Покриття ріжучих інструментів покращують властивості тертя та зношування ріжучих інструментів, тому вони необхідні в операціях різання.Протягом багатьох років постачальники технологій обробки поверхонь розробляли індивідуальні рішення для покриття для підвищення стійкості ріжучого інструменту до зношування, ефективності обробки та терміну служби.Унікальний виклик виникає через увагу та оптимізацію чотирьох елементів: (i) обробка поверхонь ріжучого інструменту до та після нанесення покриття;(ii) матеріали покриття;(iii) структури покриття;та (iv) інтегрована технологія обробки різальних інструментів з покриттям.
Джерела зносу ріжучого інструменту
У процесі різання в зоні контакту між різальним інструментом і матеріалом заготовки виникають деякі механізми зношування.Наприклад, склеювання між стружкою та поверхнею різання, абразивне зношування інструменту твердими точками в матеріалі заготовки, зношування, викликане хімічними реакціями тертя (хімічні реакції матеріалу, викликані механічною дією та високими температурами).Оскільки ці напруги тертя зменшують силу різання ріжучого інструменту та скорочують термін служби інструменту, вони головним чином впливають на ефективність обробки ріжучого інструменту.
Поверхневе покриття зменшує ефект тертя, тоді як основний матеріал ріжучого інструменту підтримує покриття та поглинає механічні навантаження.Покращена продуктивність системи тертя може заощадити матеріал і зменшити споживання енергії на додаток до збільшення продуктивності.
Роль покриття в зниженні витрат на обробку
Термін служби ріжучого інструменту є важливим фактором витрат у виробничому циклі.Серед іншого термін служби ріжучого інструменту можна визначити як час, протягом якого машина може оброблятися без перерви до того, як буде потрібно технічне обслуговування.Чим довший термін служби ріжучого інструменту, тим менші витрати через перерви у виробництві та менше робіт з технічного обслуговування машини.
Навіть при дуже високих температурах різання термін служби ріжучого інструменту можна продовжити за допомогою покриття, що значно знижує витрати на обробку.Крім того, покриття ріжучого інструменту може зменшити потребу в мастильних рідинах.Не тільки зменшує матеріальні витрати, але й допомагає захистити навколишнє середовище.
Вплив обробки до та після нанесення покриття на продуктивність
У сучасних операціях різання ріжучі інструменти повинні витримувати високий тиск (>2 ГПа), високі температури та постійні цикли термічного навантаження.До і після покриття ріжучого інструменту його необхідно обробити відповідним способом.
Перед нанесенням покриття інструментом для різання можна використовувати різні методи попередньої обробки для підготовки до подальшого процесу нанесення покриття, при цьому значно покращуючи адгезію покриття.Працюючи разом із покриттям, підготовка ріжучої кромки інструменту також може збільшити швидкість різання та швидкість подачі, а також подовжити термін служби різального інструменту.
Постобробка покриття (підготовка кромки, обробка поверхні та структурування) також відіграє вирішальну роль в оптимізації ріжучого інструменту, зокрема для запобігання можливому передчасному зносу через утворення стружки (з’єднання матеріалу заготовки з ріжучою кромкою). інструмент).
Міркування та вибір покриття
Вимоги до характеристик покриття можуть бути самими різними.В умовах обробки, коли температура ріжучої кромки висока, термостійкі характеристики покриття стають надзвичайно важливими.Очікується, що сучасні покриття також повинні мати такі характеристики: відмінні високотемпературні характеристики, стійкість до окислення, висока твердість (навіть при високих температурах) і мікроскопічна в'язкість (пластичність) завдяки дизайну наноструктурованих шарів.
Для ефективних ріжучих інструментів оптимізоване зчеплення покриття та розумний розподіл залишкових напруг є двома вирішальними факторами.По-перше, необхідно враховувати взаємодію між матеріалом підкладки та матеріалом покриття.По-друге, має бути якомога менша спорідненість між матеріалом покриття та матеріалом, що підлягає обробці.Можливість зчеплення між покриттям і деталлю може бути значно зменшена за допомогою відповідної геометрії інструменту та полірування покриття.
Покриття на основі алюмінію (наприклад, AlTiN) зазвичай використовуються як покриття для різальних інструментів у різальній промисловості.Під дією високих температур різання ці покриття на основі алюмінію можуть утворювати тонкий і щільний шар оксиду алюмінію, який постійно оновлюється під час механічної обробки, захищаючи покриття та матеріал підкладки під ним від окисного впливу.
Твердість і стійкість до окислення покриття можна регулювати шляхом зміни вмісту алюмінію та структури покриття.Наприклад, шляхом збільшення вмісту алюмінію, використання наноструктур або мікролегування (тобто легування з низьким вмістом елементів) можна покращити стійкість покриття до окислення.
Крім хімічного складу матеріалу покриття, зміни в структурі покриття можуть істотно вплинути на характеристики покриття.Різні характеристики ріжучого інструменту залежать від розподілу різних елементів у мікроструктурі покриття.
У наш час кілька окремих шарів покриття з різними хімічними складами можуть бути об’єднані в композиційний шар покриття для отримання бажаних характеристик.Ця тенденція продовжуватиме розвиватися в майбутньому, особливо завдяки новим системам і процесам нанесення покриттів, таким як гібридна технологія дугового випаровування та розпилення HI3 (High Ionization Triple), яка поєднує три високоіонізовані процеси нанесення покриттів в один.
Як універсальне покриття, покриття на основі титану та кремнію (TiSi) пропонують чудову обробку.Ці покриття можна використовувати для обробки як сталей високої твердості з різним вмістом карбіду (твердість серцевини до HRC 65), так і сталей середньої твердості (твердість серцевини HRC 40).Конструкцію структури покриття можна адаптувати відповідно до різних застосувань обробки.Як наслідок, ріжучі інструменти з титановим силіконовим покриттям можна використовувати для різання та обробки широкого діапазону матеріалів заготовок від високолегованих і низьколегованих сталей до загартованих сталей і титанових сплавів.Випробування високоякісного різання плоских заготовок (твердість HRC 44) показали, що ріжучі інструменти з покриттям можуть збільшити термін служби майже вдвічі та зменшити шорсткість поверхні приблизно в 10 разів.
Покриття на основі титану та кремнію мінімізує подальше полірування поверхні.Очікується, що такі покриття будуть використовуватися при обробці з високими швидкостями різання, високими температурами кромки та високою швидкістю видалення металу.
Для деяких інших покриттів PVD (особливо мікролегованих покриттів) компанії, які займаються нанесенням покриттів, також тісно співпрацюють з переробниками для дослідження та розробки різних оптимізованих рішень для обробки поверхні.Таким чином, можливе та практично застосовне значне покращення ефективності обробки, використання ріжучого інструменту, якості обробки та взаємодії між матеріалом, покриттям та обробкою.Працюючи з професійним партнером із нанесення покриттів, користувачі можуть підвищити ефективність використання своїх інструментів протягом усього життєвого циклу.
Час публікації: 07 листопада 2022 р