การปรับบทบาทและประสิทธิภาพของสารเคลือบเครื่องมือตัดให้เหมาะสมที่สุด

การเคลือบเครื่องมือตัดช่วยเพิ่มแรงเสียดทานและคุณสมบัติการสึกหรอของเครื่องมือตัด ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงมีความสำคัญต่อการตัดเฉือนเป็นเวลาหลายปีที่ผู้ให้บริการเทคโนโลยีการแปรรูปพื้นผิวได้พัฒนาโซลูชันการเคลือบผิวแบบกำหนดเองเพื่อปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอของเครื่องมือตัด ประสิทธิภาพการตัดเฉือน และอายุการใช้งานความท้าทายที่ไม่เหมือนใครมาจากความเอาใจใส่และการเพิ่มประสิทธิภาพขององค์ประกอบทั้งสี่: (i) กระบวนการก่อนและหลังการเคลือบพื้นผิวของเครื่องมือตัด;(ii) วัสดุเคลือบ;(iii) โครงสร้างการเคลือบ;และ (iv) เทคโนโลยีการประมวลผลแบบบูรณาการสำหรับเครื่องมือตัดแบบเคลือบ

แหล่งที่มาของการสึกหรอของเครื่องมือตัด
ในระหว่างกระบวนการตัด กลไกการสึกหรอบางอย่างจะเกิดขึ้นในบริเวณหน้าสัมผัสระหว่างเครื่องมือตัดและวัสดุชิ้นงานตัวอย่างเช่น การสึกหรอแบบยึดติดระหว่างเศษกับพื้นผิวการตัด การสึกหรอจากการเสียดสีของเครื่องมือจากความแข็งของวัสดุชิ้นงาน และการสึกหรอที่เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีแบบเสียดทาน (ปฏิกิริยาทางเคมีของวัสดุที่เกิดจากการกระทำทางกลและอุณหภูมิสูง)เนื่องจากแรงเสียดทานเหล่านี้ลดแรงตัดของเครื่องมือตัดและทำให้อายุการใช้งานของเครื่องมือสั้นลง จึงส่งผลต่อประสิทธิภาพการตัดเฉือนของเครื่องมือตัดเป็นหลัก

การเคลือบพื้นผิวช่วยลดผลกระทบจากแรงเสียดทาน ในขณะที่วัสดุฐานของเครื่องมือตัดรองรับการเคลือบและดูดซับแรงเค้นเชิงกลประสิทธิภาพที่ดีขึ้นของระบบแรงเสียดทานสามารถประหยัดวัสดุและลดการใช้พลังงาน นอกเหนือจากการเพิ่มผลผลิต

บทบาทของสารเคลือบในการลดต้นทุนการผลิต
อายุการใช้งานของเครื่องมือตัดเป็นปัจจัยต้นทุนที่สำคัญในวงจรการผลิตเหนือสิ่งอื่นใด อายุการใช้งานของเครื่องมือตัดสามารถกำหนดได้เนื่องจากสามารถตัดเฉือนเครื่องจักรได้โดยไม่หยุดชะงักก่อนที่จะต้องบำรุงรักษายิ่งเครื่องมือตัดมีอายุการใช้งานนานเท่าใด ต้นทุนก็จะยิ่งต่ำลงเนื่องจากการหยุดชะงักของการผลิตและการบำรุงรักษาเครื่องจักรน้อยลงเท่านั้น

แม้ในอุณหภูมิการตัดที่สูงมาก อายุการใช้งานของเครื่องมือตัดสามารถขยายได้ด้วยการเคลือบ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการตัดเฉือนได้อย่างมากนอกจากนี้ การเคลือบเครื่องมือตัดสามารถลดความต้องการน้ำมันหล่อลื่นไม่เพียงช่วยลดต้นทุนวัสดุแต่ยังช่วยรักษาสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

