I rivestimenti per utensili da taglio migliorano le proprietà di attrito e usura degli utensili da taglio, motivo per cui sono essenziali nelle operazioni di taglio.Per molti anni, i fornitori di tecnologie per la lavorazione delle superfici hanno sviluppato soluzioni di rivestimento personalizzate per migliorare la resistenza all'usura degli utensili da taglio, l'efficienza di lavorazione e la durata.La sfida unica deriva dall'attenzione e dall'ottimizzazione di quattro elementi: (i) lavorazione pre e post-rivestimento delle superfici degli utensili da taglio;(ii) materiali di rivestimento;(iii) strutture di rivestimento;e (iv) tecnologia di lavorazione integrata per utensili da taglio rivestiti.
Fonti di usura degli utensili da taglio
Durante il processo di taglio, si verificano alcuni meccanismi di usura nella zona di contatto tra l'utensile da taglio e il materiale del pezzo.Ad esempio, usura legata tra il truciolo e la superficie di taglio, usura abrasiva dell'utensile dovuta a punti duri nel materiale del pezzo e usura causata da reazioni chimiche di attrito (reazioni chimiche del materiale causate da azione meccanica e alte temperature).Poiché queste sollecitazioni di attrito riducono la forza di taglio dell'utensile da taglio e accorciano la durata dell'utensile, esse influenzano principalmente l'efficienza di lavorazione dell'utensile da taglio.
Il rivestimento superficiale riduce l'effetto dell'attrito, mentre il materiale di base dell'utensile da taglio sostiene il rivestimento e assorbe le sollecitazioni meccaniche.Le migliori prestazioni del sistema di attrito possono far risparmiare materiale e ridurre il consumo di energia oltre ad aumentare la produttività.
Il ruolo del rivestimento nella riduzione dei costi di lavorazione
La durata dell'utensile da taglio è un importante fattore di costo nel ciclo produttivo.Tra le altre cose, la durata dell'utensile da taglio può essere definita come il tempo in cui una macchina può essere lavorata senza interruzioni prima che sia necessaria la manutenzione.Maggiore è la durata dell'utensile da taglio, minori sono i costi dovuti alle interruzioni di produzione e minore è il lavoro di manutenzione che la macchina deve eseguire.
Anche a temperature di taglio molto elevate, la vita utile dell'utensile da taglio può essere estesa con il rivestimento, riducendo così notevolmente i costi di lavorazione.Inoltre, il rivestimento degli utensili da taglio può ridurre la necessità di fluidi lubrificanti.Non solo riduce i costi dei materiali, ma aiuta anche a proteggere l'ambiente.
Effetto della lavorazione pre e post rivestimento sulla produttività
Nelle moderne operazioni di taglio, gli utensili da taglio devono sopportare pressioni elevate (>2 GPa), temperature elevate e cicli costanti di stress termico.Prima e dopo il rivestimento dell'utensile da taglio, deve essere trattato con il processo appropriato.
Prima del rivestimento dell'utensile da taglio, è possibile utilizzare vari metodi di pretrattamento per preparare il successivo processo di rivestimento, migliorando notevolmente l'adesione del rivestimento.Lavorando insieme al rivestimento, la preparazione del tagliente dell'utensile può anche aumentare la velocità di taglio e la velocità di avanzamento e prolungare la durata dell'utensile da taglio.
Anche la post-lavorazione del rivestimento (preparazione del bordo, lavorazione della superficie e strutturazione) gioca un ruolo determinante nell'ottimizzazione dell'utensile da taglio, in particolare per prevenire possibili usure precoci dovute alla formazione di trucioli (adesione del materiale del pezzo al tagliente del attrezzo).
Considerazioni e selezione del rivestimento
I requisiti per le prestazioni del rivestimento possono essere molto diversi.In condizioni di lavorazione in cui la temperatura del tagliente è elevata, le caratteristiche di usura resistente al calore del rivestimento diventano estremamente importanti.Si prevede che i rivestimenti moderni debbano avere anche le seguenti caratteristiche: eccellenti prestazioni ad alta temperatura, resistenza all'ossidazione, elevata durezza (anche ad alte temperature) e tenacità microscopica (plasticità) attraverso la progettazione di strati nanostrutturati.
