Coatings voor snijgereedschappen verbeteren de wrijvings- en slijtage-eigenschappen van snijgereedschappen en zijn daarom essentieel bij snijbewerkingen.Leveranciers van oppervlaktebewerkingstechnologie ontwikkelen al vele jaren op maat gemaakte coatingoplossingen om de slijtvastheid van snijgereedschappen, de bewerkingsefficiëntie en de levensduur te verbeteren.De unieke uitdaging komt voort uit de aandacht en optimalisatie van vier elementen: (i) voor- en nacoating van snijgereedschapoppervlakken;(ii) coatingmaterialen;(iii) coatingstructuren;en (iv) geïntegreerde verwerkingstechnologie voor gecoate snijgereedschappen.
Slijtagebronnen van snijgereedschap
Tijdens het snijproces treden er enkele slijtagemechanismen op in de contactzone tussen het snijgereedschap en het werkstukmateriaal.Bijvoorbeeld gebonden slijtage tussen de spaan en het snijvlak, abrasieve slijtage van het gereedschap door harde punten in het werkstukmateriaal en slijtage veroorzaakt door chemische wrijvingsreacties (chemische reacties van het materiaal veroorzaakt door mechanische actie en hoge temperaturen).Aangezien deze wrijvingsspanningen de snijkracht van het snijgereedschap verminderen en de standtijd verkorten, hebben ze voornamelijk invloed op de bewerkingsefficiëntie van het snijgereedschap.
De oppervlaktecoating vermindert het effect van wrijving, terwijl het basismateriaal van het snijgereedschap de coating ondersteunt en mechanische spanning absorbeert.De verbeterde prestaties van het frictiesysteem kunnen materiaal besparen en het energieverbruik verminderen, naast een hogere productiviteit.
De rol van coating bij het verlagen van verwerkingskosten
De standtijd van het snijgereedschap is een belangrijke kostenfactor in de productiecyclus.De levensduur van het snijgereedschap kan onder andere worden gedefinieerd als de tijd dat een machine zonder onderbreking kan worden bewerkt voordat onderhoud nodig is.Hoe langer de standtijd van het snijgereedschap, hoe lager de kosten door productieonderbrekingen en hoe minder onderhoudswerk de machine hoeft te doen.
Zelfs bij zeer hoge snijtemperaturen kan de levensduur van het snijgereedschap worden verlengd met een coating, waardoor de bewerkingskosten aanzienlijk worden verlaagd.Bovendien kan de coating van het snijgereedschap de behoefte aan smeervloeistoffen verminderen.Verlaagt niet alleen de materiaalkosten, maar helpt ook het milieu te beschermen.
Effect van voor- en nabehandeling op de productiviteit
Bij moderne snijbewerkingen moeten snijgereedschappen bestand zijn tegen hoge drukken (>2 GPa), hoge temperaturen en constante cycli van thermische belasting.Voor en na het coaten van het snijgereedschap moet het met het juiste proces worden behandeld.
Voorafgaand aan het coaten van snijgereedschap kunnen verschillende voorbehandelingsmethoden worden gebruikt om het daaropvolgende coatingproces voor te bereiden, terwijl de hechting van de coating aanzienlijk wordt verbeterd.Door samen te werken met de coating kan de voorbereiding van de snijkant van het gereedschap ook de snijsnelheid en voedingssnelheid verhogen en de levensduur van het snijgereedschap verlengen.
Ook de nabewerking van de coating (kantvoorbereiding, oppervlaktebewerking en structurering) speelt een doorslaggevende rol bij de optimalisatie van het snijgereedschap, met name om mogelijke vroegtijdige slijtage door spaanvorming (hechting van het werkstukmateriaal aan de snijkant van de snijkant) te voorkomen. hulpmiddel).
Coating overwegingen en selectie
De vereisten voor coatingprestaties kunnen heel verschillend zijn.Onder bewerkingsomstandigheden waarbij de snijkanttemperatuur hoog is, worden de hittebestendige slijtage-eigenschappen van de coating uiterst belangrijk.Verwacht wordt dat moderne coatings ook de volgende kenmerken moeten hebben: uitstekende prestaties bij hoge temperaturen, oxidatieweerstand, hoge hardheid (zelfs bij hoge temperaturen) en microscopische taaiheid (plasticiteit) door het ontwerp van nanogestructureerde lagen.
