Powłoki narzędzi skrawających poprawiają właściwości tarcia i zużycia narzędzi skrawających, dlatego są niezbędne w operacjach skrawania.Od wielu lat dostawcy technologii obróbki powierzchni opracowują dostosowane do indywidualnych potrzeb rozwiązania powłokowe, aby poprawić odporność narzędzi skrawających na zużycie, wydajność obróbki i żywotność.Wyjątkowe wyzwanie wynika z uwagi i optymalizacji czterech elementów: (i) obróbka przed i po powlekaniu powierzchni narzędzi skrawających;(ii) materiały powłokowe;(iii) struktury powłokowe;oraz (iv) zintegrowana technologia przetwarzania powlekanych narzędzi skrawających.
Źródła zużycia narzędzi skrawających
Podczas procesu skrawania w strefie styku narzędzia skrawającego z materiałem obrabianym zachodzą pewne mechanizmy zużycia.Na przykład zużycie adhezyjne między wiórem a powierzchnią skrawającą, zużycie ścierne narzędzia przez twarde punkty w materiale przedmiotu obrabianego oraz zużycie spowodowane reakcjami chemicznymi tarcia (reakcje chemiczne materiału spowodowane działaniem mechanicznym i wysokimi temperaturami).Ponieważ te naprężenia tarcia zmniejszają siłę skrawania narzędzia skrawającego i skracają żywotność narzędzia, wpływają one głównie na wydajność obróbki narzędzia skrawającego.
Powłoka powierzchniowa zmniejsza efekt tarcia, a materiał podstawy narzędzia skrawającego wspiera powłokę i pochłania naprężenia mechaniczne.Ulepszona wydajność układu ciernego może zaoszczędzić materiał i zmniejszyć zużycie energii, a także zwiększyć produktywność.
Rola powłoki w obniżaniu kosztów przetwórstwa
Żywotność narzędzia skrawającego jest ważnym czynnikiem kosztowym w cyklu produkcyjnym.Żywotność narzędzia skrawającego można między innymi zdefiniować jako czas, w którym maszyna może być obrabiana bez przerwy, zanim konieczna będzie konserwacja.Im dłuższa żywotność narzędzia skrawającego, tym niższe koszty wynikające z przerw w produkcji i mniej prac konserwacyjnych maszyny.
Nawet przy bardzo wysokich temperaturach skrawania żywotność narzędzia skrawającego można wydłużyć za pomocą powłoki, co znacznie obniża koszty obróbki.Ponadto powłoka narzędzia skrawającego może zmniejszyć zapotrzebowanie na płyny smarujące.Nie tylko zmniejsza koszty materiałów, ale także pomaga chronić środowisko.
Wpływ obróbki przed i po powlekaniu na produktywność
W nowoczesnych operacjach skrawania narzędzia skrawające muszą wytrzymywać wysokie naciski (>2 GPa), wysokie temperatury i ciągłe cykle naprężeń termicznych.Przed i po powlekaniu narzędzia skrawającego należy je poddać odpowiedniemu procesowi.
Przed powlekaniem narzędzia skrawającego można zastosować różne metody obróbki wstępnej w celu przygotowania do późniejszego procesu powlekania, przy jednoczesnej znacznej poprawie przyczepności powłoki.Pracując w połączeniu z powłoką, przygotowanie krawędzi skrawającej narzędzia może również zwiększyć prędkość skrawania i szybkość posuwu oraz wydłużyć żywotność narzędzia skrawającego.
Obróbka końcowa powłoki (przygotowanie krawędzi, obróbka powierzchni i strukturyzacja) również odgrywa decydującą rolę w optymalizacji narzędzia skrawającego, w szczególności w celu zapobiegania ewentualnemu przedwczesnemu zużyciu przez tworzenie się wiórów (wiązanie materiału przedmiotu obrabianego z krawędzią skrawającą narzędzia) narzędzie).
Rozważania i wybór powłok
Wymagania dotyczące wydajności powłoki mogą być bardzo różne.W warunkach obróbki skrawaniem, w których temperatura krawędzi skrawającej jest wysoka, niezwykle ważna staje się odporność na zużycie cieplne powłoki.Oczekuje się, że nowoczesne powłoki powinny charakteryzować się również doskonałymi właściwościami wysokotemperaturowymi, odpornością na utlenianie, wysoką twardością (nawet w wysokich temperaturach) oraz mikroskopijną ciągliwością (plastycznością) dzięki konstrukcji warstw nanostrukturalnych.
