Rolle- og ytelsesoptimalisering av skjæreverktøybelegg

Belegg for skjæreverktøy forbedrer friksjons- og sliteegenskapene til skjæreverktøy, og det er derfor de er essensielle i skjæreoperasjoner.I mange år har leverandører av overflatebehandlingsteknologi utviklet tilpassede belegningsløsninger for å forbedre skjæreverktøyets slitestyrke, maskineringseffektivitet og levetid.Den unike utfordringen kommer fra oppmerksomheten og optimaliseringen av fire elementer: (i) for- og etterbeleggingsbehandling av skjæreverktøyoverflater;(ii) beleggmaterialer;(iii) beleggstrukturer;og (iv) integrert prosesseringsteknologi for belagte skjæreverktøy.

Slitasjekilder for skjæreverktøy
Under skjæreprosessen oppstår noen slitasjemekanismer i kontaktsonen mellom skjæreverktøyet og arbeidsstykkematerialet.For eksempel limslitasje mellom sponen og skjæreoverflaten, abrasiv slitasje av verktøyet ved harde punkter i arbeidsstykkematerialet, og slitasje forårsaket av friksjonskjemiske reaksjoner (kjemiske reaksjoner av materialet forårsaket av mekanisk påvirkning og høye temperaturer).Siden disse friksjonsspenningene reduserer skjærekraften til skjæreverktøyet og forkorter verktøyets levetid, påvirker de hovedsakelig maskineringseffektiviteten til skjæreverktøyet.

Overflatebelegget reduserer effekten av friksjon, mens skjæreverktøyets grunnmateriale støtter belegget og absorberer mekanisk påkjenning.Den forbedrede ytelsen til friksjonssystemet kan spare materiale og redusere energiforbruket i tillegg til å øke produktiviteten.

Rollen til belegg for å redusere prosesseringskostnadene
Levetid for skjæreverktøy er en viktig kostnadsfaktor i produksjonssyklusen.Blant annet kan skjæreverktøyets levetid defineres som at tiden på en maskin kan maskineres uten avbrudd før vedlikehold er nødvendig.Jo lengre levetid for skjæreverktøyet er, desto lavere blir kostnadene på grunn av produksjonsavbrudd og jo mindre vedlikeholdsarbeid må maskinen gjøre.

Selv ved svært høye skjæretemperaturer kan skjæreverktøyets levetid forlenges med belegg, og dermed redusere maskineringskostnadene betydelig.I tillegg kan skjæreverktøybelegg redusere behovet for smørevæsker.Ikke bare reduserer materialkostnadene, men bidrar også til å beskytte miljøet.

Effekt av for- og etterbeleggingsbehandling på produktiviteten

I moderne skjæreoperasjoner må skjæreverktøy tåle høye trykk (>2 GPa), høye temperaturer og konstante sykluser av termisk stress.Før og etter belegget av skjæreverktøyet, må det behandles med riktig prosess.

Før belegg av skjæreverktøy kan ulike forbehandlingsmetoder brukes for å forberede den påfølgende belegningsprosessen, samtidig som adhesjonen til belegget forbedres betydelig.Ved å arbeide sammen med belegget, kan forberedelsen av verktøyets skjærekant også øke skjærehastigheten og matehastigheten, og forlenge skjæreverktøyets levetid.

Etterbehandlingen av belegget (kantpreparering, overflatebehandling og strukturering) spiller også en avgjørende rolle i optimaliseringen av skjæreverktøyet, spesielt for å forhindre mulig tidlig slitasje ved dannelse av spon (binding av arbeidsstykkemateriale til skjærekanten av verktøyet). verktøy).

Beleggshensyn og valg

Kravene til beleggytelse kan være svært forskjellige.Under bearbeidingsforhold hvor skjærekanttemperaturen er høy, blir de varmebestandige sliteegenskapene til belegget ekstremt viktige.Det forventes at moderne belegg også skal ha følgende egenskaper: utmerket ytelse ved høy temperatur, oksidasjonsmotstand, høy hardhet (selv ved høye temperaturer) og mikroskopisk seighet (plastisitet) gjennom utformingen av nanostrukturerte lag.