ผลของกระบวนการก่อนและหลังการเคลือบต่อผลผลิต

ในการทำงานตัดสมัยใหม่ เครื่องมือตัดจำเป็นต้องรับแรงกดดันสูง (>2 GPa) อุณหภูมิสูง และรอบคงที่ของความเค้นเนื่องจากความร้อนก่อนและหลังการเคลือบเครื่องมือตัด ต้องผ่านกระบวนการที่เหมาะสม

ก่อนการเคลือบเครื่องมือตัด สามารถใช้วิธีการปรับสภาพต่างๆ เพื่อเตรียมการสำหรับกระบวนการเคลือบต่อไปได้ ในขณะที่ปรับปรุงการยึดเกาะของสารเคลือบอย่างมีนัยสำคัญด้วยการทำงานร่วมกับการเคลือบผิว การเตรียมคมตัดของเครื่องมือยังสามารถเพิ่มความเร็วตัดและอัตราป้อน และยืดอายุของเครื่องมือตัดได้อีกด้วย

กระบวนการหลังการเคลือบผิว (การเตรียมขอบ การประมวลผลพื้นผิว และโครงสร้าง) ยังมีบทบาทสำคัญต่อการปรับแต่งเครื่องมือตัดให้เหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อป้องกันการสึกหรอในระยะแรกที่อาจเกิดขึ้นจากการก่อตัวของเศษ (การเกาะติดของวัสดุชิ้นงานกับคมตัดของ เครื่องมือ).

การพิจารณาและการเลือกเคลือบ

ข้อกำหนดสำหรับประสิทธิภาพการเคลือบอาจแตกต่างกันมากภายใต้สภาวะการตัดเฉือนที่อุณหภูมิคมตัดสูง ลักษณะการสึกหรอที่ทนความร้อนของการเคลือบจะมีความสำคัญอย่างยิ่งคาดว่าการเคลือบสมัยใหม่ควรมีลักษณะดังต่อไปนี้: ประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในอุณหภูมิสูง ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ความแข็งสูง (แม้ในอุณหภูมิสูง) และความเหนียวระดับจุลภาค (ความเป็นพลาสติก) ผ่านการออกแบบชั้นที่มีโครงสร้างระดับนาโน

สำหรับเครื่องมือตัดที่มีประสิทธิภาพ การยึดเกาะของผิวเคลือบที่เหมาะสมที่สุด และการกระจายความเค้นตกค้างที่เหมาะสมเป็นปัจจัยชี้ขาดสองประการประการแรก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัสดุพื้นผิวและวัสดุเคลือบต้องได้รับการพิจารณาประการที่สอง ควรมีความสัมพันธ์กันน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ระหว่างวัสดุเคลือบและวัสดุที่จะดำเนินการความเป็นไปได้ของการยึดเกาะระหว่างการเคลือบผิวกับชิ้นงานสามารถลดลงได้อย่างมากโดยใช้รูปทรงเครื่องมือที่เหมาะสมและการขัดผิวเคลือบ

การเคลือบผิวด้วยอะลูมิเนียม (เช่น AlTiN) มักใช้เป็นสารเคลือบเครื่องมือตัดในอุตสาหกรรมการตัดเฉือนภายใต้การทำงานของอุณหภูมิในการตัดสูง สารเคลือบผิวที่มีส่วนประกอบของอะลูมิเนียมเหล่านี้สามารถสร้างชั้นอะลูมิเนียมออกไซด์ที่บางและหนาแน่น ซึ่งจะมีการต่ออายุตัวเองอย่างต่อเนื่องในระหว่างการตัดเฉือน ปกป้องผิวเคลือบและวัสดุพื้นผิวด้านล่างจากการโจมตีจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน

ความแข็งและประสิทธิภาพการต้านทานการเกิดออกซิเดชันของสารเคลือบสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการเปลี่ยนปริมาณอะลูมิเนียมและโครงสร้างการเคลือบตัวอย่างเช่น การเพิ่มปริมาณอะลูมิเนียม การใช้โครงสร้างนาโนหรือการผสมแบบไมโคร (กล่าวคือ การผสมด้วยองค์ประกอบที่มีเนื้อหาต่ำ) สามารถปรับปรุงความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันของสารเคลือบได้

นอกจากองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุเคลือบแล้ว การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างการเคลือบยังส่งผลต่อประสิทธิภาพการเคลือบอย่างมีนัยสำคัญประสิทธิภาพของเครื่องมือตัดที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับการกระจายตัวขององค์ประกอบต่างๆ ในโครงสร้างจุลภาคของการเคลือบ

ทุกวันนี้ ชั้นเคลือบเดี่ยวหลายชั้นที่มีองค์ประกอบทางเคมีต่างกันสามารถรวมกันเป็นชั้นเคลือบคอมโพสิตเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ต้องการแนวโน้มนี้จะยังคงพัฒนาต่อไปในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านระบบการเคลือบและกระบวนการเคลือบแบบใหม่ เช่น การระเหยด้วยอาร์คแบบ HI3 (High Ionization Triple) และเทคโนโลยีการเคลือบแบบไฮบริดสปัตเตอริงที่รวมกระบวนการเคลือบที่มีไอออนสูงสามกระบวนการเข้าเป็นหนึ่งเดียว

ในฐานะที่เป็นการเคลือบผิวรอบด้าน การเคลือบผิวด้วยไททาเนียม-ซิลิกอน (TiSi) จึงมีความสามารถในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยมการเคลือบเหล่านี้สามารถใช้สำหรับการประมวลผลทั้งเหล็กกล้าความแข็งสูงที่มีปริมาณคาร์ไบด์ต่างกัน (ความแข็งของแกนถึง HRC 65) และเหล็กกล้าที่มีความแข็งปานกลาง (ความแข็งของแกนกลาง HRC 40)การออกแบบโครงสร้างการเคลือบสามารถปรับให้เข้ากับการใช้งานการตัดเฉือนที่แตกต่างกันด้วยเหตุนี้ จึงสามารถใช้เครื่องมือตัดเคลือบไททาเนียมเคลือบซิลิโคนเพื่อตัดและแปรรูปวัสดุชิ้นงานได้หลากหลายประเภท ตั้งแต่เหล็กกล้าอัลลอยด์สูง อัลลอยด์ต่ำ ไปจนถึงเหล็กกล้าชุบแข็งและโลหะผสมไททาเนียมการทดสอบการตัดผิวสำเร็จสูงบนชิ้นงานเรียบ (ความแข็ง HRC 44) แสดงให้เห็นว่าเครื่องมือตัดแบบเคลือบสามารถเพิ่มอายุการใช้งานได้เกือบสองเท่าและลดความหยาบของพื้นผิวได้ประมาณ 10 เท่า

การเคลือบด้วยไททาเนียม-ซิลิกอนช่วยลดการขัดผิวที่ตามมาการเคลือบดังกล่าวคาดว่าจะใช้ในการประมวลผลด้วยความเร็วตัดสูง อุณหภูมิคมตัดสูง และอัตราการขจัดเนื้อโลหะสูง

สำหรับการเคลือบ PVD อื่นๆ (โดยเฉพาะการเคลือบแบบไมโครอัลลอยด์) บริษัทเคลือบยังทำงานอย่างใกล้ชิดกับโปรเซสเซอร์เพื่อวิจัยและพัฒนาโซลูชั่นการประมวลผลพื้นผิวที่ปรับให้เหมาะสมต่างๆดังนั้น การปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดเฉือน การใช้เครื่องมือตัด คุณภาพการตัดเฉือน และการทำงานร่วมกันระหว่างวัสดุ การเคลือบผิว และการตัดเฉือนอย่างมีนัยสำคัญจึงเป็นไปได้และนำไปใช้ได้จริงด้วยการทำงานร่วมกับพันธมิตรด้านการเคลือบผิวมืออาชีพ ผู้ใช้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานเครื่องมือได้ตลอดวงจรชีวิต