Pelapis alat pemotong meningkatkan sifat gesekan dan keausan alat pemotong, oleh karena itu penting dalam operasi pemotongan.Selama bertahun-tahun, penyedia teknologi pemrosesan permukaan telah mengembangkan solusi pelapisan khusus untuk meningkatkan ketahanan aus cutting tool, efisiensi pemesinan, dan masa pakai.Tantangan unik datang dari perhatian dan optimalisasi empat elemen: (i) pemrosesan pra dan pasca pelapisan permukaan pahat;(ii) bahan pelapis;(iii) struktur lapisan;dan (iv) teknologi pemrosesan terpadu untuk alat potong berlapis.
Sumber keausan pahat potong
Selama proses pemotongan, beberapa mekanisme keausan terjadi pada zona kontak antara pahat potong dan material benda kerja.Misalnya, keausan terikat antara geram dan permukaan pemotongan, keausan abrasif alat oleh titik keras pada material benda kerja, dan keausan yang disebabkan oleh reaksi kimia gesekan (reaksi kimia material yang disebabkan oleh aksi mekanis dan suhu tinggi).Karena tegangan gesekan ini mengurangi gaya pemotongan alat pemotong dan mempersingkat masa pakai alat, hal ini terutama memengaruhi efisiensi pemesinan alat pemotong.
Lapisan permukaan mengurangi efek gesekan, sementara bahan dasar pahat mendukung lapisan dan menyerap tekanan mekanis.Peningkatan kinerja sistem gesekan dapat menghemat material dan mengurangi konsumsi energi selain meningkatkan produktivitas.
Peran pelapisan dalam mengurangi biaya pemrosesan
Umur pahat potong merupakan faktor biaya yang penting dalam siklus produksi.Antara lain, masa pakai alat potong dapat didefinisikan sebagai waktu mesin dapat dikerjakan tanpa gangguan sebelum pemeliharaan diperlukan.Semakin lama masa pakai alat potong, semakin rendah biaya akibat gangguan produksi dan semakin sedikit pekerjaan pemeliharaan yang harus dilakukan mesin.
Bahkan pada suhu pemotongan yang sangat tinggi, masa pakai alat potong dapat diperpanjang dengan pelapisan, sehingga mengurangi biaya pemesinan secara signifikan.Selain itu, pelapisan alat pemotong dapat mengurangi kebutuhan akan cairan pelumas.Tidak hanya mengurangi biaya material, tetapi juga membantu melindungi lingkungan.
Pengaruh pemrosesan pra dan pasca pelapisan terhadap produktivitas
Dalam operasi pemotongan modern, alat pemotong perlu menahan tekanan tinggi (>2 GPa), suhu tinggi, dan siklus tegangan termal yang konstan.Sebelum dan sesudah pelapisan alat pemotong harus dilakukan proses yang sesuai.
Sebelum pelapisan alat pemotong, berbagai metode perlakuan awal dapat digunakan untuk mempersiapkan proses pelapisan selanjutnya, sekaligus meningkatkan daya rekat lapisan secara signifikan.Dengan bekerja bersamaan dengan pelapisan, persiapan ujung potong pahat juga dapat meningkatkan kecepatan potong dan laju pemakanan, serta memperpanjang umur pahat potong.
Lapisan pasca-pemrosesan (persiapan tepi, pemrosesan permukaan, dan penataan) juga memainkan peran penentu dalam optimalisasi alat pemotong, khususnya untuk mencegah kemungkinan keausan dini dengan pembentukan chip (pengikatan bahan benda kerja ke tepi pemotongan alat).
Pertimbangan dan pemilihan lapisan
Persyaratan untuk kinerja pelapisan bisa sangat berbeda.Di bawah kondisi pemesinan di mana suhu cutting edge tinggi, karakteristik keausan tahan panas dari lapisan menjadi sangat penting.Pelapis modern juga diharapkan memiliki karakteristik sebagai berikut: kinerja suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan oksidasi, kekerasan tinggi (bahkan pada suhu tinggi), dan ketangguhan mikroskopis (plastisitas) melalui desain lapisan berstrukturnano.