For effektive skjæreverktøy er optimalisert beleggvedheft og en rimelig fordeling av restspenninger to avgjørende faktorer.For det første må samspillet mellom substratmaterialet og beleggmaterialet vurderes.For det andre bør det være så liten affinitet som mulig mellom beleggmaterialet og materialet som skal bearbeides.Muligheten for adhesjon mellom belegget og arbeidsstykket kan reduseres betydelig ved å bruke en passende verktøygeometri og polere belegget.

Aluminiumsbaserte belegg (f.eks. AlTiN) er ofte brukt som skjæreverktøybelegg i skjæreindustrien.Under påvirkning av høye skjæretemperaturer kan disse aluminiumsbaserte beleggene danne et tynt og tett lag av aluminiumoksyd som kontinuerlig fornyer seg under bearbeiding, beskytter belegget og substratmaterialet under det mot oksidativt angrep.

Hardheten og oksidasjonsmotstandsytelsen til et belegg kan justeres ved å endre aluminiuminnholdet og beleggstrukturen.For eksempel, ved å øke aluminiuminnholdet, bruke nanostrukturer eller mikrolegering (dvs. legering med lavt innholdselementer), kan oksidasjonsmotstanden til belegget forbedres.

I tillegg til den kjemiske sammensetningen av beleggmaterialet, kan endringer i beleggstrukturen påvirke beleggets ytelse betydelig.Den forskjellige skjæreverktøyytelsen avhenger av fordelingen av de forskjellige elementene i beleggets mikrostruktur.

I dag kan flere enkeltbeleggslag med forskjellige kjemiske sammensetninger kombineres til et komposittbelegglag for å oppnå ønsket ytelse.Denne trenden vil fortsette å utvikle seg i fremtiden – spesielt gjennom nye belegningssystemer og belegningsprosesser, slik som HI3 (High Ionization Triple) lysbuefordampning og sputtering hybrid beleggingsteknologi som kombinerer tre høyt ioniserte belegningsprosesser til én.

Som et allroundbelegg tilbyr titansilisiumbaserte (TiSi) belegg utmerket bearbeidbarhet.Disse beleggene kan brukes til bearbeiding av både høyhardhetsstål med forskjellig karbidinnhold (kjernehardhet opp til HRC 65) og middels hardhet (kjernehardhet HRC 40).Utformingen av beleggstrukturen kan tilpasses i henhold til de forskjellige maskineringsapplikasjonene.Som et resultat kan titansilikonbaserte belagte skjæreverktøy brukes til å kutte og behandle et bredt spekter av arbeidsstykkematerialer fra høylegerte, lavlegerte stål til herdet stål og titanlegeringer.Skjæretester med høy finish på flate arbeidsstykker (hardhet HRC 44) har vist at belagte skjæreverktøy kan øke levetiden med nesten to ganger og redusere overflateruheten med ca. 10 ganger.

Det titansilisiumbaserte belegget minimerer etterfølgende overflatepolering.Slike belegg vil forventes å bli brukt i prosessering med høye skjærehastigheter, høye kanttemperaturer og høye metallfjerningshastigheter.

For noen andre PVD-belegg (spesielt mikrolegerte belegg) jobber beleggselskaper også tett med prosessorer for å forske på og utvikle ulike optimaliserte overflatebehandlingsløsninger.Derfor er betydelige forbedringer i maskineringseffektivitet, bruk av skjæreverktøy, maskineringskvalitet og samspillet mellom materiale, belegg og maskinering mulig, og praktisk anvendelig.Ved å samarbeide med en profesjonell malingspartner kan brukerne øke utnyttelseseffektiviteten til verktøyene sine gjennom hele livssyklusen.