Jak prawidłowo wybrać powłokę narzędzi w obróbce, aby poprawić żywotność narzędzia

Technologia powlekania powierzchni narzędzi to technologia modyfikacji powierzchni opracowana w odpowiedzi na zapotrzebowanie rynku. Od momentu pojawienia się w latach 60. XX wieku technologia ta była szeroko stosowana w branży produkcji narzędzi do cięcia metali. Zwłaszcza po pojawieniu się technologii szybkiego cięcia, technologia powlekania została szybko opracowana i zastosowana, i stała się jedną z kluczowych technologii wytwarzania narzędzi do cięcia szybkiego. Technologia ta może tworzyć warstwę na powierzchni narzędzia tnącego metodami chemicznymi lub fizycznymi, dzięki czemu narzędzie tnące może uzyskać doskonałą kompleksową wydajność cięcia, aby spełnić wymagania cięcia z dużą prędkością.

Podsumowując, technologia powlekania powierzchni narzędzi skrawających ma następujące cechy:

1. Technologia powlekania może znacznie poprawić twardość powierzchni narzędzia bez zmniejszania jego wytrzymałości. Obecnie twardość może osiągnąć prawie 100 GPa.

2. Wraz z szybkim rozwojem technologii powlekania, stabilność chemiczna i odporność folii na utlenianie w wysokiej temperaturze stają się bardziej widoczne, co umożliwia cięcie z dużą prędkością.

3. Folia smarująca ma dobre właściwości smarowania stałego, co może skutecznie poprawić jakość przetwarzania i nadaje się również do cięcia na sucho.

4. Technologia powlekania, jako końcowy proces produkcji narzędzia, ma niewielki wpływ na dokładność narzędzia i może być powtarzana.

Korzyści z powlekanych narzędzi skrawających: mogą znacznie poprawić żywotność narzędzi skrawających; skutecznie poprawić wydajność cięcia; znacznie poprawić jakość powierzchni obrabianego przedmiotu; skutecznie zmniejszają zużycie materiałów narzędziowych, obniżają koszty przetwarzania; zmniejszyć zużycie chłodziwa, obniżyć koszty i przyczynić się do ochrony środowiska.

Prawidłowa obróbka powierzchni małych noży tarczowych może poprawić żywotność narzędzia, skrócić czas cyklu obróbki i poprawić jakość powierzchni. Jednak wybór właściwej powłoki narzędzia zgodnie z wymogami przetwarzania może być mylący i pracochłonny. Każda powłoka ma zarówno zalety, jak i wady cięcia. Jeśli zostanie wybrana niewłaściwa powłoka, żywotność narzędzia może być mniejsza niż żywotność narzędzi niepowlekanych, a czasem nawet więcej problemów niż wcześniej.

Obecnie dostępnych jest wiele rodzajów powłok narzędziowych, w tym powłoki PVD, powłoki CVD i powłoki kompozytowe naprzemiennie powlekane PVD i CVD. Powłoki te można łatwo uzyskać od producentów narzędzi lub dostawców powłok. W tym artykule przedstawimy niektóre typowe właściwości powłok narzędzi oraz niektóre powszechnie stosowane schematy wyboru powłok PVD i CVD. Każda cecha powłoki odgrywa ważną rolę w określaniu, która powłoka jest najbardziej korzystna dla cięcia.

Powłoki TiN

TiN jest powłoką PVD ogólnego zastosowania, która może poprawić twardość narzędzia i temperaturę utleniania. Powłokę można stosować do narzędzi skrawających lub narzędzi do formowania stali szybkotnącej w celu uzyskania dobrego efektu obróbki.

Powłoka z azotku chromu (CrN)

Powłoka CrN jest preferowaną powłoką do przetwarzania guzów wiórowych ze względu na dobrą odporność na przyleganie. Dzięki tej prawie niewidocznej powłoce skrawalność HSS lub narzędzi z węglika spiekanego i narzędzi do formowania ulegnie znacznej poprawie.

Powłoka diamentowa

Diamentowa powłoka CVD może zapewnić najlepszą wydajność narzędzi skrawających z metali nieżelaznych. Jest idealną powłoką do obróbki grafitu, kompozytów z metalową osnową (MMC), stopu silikonu i aluminium oraz wielu innych materiałów o wysokiej ścieralności. Następuje reakcja chemiczna, która niszczy warstwę przyczepności między powłoką a narzędziem tnącym.

Sprzęt do powlekania

Powłoki nadające się do twardego frezowania, gwintowania i wiercenia są różne i mają swoje specyficzne okazje. Ponadto można również zastosować powłoki wielowarstwowe. Inne powłoki są osadzone między warstwą powierzchniową a matrycą narzędzia, co może dodatkowo poprawić żywotność narzędzia.

Powłoka TiC (TiCN)

Element węglowy dodany w powłoce TiCN może poprawić twardość narzędzia i uzyskać lepszą smarowność powierzchni. Jest idealną powłoką do narzędzi ze stali szybkotnącej.

Powłoki azotowo-aluminiowo-tytanowe lub azotowo-tytanowo-aluminiowe (TiAlN / AlTiN)

Warstwa tlenku glinu utworzona w powłoce TiAlN / AlTiN może skutecznie poprawić żywotność narzędzi skrawających w wysokiej temperaturze. Powłokę można stosować do narzędzi skrawających z węglików spiekanych, stosowanych głównie do cięcia na sucho lub półsucho. Zgodnie z różnym udziałem Al i Ti w powłoce, powłoka AlTiN może zapewnić wyższą twardość powierzchni niż powłoka TiAlN, więc jest to kolejny możliwy wybór powłoki w dziedzinie obróbki szybkiej.

