Lớp phủ dụng cụ cắt cải thiện các đặc tính ma sát và mài mòn của dụng cụ cắt, đó là lý do tại sao chúng rất cần thiết trong các hoạt động cắt.Trong nhiều năm, các nhà cung cấp công nghệ xử lý bề mặt đã và đang phát triển các giải pháp lớp phủ tùy chỉnh để cải thiện khả năng chống mài mòn của dụng cụ cắt, hiệu quả gia công và tuổi thọ.Thách thức độc đáo đến từ việc chú ý và tối ưu hóa bốn yếu tố: (i) xử lý trước và sau khi phủ bề mặt dụng cụ cắt;(ii) vật liệu phủ;(iii) kết cấu lớp phủ;và (iv) công nghệ xử lý tích hợp cho các dụng cụ cắt được phủ.
Nguồn mài mòn dụng cụ cắt
Trong quá trình cắt, một số cơ chế mài mòn xảy ra trong vùng tiếp xúc giữa dụng cụ cắt và vật liệu phôi.Ví dụ, mài mòn liên kết giữa phoi và bề mặt cắt, mài mòn dụng cụ bởi các điểm cứng trong vật liệu phôi và mài mòn do phản ứng hóa học ma sát (phản ứng hóa học của vật liệu do tác động cơ học và nhiệt độ cao gây ra).Do các ứng suất ma sát này làm giảm lực cắt của dụng cụ cắt và rút ngắn tuổi thọ của dụng cụ, nên chúng chủ yếu ảnh hưởng đến hiệu quả gia công của dụng cụ cắt.
Lớp phủ bề mặt làm giảm ảnh hưởng của ma sát, trong khi vật liệu cơ bản của dụng cụ cắt hỗ trợ lớp phủ và hấp thụ ứng suất cơ học.Hiệu suất được cải thiện của hệ thống ma sát có thể tiết kiệm vật liệu và giảm tiêu thụ năng lượng bên cạnh việc tăng năng suất.
Vai trò của sơn phủ trong việc giảm chi phí gia công
Tuổi thọ dụng cụ cắt là một yếu tố chi phí quan trọng trong chu kỳ sản xuất.Trong số những thứ khác, tuổi thọ dụng cụ cắt có thể được định nghĩa là thời gian máy có thể được gia công mà không bị gián đoạn trước khi cần bảo trì.Tuổi thọ của dụng cụ cắt càng dài, chi phí do gián đoạn sản xuất càng thấp và máy phải thực hiện ít công việc bảo trì hơn.
Ngay cả ở nhiệt độ cắt rất cao, tuổi thọ sử dụng của dụng cụ cắt có thể được kéo dài nhờ lớp phủ, do đó giảm đáng kể chi phí gia công.Ngoài ra, lớp phủ dụng cụ cắt có thể làm giảm nhu cầu về chất lỏng bôi trơn.Không chỉ giảm chi phí nguyên vật liệu mà còn góp phần bảo vệ môi trường.
Ảnh hưởng của quá trình xử lý trước và sau khi phủ đến năng suất
Trong các hoạt động cắt hiện đại, dụng cụ cắt cần phải chịu áp suất cao (>2 GPa), nhiệt độ cao và các chu kỳ ứng suất nhiệt liên tục.Trước và sau khi phủ dụng cụ cắt, nó phải được xử lý bằng quy trình thích hợp.
Trước khi phủ dụng cụ cắt, có thể sử dụng nhiều phương pháp tiền xử lý khác nhau để chuẩn bị cho quá trình phủ tiếp theo, đồng thời cải thiện đáng kể độ bám dính của lớp phủ.Bằng cách làm việc cùng với lớp phủ, việc chuẩn bị lưỡi cắt của dụng cụ cũng có thể tăng tốc độ cắt và tốc độ nạp, đồng thời kéo dài tuổi thọ của dụng cụ cắt.
Xử lý hậu kỳ lớp phủ (chuẩn bị cạnh, xử lý bề mặt và cấu trúc) cũng đóng vai trò quyết định trong việc tối ưu hóa dụng cụ cắt, đặc biệt là để ngăn khả năng mài mòn sớm do hình thành phoi (liên kết của vật liệu phôi với cạnh cắt của dụng cụ).
Cân nhắc và lựa chọn lớp phủ
Các yêu cầu về hiệu suất lớp phủ có thể rất khác nhau.Trong các điều kiện gia công có nhiệt độ lưỡi cắt cao, đặc tính mài mòn chịu nhiệt của lớp phủ trở nên vô cùng quan trọng.Người ta hy vọng rằng các lớp phủ hiện đại cũng phải có các đặc điểm sau: hiệu suất nhiệt độ cao tuyệt vời, khả năng chống oxy hóa, độ cứng cao (ngay cả ở nhiệt độ cao) và độ bền vi mô (độ dẻo) thông qua thiết kế các lớp cấu trúc nano.