Voor efficiënte snijgereedschappen zijn een optimale hechting van de coating en een redelijke verdeling van restspanningen twee doorslaggevende factoren.Ten eerste moet rekening worden gehouden met de interactie tussen het substraatmateriaal en het coatingmateriaal.Ten tweede moet er zo min mogelijk affiniteit zijn tussen het coatingmateriaal en het te verwerken materiaal.De mogelijkheid van hechting tussen de coating en het werkstuk kan aanzienlijk worden verminderd door een geschikte gereedschapsgeometrie te gebruiken en de coating te polijsten.
Op aluminium gebaseerde coatings (bijv. AlTiN) worden vaak gebruikt als coatings voor snijgereedschappen in de snij-industrie.Onder invloed van hoge snijtemperaturen kunnen deze op aluminium gebaseerde coatings een dunne en dichte laag aluminiumoxide vormen die zichzelf tijdens de bewerking voortdurend vernieuwt en de coating en het onderliggende materiaal beschermt tegen oxidatieve aantasting.
De hardheid en oxidatiebestendigheid van een coating kunnen worden aangepast door het aluminiumgehalte en de coatingstructuur te wijzigen.Door bijvoorbeeld het aluminiumgehalte te verhogen, nanostructuren of microlegeringen te gebruiken (dwz legeringen met elementen met een laag gehalte), kan de oxidatieweerstand van de coating worden verbeterd.
Naast de chemische samenstelling van het coatingmateriaal kunnen veranderingen in de coatingstructuur de prestaties van de coating aanzienlijk beïnvloeden.De verschillende prestaties van het snijgereedschap zijn afhankelijk van de verdeling van de verschillende elementen in de microstructuur van de coating.
Tegenwoordig kunnen verschillende enkele coatinglagen met verschillende chemische samenstellingen worden gecombineerd tot een samengestelde coatinglaag om de gewenste prestatie te verkrijgen.Deze trend zal zich in de toekomst blijven ontwikkelen, vooral door nieuwe coatingsystemen en coatingprocessen, zoals de HI3 (High Ionization Triple) boogverdampings- en sputtering hybride coatingtechnologie die drie sterk geïoniseerde coatingprocessen in één combineert.
Als allround coating bieden coatings op basis van titanium-silicium (TiSi) uitstekende bewerkbaarheid.Deze coatings kunnen worden gebruikt voor het bewerken van zowel hoogharde staalsoorten met verschillende carbidegehalten (kernhardheid tot HRC 65) als middelharde staalsoorten (kernhardheid HRC 40).Het ontwerp van de coatingstructuur kan worden aangepast aan de verschillende bewerkingstoepassingen.Hierdoor kunnen snijgereedschappen met titaniumsiliconencoating worden gebruikt voor het doorslijpen en bewerken van een breed scala aan werkstukmaterialen, van hooggelegeerde, laaggelegeerde staalsoorten tot geharde staalsoorten en titaniumlegeringen.Snijtesten met een hoge afwerking op vlakke werkstukken (hardheid HRC 44) hebben aangetoond dat gecoate snijgereedschappen de levensduur bijna twee keer kunnen verlengen en de oppervlakteruwheid met ongeveer 10 keer kunnen verminderen.
De op titanium-silicium gebaseerde coating minimaliseert het achteraf polijsten van het oppervlak.Van dergelijke coatings wordt verwacht dat ze worden gebruikt bij bewerkingen met hoge snijsnelheden, hoge randtemperaturen en hoge verspaningsvolumes.
Voor sommige andere PVD-coatings (vooral microgelegeerde coatings) werken coatingbedrijven ook nauw samen met verwerkers om verschillende geoptimaliseerde oplossingen voor oppervlaktebehandeling te onderzoeken en te ontwikkelen.Daardoor zijn significante verbeteringen in de bewerkingsefficiëntie, het gebruik van snijgereedschappen, de bewerkingskwaliteit en de interactie tussen materiaal, coating en bewerking mogelijk en praktisch toepasbaar.Door samen te werken met een professionele coatingpartner kunnen gebruikers de gebruiksefficiëntie van hun gereedschappen gedurende hun hele levenscyclus verhogen.
Posttijd: 07-nov-2022