Per utensili da taglio efficienti, l'adesione ottimizzata del rivestimento e una ragionevole distribuzione delle sollecitazioni residue sono due fattori decisivi.In primo luogo, è necessario considerare l'interazione tra il materiale del substrato e il materiale di rivestimento.In secondo luogo, dovrebbe esserci la minima affinità possibile tra il materiale di rivestimento e il materiale da lavorare.La possibilità di adesione tra il rivestimento e il pezzo può essere notevolmente ridotta utilizzando una geometria dell'utensile appropriata e lucidando il rivestimento.
I rivestimenti a base di alluminio (ad es. AlTiN) sono comunemente usati come rivestimenti per utensili da taglio nell'industria del taglio.Sotto l'azione delle alte temperature di taglio, questi rivestimenti a base di alluminio possono formare uno strato sottile e denso di ossido di alluminio che si rinnova continuamente durante la lavorazione, proteggendo il rivestimento e il materiale del substrato sottostante dall'attacco ossidativo.
Le prestazioni di durezza e resistenza all'ossidazione di un rivestimento possono essere regolate modificando il contenuto di alluminio e la struttura del rivestimento.Ad esempio, aumentando il contenuto di alluminio, utilizzando nanostrutture o microleghe (cioè leghe con elementi a basso contenuto), è possibile migliorare la resistenza all'ossidazione del rivestimento.
Oltre alla composizione chimica del materiale di rivestimento, i cambiamenti nella struttura del rivestimento possono influire in modo significativo sulle prestazioni del rivestimento.Le diverse prestazioni degli utensili da taglio dipendono dalla distribuzione dei vari elementi nella microstruttura del rivestimento.
Al giorno d'oggi, diversi strati di rivestimento singolo con diverse composizioni chimiche possono essere combinati in uno strato di rivestimento composito per ottenere le prestazioni desiderate.Questa tendenza continuerà a svilupparsi in futuro, in particolare attraverso nuovi sistemi di rivestimento e processi di rivestimento, come la tecnologia di rivestimento ibrido con evaporazione ad arco HI3 (High Ionization Triple) e sputtering che combina tre processi di rivestimento altamente ionizzati in uno.
Come rivestimento a tutto tondo, i rivestimenti a base di titanio-silicio (TiSi) offrono un'eccellente lavorabilità.Questi rivestimenti possono essere utilizzati per la lavorazione sia di acciai ad alta durezza con diversi contenuti di carburo (durezza a cuore fino a HRC 65) sia di acciai a durezza media (durezza a cuore HRC 40).Il design della struttura del rivestimento può essere adattato di conseguenza alle diverse applicazioni di lavorazione.Di conseguenza, gli utensili da taglio rivestiti a base di silicone e titanio possono essere utilizzati per il taglio e la lavorazione di un'ampia gamma di materiali da lavorare, dagli acciai altolegati e bassolegati agli acciai temprati e alle leghe di titanio.Test di taglio ad alta finitura su pezzi piani (durezza HRC 44) hanno dimostrato che gli utensili da taglio rivestiti possono aumentare la loro durata di quasi due volte e ridurre la rugosità superficiale di circa 10 volte.
Il rivestimento a base di titanio-silicio riduce al minimo la successiva lucidatura della superficie.Tali rivestimenti dovranno essere utilizzati nella lavorazione con velocità di taglio elevate, temperature dei bordi elevate e velocità di rimozione del metallo elevate.
Per alcuni altri rivestimenti PVD (in particolare i rivestimenti microlegati), le aziende di rivestimento stanno anche lavorando a stretto contatto con i trasformatori per ricercare e sviluppare varie soluzioni ottimizzate per la lavorazione delle superfici.Pertanto, sono possibili e praticamente applicabili miglioramenti significativi nell'efficienza della lavorazione, nell'uso degli utensili da taglio, nella qualità della lavorazione e nell'interazione tra materiale, rivestimento e lavorazione.Lavorando con un partner di rivestimento professionale, gli utenti possono aumentare l'efficienza di utilizzo dei loro strumenti durante il loro ciclo di vita.
Tempo di pubblicazione: Nov-07-2022