W przypadku wydajnych narzędzi skrawających optymalna przyczepność powłoki i rozsądne rozłożenie naprężeń szczątkowych to dwa decydujące czynniki.Po pierwsze, należy wziąć pod uwagę interakcję między materiałem podłoża a materiałem powłoki.Po drugie, powinno być jak najmniejsze powinowactwo między materiałem powłokowym a materiałem poddawanym obróbce.Możliwość adhezji pomiędzy powłoką a przedmiotem obrabianym można znacznie ograniczyć poprzez zastosowanie odpowiedniej geometrii narzędzia oraz polerowanie powłoki.
Powłoki na bazie aluminium (np. AlTiN) są powszechnie stosowane jako powłoki narzędzi skrawających w przemyśle skrawającym.Pod wpływem wysokich temperatur skrawania te powłoki na bazie aluminium mogą tworzyć cienką i gęstą warstwę tlenku glinu, która nieustannie odnawia się podczas obróbki, chroniąc powłokę i materiał podłoża przed utlenianiem.
Twardość i odporność na utlenianie powłoki można regulować, zmieniając zawartość aluminium i strukturę powłoki.Na przykład, zwiększając zawartość aluminium, stosując nanostruktury lub mikrostopy (tj. dodawanie pierwiastków stopowych o niskiej zawartości), można poprawić odporność powłoki na utlenianie.
Oprócz składu chemicznego materiału powłokowego, zmiany w strukturze powłoki mogą znacząco wpłynąć na działanie powłoki.Różna wydajność narzędzia skrawającego zależy od rozmieszczenia różnych pierwiastków w mikrostrukturze powłoki.
Obecnie kilka pojedynczych warstw powłoki o różnym składzie chemicznym można połączyć w kompozytową warstwę powłoki, aby uzyskać pożądane właściwości.Trend ten będzie się nadal rozwijał w przyszłości – zwłaszcza dzięki nowym systemom powlekania i procesom powlekania, takim jak technologia HI3 (High Ionization Triple) z naparowaniem łukowym i napylaniem hybrydowym, która łączy trzy wysoce zjonizowane procesy powlekania w jeden.
Jako wszechstronna powłoka, powłoki na bazie tytanu i krzemu (TiSi) zapewniają doskonałą obrabialność.Powłoki te mogą być stosowane do obróbki zarówno stali wysokotwardych z różną zawartością węglików (twardość rdzenia do HRC 65), jak i stali średniotwardych (twardość rdzenia HRC 40).Konstrukcja struktury powłoki może być odpowiednio dostosowana do różnych zastosowań obróbki.W rezultacie narzędzia skrawające z powłoką tytanowo-silikonową mogą być używane do cięcia i obróbki szerokiej gamy materiałów obrabianych, od stali wysokostopowych i niskostopowych po stale hartowane i stopy tytanu.Testy skrawania z wysokim wykończeniem na płaskich elementach obrabianych (twardość HRC 44) wykazały, że powlekane narzędzia skrawające mogą wydłużyć żywotność prawie dwukrotnie i zmniejszyć chropowatość powierzchni około 10-krotnie.
Powłoka na bazie tytanu i krzemu minimalizuje późniejsze polerowanie powierzchni.Oczekuje się, że takie powłoki będą stosowane w obróbce z dużymi prędkościami skrawania, wysokimi temperaturami krawędzi i wysokimi prędkościami usuwania metalu.
W przypadku niektórych innych powłok PVD (zwłaszcza powłok mikrostopowych) firmy zajmujące się powłokami ściśle współpracują z przetwórcami w celu zbadania i opracowania różnych zoptymalizowanych rozwiązań w zakresie obróbki powierzchni.W związku z tym możliwa jest znacząca poprawa wydajności obróbki skrawaniem, wykorzystania narzędzi skrawających, jakości obróbki oraz interakcji między materiałem, powłoką i obróbką skrawaniem oraz ich praktyczne zastosowanie.Współpracując z profesjonalnym partnerem w zakresie powłok, użytkownicy mogą zwiększyć efektywność wykorzystania swoich narzędzi przez cały cykl życia.
Czas postu: 07-lis-2022