Đối với các công cụ cắt hiệu quả, độ bám dính của lớp phủ được tối ưu hóa và sự phân bố ứng suất dư hợp lý là hai yếu tố quyết định.Đầu tiên, cần xem xét sự tương tác giữa vật liệu nền và vật liệu phủ.Thứ hai, nên có càng ít ái lực càng tốt giữa vật liệu phủ và vật liệu được xử lý.Khả năng bám dính giữa lớp phủ và phôi gia công có thể giảm đáng kể bằng cách sử dụng hình dạng dụng cụ thích hợp và đánh bóng lớp phủ.
Lớp phủ gốc nhôm (ví dụ AlTiN) thường được sử dụng làm lớp phủ dụng cụ cắt trong ngành công nghiệp cắt gọt.Dưới tác động của nhiệt độ cắt cao, các lớp phủ gốc nhôm này có thể tạo thành một lớp oxit nhôm mỏng và dày đặc, liên tục tự đổi mới trong quá trình gia công, bảo vệ lớp phủ và vật liệu nền bên dưới khỏi sự tấn công của quá trình oxy hóa.
Hiệu suất chống oxy hóa và độ cứng của lớp phủ có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi hàm lượng nhôm và cấu trúc lớp phủ.Ví dụ, bằng cách tăng hàm lượng nhôm, sử dụng cấu trúc nano hoặc vi hợp kim (nghĩa là hợp kim với các nguyên tố có hàm lượng thấp), khả năng chống oxy hóa của lớp phủ có thể được cải thiện.
Ngoài thành phần hóa học của vật liệu phủ, những thay đổi trong cấu trúc lớp phủ có thể ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của lớp phủ.Hiệu suất của dụng cụ cắt khác nhau phụ thuộc vào sự phân bố của các phần tử khác nhau trong vi cấu trúc lớp phủ.
Ngày nay, một số lớp phủ đơn lẻ với các thành phần hóa học khác nhau có thể được kết hợp thành một lớp phủ tổng hợp để đạt được hiệu suất mong muốn.Xu hướng này sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai – đặc biệt là thông qua các hệ thống lớp phủ và quy trình phủ mới, chẳng hạn như công nghệ phủ hỗn hợp bay hơi và phún xạ hồ quang HI3 (Bộ ba ion hóa cao), kết hợp ba quy trình phủ ion hóa cao thành một.
Là lớp phủ toàn diện, lớp phủ dựa trên titan-silicon (TiSi) mang lại khả năng gia công tuyệt vời.Các lớp phủ này có thể được sử dụng để gia công cả thép có độ cứng cao với hàm lượng cacbua khác nhau (độ cứng lõi lên đến HRC 65) và thép có độ cứng trung bình (độ cứng lõi HRC 40).Thiết kế của cấu trúc lớp phủ có thể được điều chỉnh phù hợp với các ứng dụng gia công khác nhau.Do đó, các dụng cụ cắt được phủ bằng silicone titan có thể được sử dụng để cắt và gia công nhiều loại vật liệu phôi từ thép hợp kim cao, thép hợp kim thấp đến thép cứng và hợp kim titan.Các thử nghiệm cắt có độ hoàn thiện cao trên các phôi phẳng (độ cứng HRC 44) đã chỉ ra rằng các dụng cụ cắt được phủ có thể tăng tuổi thọ của nó lên gần hai lần và giảm độ nhám bề mặt khoảng 10 lần.
Lớp phủ dựa trên titan-silicon giảm thiểu việc đánh bóng bề mặt tiếp theo.Những lớp phủ như vậy dự kiến sẽ được sử dụng trong quá trình xử lý với tốc độ cắt cao, nhiệt độ cạnh cao và tỷ lệ loại bỏ kim loại cao.
Đối với một số lớp phủ PVD khác (đặc biệt là lớp phủ vi hợp kim), các công ty sản xuất lớp phủ cũng đang hợp tác chặt chẽ với các nhà chế biến để nghiên cứu và phát triển các giải pháp xử lý bề mặt tối ưu khác nhau.Do đó, những cải tiến đáng kể về hiệu quả gia công, sử dụng dụng cụ cắt, chất lượng gia công và sự tương tác giữa vật liệu, lớp phủ và gia công là có thể và có thể áp dụng trên thực tế.Bằng cách hợp tác với một đối tác sơn phủ chuyên nghiệp, người dùng có thể tăng hiệu quả sử dụng các công cụ của họ trong suốt vòng đời của chúng.
Thời gian đăng: Nov-07-2022