Untuk alat potong yang efisien, adhesi lapisan yang dioptimalkan dan distribusi tegangan sisa yang masuk akal adalah dua faktor yang menentukan.Pertama, interaksi antara bahan substrat dan bahan pelapis perlu dipertimbangkan.Kedua, harus ada afinitas sesedikit mungkin antara bahan pelapis dan bahan yang akan diproses.Kemungkinan adhesi antara lapisan dan benda kerja dapat dikurangi secara signifikan dengan menggunakan geometri alat yang sesuai dan memoles lapisan.
Pelapis berbahan dasar aluminium (misalnya AlTiN) umumnya digunakan sebagai pelapis alat pemotong dalam industri pemotongan.Di bawah aksi suhu pemotongan yang tinggi, lapisan berbasis aluminium ini dapat membentuk lapisan aluminium oksida yang tipis dan padat yang terus memperbarui dirinya sendiri selama pemesinan, melindungi lapisan dan bahan substrat di bawahnya dari serangan oksidatif.
Kekerasan dan ketahanan oksidasi suatu lapisan dapat disesuaikan dengan mengubah kandungan aluminium dan struktur lapisan.Misalnya, dengan meningkatkan kandungan aluminium, menggunakan struktur nano atau paduan mikro (yaitu paduan dengan elemen kandungan rendah), ketahanan oksidasi lapisan dapat ditingkatkan.
Selain komposisi kimia bahan pelapis, perubahan struktur pelapis dapat mempengaruhi kinerja pelapis secara signifikan.Kinerja pahat pemotong yang berbeda bergantung pada distribusi berbagai elemen dalam struktur mikro lapisan.
Saat ini, beberapa lapisan pelapis tunggal dengan komposisi kimia yang berbeda dapat digabungkan menjadi lapisan pelapis komposit untuk mendapatkan kinerja yang diinginkan.Tren ini akan terus berkembang di masa depan – terutama melalui sistem pelapisan dan proses pelapisan baru, seperti teknologi penguapan busur HI3 (High Ionization Triple) dan pelapisan hybrid sputtering yang menggabungkan tiga proses pelapisan yang sangat terionisasi menjadi satu.
Sebagai pelapis serba guna, pelapis berbahan dasar titanium-silikon (TiSi) menawarkan kemampuan mesin yang sangat baik.Lapisan ini dapat digunakan untuk memproses baja kekerasan tinggi dengan kandungan karbida yang berbeda (kekerasan inti hingga HRC 65) dan baja kekerasan sedang (kekerasan inti HRC 40).Desain struktur lapisan dapat diadaptasi sesuai dengan aplikasi pemesinan yang berbeda.Hasilnya, alat pemotong berlapis silikon titanium dapat digunakan untuk memotong dan memproses berbagai bahan benda kerja mulai dari baja paduan tinggi, paduan rendah hingga baja keras dan paduan titanium.Uji pemotongan akhir yang tinggi pada benda kerja datar (kekerasan HRC 44) telah menunjukkan bahwa alat pemotong yang dilapisi dapat meningkatkan masa pakainya hampir dua kali lipat dan mengurangi kekasaran permukaan sekitar 10 kali lipat.
Lapisan berbasis titanium-silikon meminimalkan pemolesan permukaan selanjutnya.Lapisan seperti itu akan diharapkan untuk digunakan dalam pemrosesan dengan kecepatan pemotongan tinggi, suhu tepi tinggi, dan tingkat penghilangan logam yang tinggi.
Untuk beberapa pelapis PVD lainnya (terutama pelapis paduan mikro), perusahaan pelapis juga bekerja sama dengan prosesor untuk meneliti dan mengembangkan berbagai solusi pemrosesan permukaan yang dioptimalkan.Oleh karena itu, peningkatan yang signifikan dalam efisiensi pemesinan, penggunaan pahat potong, kualitas pemesinan, dan interaksi antara material, pelapisan, dan pemesinan dimungkinkan, dan dapat diterapkan secara praktis.Dengan bekerja sama dengan mitra pelapis profesional, pengguna dapat meningkatkan efisiensi penggunaan alat mereka sepanjang siklus hidup mereka.
Waktu posting: Nov-07-2022