Покрытия режущих инструментов улучшают фрикционные и износостойкие свойства режущих инструментов, поэтому они необходимы при резке.В течение многих лет поставщики технологий обработки поверхности разрабатывают индивидуальные решения для покрытия, чтобы улучшить износостойкость режущего инструмента, эффективность обработки и срок службы.Уникальная задача связана с вниманием и оптимизацией четырех элементов: (i) предварительная и последующая обработка поверхностей режущих инструментов;(ii) материалы покрытия;(iii) структуры покрытия;и (iv) комплексная технология обработки режущих инструментов с покрытием.
Источники износа режущего инструмента
В процессе резания в зоне контакта между режущим инструментом и материалом заготовки возникают механизмы износа.Например, связанный износ между стружкой и режущей поверхностью, абразивный износ инструмента твердыми точками в материале заготовки, износ, вызванный фрикционными химическими реакциями (химические реакции материала, вызванные механическим воздействием и высокими температурами).Поскольку эти фрикционные напряжения снижают силу резания режущего инструмента и сокращают срок службы инструмента, они в основном влияют на эффективность обработки режущего инструмента.
Поверхностное покрытие снижает эффект трения, а основной материал режущего инструмента поддерживает покрытие и поглощает механические нагрузки.Улучшенная производительность системы трения может сэкономить материал и снизить потребление энергии в дополнение к увеличению производительности.
Роль покрытия в снижении затрат на обработку
Срок службы режущего инструмента является важным фактором стоимости в производственном цикле.Среди прочего, срок службы режущего инструмента можно определить как время, в течение которого станок может работать без перерыва до тех пор, пока не потребуется техническое обслуживание.Чем дольше срок службы режущего инструмента, тем ниже затраты из-за производственных перерывов и тем меньше работ по техническому обслуживанию приходится выполнять станку.
Даже при очень высоких температурах резания срок службы режущего инструмента может быть увеличен за счет покрытия, что значительно снижает затраты на обработку.Кроме того, покрытие режущего инструмента может снизить потребность в смазочных жидкостях.Не только снижает материальные затраты, но и помогает защитить окружающую среду.
Влияние предварительной и последующей обработки на производительность
В современных операциях резания режущие инструменты должны выдерживать высокое давление (> 2 ГПа), высокие температуры и постоянные циклы термических нагрузок.До и после покрытия режущего инструмента его необходимо обработать соответствующим процессом.
Перед нанесением покрытия на режущий инструмент можно использовать различные методы предварительной обработки для подготовки к последующему процессу нанесения покрытия, при этом значительно улучшая адгезию покрытия.Работая в сочетании с покрытием, подготовка режущей кромки инструмента также может увеличить скорость резания и скорость подачи, а также продлить срок службы режущего инструмента.
Последующая обработка покрытия (подготовка кромки, обработка поверхности и структурирование) также играет определяющую роль в оптимизации режущего инструмента, в частности, для предотвращения возможного преждевременного износа из-за образования стружки (прилипания материала заготовки к режущей кромке режущей кромки). инструмент).
Особенности и выбор покрытия
Требования к характеристикам покрытия могут быть самыми разными.В условиях обработки, когда температура режущей кромки высока, чрезвычайно важными становятся жаростойкие и износостойкие характеристики покрытия.Ожидается, что современные покрытия также должны обладать следующими характеристиками: превосходными характеристиками при высоких температурах, стойкостью к окислению, высокой твердостью (даже при высоких температурах) и микроскопической ударной вязкостью (пластичностью) за счет создания наноструктурированных слоев.
Для эффективных режущих инструментов оптимальная адгезия покрытия и разумное распределение остаточных напряжений являются двумя решающими факторами.Во-первых, необходимо учитывать взаимодействие между материалом подложки и материалом покрытия.Во-вторых, должно быть как можно меньше родства между материалом покрытия и обрабатываемым материалом.Возможность прилипания покрытия к заготовке можно значительно уменьшить, используя соответствующую геометрию инструмента и полируя покрытие.
Покрытия на основе алюминия (например, AlTiN) обычно используются в качестве покрытий для режущих инструментов в режущей промышленности.Под действием высоких температур резания эти покрытия на основе алюминия могут образовывать тонкий и плотный слой оксида алюминия, который постоянно обновляется в процессе обработки, защищает покрытие и материал подложки под ним от окислительного воздействия.
Характеристики твердости и стойкости к окислению покрытия можно регулировать, изменяя содержание алюминия и структуру покрытия.Например, увеличивая содержание алюминия, используя наноструктуры или микролегирование (т.е. легирование элементами с низким содержанием), можно улучшить стойкость покрытия к окислению.
Помимо химического состава материала покрытия, изменения в структуре покрытия могут существенно повлиять на эксплуатационные характеристики покрытия.Различные характеристики режущего инструмента зависят от распределения различных элементов в микроструктуре покрытия.
В настоящее время несколько отдельных слоев покрытия с различным химическим составом могут быть объединены в композитный слой покрытия для получения желаемых характеристик.Эта тенденция будет продолжать развиваться и в будущем, особенно благодаря новым системам покрытия и процессам нанесения покрытий, таким как гибридная технология дугового испарения и напыления HI3 (High Ionization Triple), объединяющая три высокоионизированных процесса покрытия в один.
В качестве универсального покрытия покрытия на основе титана-кремния (TiSi) обеспечивают превосходную обрабатываемость.Эти покрытия могут применяться для обработки как сталей высокой твердости с различным содержанием карбидов (твердость сердцевины до 65 HRC), так и сталей средней твердости (твердость сердцевины 40 HRC).Конструкция структуры покрытия может быть адаптирована к различным видам обработки.В результате режущие инструменты с покрытием на основе титана и кремния могут использоваться для резки и обработки широкого спектра материалов заготовок от высоколегированных, низколегированных сталей до закаленных сталей и титановых сплавов.Испытания на чистовую обработку плоских заготовок (твердость HRC 44) показали, что режущие инструменты с покрытием могут увеличить срок службы почти в два раза и уменьшить шероховатость поверхности примерно в 10 раз.
Покрытие на основе титана и кремния сводит к минимуму последующую полировку поверхности.Ожидается, что такие покрытия будут использоваться при обработке с высокими скоростями резания, высокими температурами кромок и высокими скоростями съема металла.
Для некоторых других PVD-покрытий (особенно микролегированных покрытий) компании по нанесению покрытий также тесно сотрудничают с переработчиками для исследования и разработки различных оптимизированных решений для обработки поверхности.Следовательно, возможны и практически применимы значительные улучшения в эффективности обработки, использовании режущего инструмента, качестве обработки и взаимодействии между материалом, покрытием и обработкой.Работая с профессиональным партнером по нанесению покрытий, пользователи могут повысить эффективность использования своих инструментов на протяжении всего их жизненного цикла.
Время публикации: 07 ноября 2022 г.