Charakterystyka powłok

twardość

Wysoka twardość powierzchni spowodowana przez powlekanie jest jednym z najlepszych sposobów na poprawę trwałości narzędzia. Mówiąc ogólnie, im wyższa twardość materiału lub powierzchni, tym dłuższa żywotność narzędzia. Powłoki TiCN mają wyższą twardość niż powłoki TiN. Ze względu na wzrost zawartości węgla twardość powłoki TiCN wzrasta o 33%, a zakres twardości wynosi około Hv3000-4000 (w zależności od producenta). Nakładanie diamentowych powłok CVD o twardości powierzchni do Hv9000 na narzędzia skrawające jest dojrzałe. W porównaniu z narzędziami tnącymi pokrytymi PVD, żywotność narzędzi tnących pokrytych CVD wzrosła 10–20 razy. Wysoka twardość i prędkość skrawania narzędzi pokrytych diamentem może być 2-3 razy wyższa niż w przypadku narzędzi niepowlekanych, co czyni je dobrym wyborem do cięcia materiałów nieżelaznych.

Temperatura utleniania

Temperatura utleniania to temperatura, w której powłoka zaczyna się rozkładać. Im wyższa jest temperatura utleniania, tym bardziej korzystne jest cięcie w wysokiej temperaturze. Chociaż twardość powłok TiAlN w temperaturze pokojowej może być niższa niż powłok TiCN, udowodniono, że powłoki TiAlN są znacznie bardziej skuteczne niż powłoki TiCN w obróbce w wysokiej temperaturze. Powodem, dla którego powłoka TiAlN może utrzymać swoją twardość w wysokiej temperaturze, jest możliwość utworzenia warstwy tlenku glinu między narzędziem a chipem, a warstwa tlenku glinu może przenosić ciepło z narzędzia do przedmiotu obrabianego lub wióra. Prędkość skrawania narzędzi z węglika spiekanego jest zwykle wyższa niż w przypadku narzędzi ze stali szybkotnącej, co czyni TiAlN preferowaną powłoką do narzędzi z węglika spiekanego. Powłoka PVDTiAlN jest zwykle stosowana do wierteł z węglików spiekanych i frezów końcowych.

Podatność na szlifowanie

Odporność na zużycie odnosi się do odporności powłoki na zużycie. Chociaż twardość niektórych materiałów obrabianych może nie być bardzo wysoka, elementy dodane w procesie produkcyjnym i przyjęty proces mogą powodować pękanie lub stępienie ostrza narzędzia.

Smarowanie powierzchni

Wysoki współczynnik tarcia zwiększy ciepło cięcia, co skróci żywotność powłoki, a nawet spowoduje awarię. Zmniejszenie współczynnika tarcia może znacznie przedłużyć żywotność narzędzia. Drobne, gładkie lub regularnie teksturowane powlekane powierzchnie pomagają zmniejszyć ciepło skrawania, ponieważ gładkie powierzchnie umożliwiają szybkie zsunięcie się wiórów z powierzchni natarcia i zmniejszenie wytwarzania ciepła. W porównaniu z niepowlekanymi narzędziami tnącymi, powlekane narzędzia tnące o lepszym smarowaniu powierzchni można również obrabiać przy wyższych prędkościach cięcia, co dodatkowo pozwala uniknąć zgrzewania w wysokiej temperaturze z materiałami obrabianego przedmiotu.

Właściwości przeciwzbrylające

Odporność powłoki na klejenie może zapobiec lub zmniejszyć reakcję chemiczną między narzędziem a przetwarzanym materiałem i uniknąć osadzania się materiału obrabianego na narzędziu. Podczas obróbki metali nieżelaznych (takich jak aluminium, mosiądz itp.), Noże często wytwarzają guzy gruzu (BUE), co powoduje uszkodzenie narzędzia lub nadmierny rozmiar obrabianego przedmiotu. Gdy przetworzony materiał zacznie przylegać do narzędzia, przywiązanie będzie nadal się rozszerzać. Na przykład, gdy obrabiany element aluminiowy jest obrabiany z uformowanym gwintownikiem, przylegające aluminium na gwintowniku zwiększa się po przetworzeniu każdego otworu, a ostatecznie średnica gwintownika staje się zbyt duża, co powoduje powstawanie resztek o rozmiarze obrabianego przedmiotu. Powłoki o dobrej odporności na przyleganie mogą odgrywać bardzo dobrą rolę nawet w procesach, w których wydajność chłodziwa jest niska lub stężenie jest niewystarczające.

Nakładanie powłok

Wdrożenie powłok o wysokiej wydajności w stosunku do ceny może zależeć od wielu czynników, ale dla każdego konkretnego zastosowania przetwarzania zwykle dostępna jest tylko jedna lub kilka możliwych opcji powlekania. Prawidłowy dobór powłok i ich właściwości może oznaczać różnicę między wyraźną poprawą wydajności przetwarzania a prawie brakiem poprawy. Głębokość cięcia, prędkość cięcia i chłodziwo mogą wpływać na efekt nakładania powłoki narzędzia.

Ponieważ w obróbce materiału obrabianego jest wiele zmiennych, jednym z najlepszych sposobów ustalenia, którą powłokę wybrać, jest cięcie próbne. Dostawcy powłok stale opracowują nowe powłoki, aby jeszcze bardziej poprawić ich odporność na wysokie temperatury, tarcie i zużycie.