pódense combinar varias capas de revestimento única con diferentes composicións químicas nunha capa de revestimento composta para obter o rendemento desexado.Esta tendencia seguirá desenvolvéndose no futuro, especialmente a través de novos sistemas de revestimento e procesos de revestimento, como a tecnoloxía de revestimento híbrido de evaporación por arco HI3 (High Ionization Triple) e sputtering que combina tres procesos de revestimento altamente ionizado nun só.
Como revestimento integral, os revestimentos a base de titanio-silicio (TiSi) ofrecen unha excelente maquinabilidade.Estes revestimentos pódense utilizar tanto para procesar aceiros de alta dureza con diferentes contidos de carburo (dureza do núcleo ata HRC 65) como para aceiros de dureza media (dureza do núcleo HRC 40).O deseño da estrutura de revestimento pódese adaptar en consecuencia ás diferentes aplicacións de mecanizado.Como resultado, as ferramentas de corte revestidas con silicona de titanio pódense usar para cortar e procesar unha ampla gama de materiais de pezas de traballo, desde aceiros de alta aliaxe e baixa aliaxe ata aceiros endurecidos e aliaxes de titanio.As probas de corte de alto acabado en pezas planas (dureza HRC 44) demostraron que as ferramentas de corte revestidas poden aumentar a súa vida útil case dúas veces e reducir a rugosidade da superficie unhas 10 veces.
O revestimento a base de titanio e silicio minimiza o pulido superficial posterior.Espérase que estes revestimentos se utilicen no procesado con altas velocidades de corte, altas temperaturas de bordo e altas taxas de eliminación de metais.
Para algúns outros revestimentos PVD (especialmente revestimentos microaliados), as empresas de revestimentos tamén están a traballar en estreita colaboración cos procesadores para investigar e desenvolver varias solucións optimizadas de procesamento de superficies.Polo tanto, son posibles e practicamente aplicables melloras significativas na eficiencia do mecanizado, no uso da ferramenta de corte, na calidade do mecanizado e na interacción entre o material, o revestimento e o mecanizado.Ao traballar cun compañeiro de revestimento profesional, os usuarios poden aumentar a eficiencia de utilización das súas ferramentas ao longo do seu ciclo de vida.
Hora de publicación: 07-nov-2022