Пакрыцці рэжучых інструментаў паляпшаюць уласцівасці трэння і зносу рэжучых інструментаў, таму яны неабходныя ў аперацыях рэзання. На працягу многіх гадоў пастаўшчыкі тэхналогій апрацоўкі паверхняў распрацоўваюць індывідуальныя рашэнні пакрыццяў для павышэння зносаўстойлівасці рэжучых інструментаў, эфектыўнасці апрацоўкі і тэрміну службы. Унікальная задача вынікае з увагі і аптымізацыі чатырох элементаў: (i) апрацоўка паверхняў рэжучых інструментаў да і пасля пакрыцця; (ii) матэрыялы пакрыцця; (iii) структуры пакрыцця; і (iv) інтэграваная тэхналогія апрацоўкі для рэжучых інструментаў з пакрыццём.
Крыніцы зносу рэжучага інструмента
Падчас працэсу рэзання ў зоне кантакту паміж рэжучым інструментам і матэрыялам апрацоўванай дэталі ўзнікаюць некаторыя механізмы зносу. Напрыклад, знос ад злучэння паміж стружкай і паверхняй рэзання, абразіўны знос інструмента ад цвёрдых частак матэрыялу апрацоўванай дэталі і знос, выкліканы хімічнымі рэакцыямі трэння (хімічнымі рэакцыямі матэрыялу, выкліканымі механічным уздзеяннем і высокімі тэмпературамі). Паколькі гэтыя напружанні трэння зніжаюць сілу рэзання рэжучага інструмента і скарачаюць тэрмін яго службы, яны ў асноўным уплываюць на эфектыўнасць апрацоўкі рэжучым інструментам.
Павярхоўнае пакрыццё памяншае эфект трэння, а асноўны матэрыял рэжучага інструмента падтрымлівае пакрыццё і паглынае механічнае напружанне. Палепшаная прадукцыйнасць сістэмы трэння дазваляе зэканоміць матэрыял і знізіць спажыванне энергіі, а таксама павысіць прадукцыйнасць.
Роля пакрыцця ў зніжэнні выдаткаў на апрацоўку
Тэрмін службы рэжучага інструмента з'яўляецца важным фактарам выдаткаў у вытворчым цыкле. Сярод іншага, тэрмін службы рэжучага інструмента можна вызначыць як час, на працягу якога станок можа працаваць без перапынкаў, перш чым спатрэбіцца тэхнічнае абслугоўванне. Чым даўжэйшы тэрмін службы рэжучага інструмента, тым ніжэйшыя выдаткі з-за перапынкаў у вытворчасці і тым менш работ па тэхнічным абслугоўванні павінен выконваць станок.
Нават пры вельмі высокіх тэмпературах рэзання тэрмін службы рэжучага інструмента можна падоўжыць з дапамогай пакрыцця, што значна зніжае выдаткі на апрацоўку. Акрамя таго, пакрыццё рэжучага інструмента можа паменшыць патрэбу ў змазачных вадкасцях. Гэта не толькі зніжае выдаткі на матэрыялы, але і дапамагае абараніць навакольнае асяроддзе.
Уплыў папярэдняй і наступнай апрацоўкі пакрыцця на прадукцыйнасць
У сучасных аперацыях рэзаннем рэжучыя інструменты павінны вытрымліваць высокі ціск (>2 ГПа), высокія тэмпературы і пастаянныя цыклы тэрмічных нагрузак. Да і пасля нанясення пакрыцця рэжучы інструмент павінен быць апрацаваны адпаведным спосабам.
Перад нанясеннем пакрыцця на рэжучы інструмент можна выкарыстоўваць розныя метады папярэдняй апрацоўкі для падрыхтоўкі да наступнага працэсу пакрыцця, што значна паляпшае адгезію пакрыцця. У спалучэнні з пакрыццём падрыхтоўка рэжучай кромкі інструмента таксама можа павялічыць хуткасць рэзання і падачу, а таксама падоўжыць тэрмін службы рэжучага інструмента.
Пасляапрацоўка пакрыцця (падрыхтоўка беражкоў, апрацоўка паверхні і структураванне) таксама адыгрывае вызначальную ролю ў аптымізацыі рэжучага інструмента, у прыватнасці, для прадухілення магчымага ранняга зносу з-за ўтварэння стружкі (склеяння матэрыялу апрацоўванай дэталі з рэжучай беражком інструмента).
Меркаванні і выбар пакрыцця
Патрабаванні да характарыстык пакрыцця могуць быць вельмі рознымі. Ва ўмовах апрацоўкі, калі тэмпература рэжучай абзы высокая, тэрмаўстойлівыя зносаўстойлівыя характарыстыкі пакрыцця становяцца надзвычай важнымі. Чакаецца, што сучасныя пакрыцці таксама павінны мець наступныя характарыстыкі: выдатныя характарыстыкі пры высокіх тэмпературах, устойлівасць да акіслення, высокая цвёрдасць (нават пры высокіх тэмпературах) і мікраскапічная вязкасць (пластычнасць) дзякуючы распрацоўцы нанаструктураваных слаёў.
Для эфектыўных рэжучых інструментаў аптымізаваная адгезія пакрыцця і разумнае размеркаванне рэшткавых напружанняў з'яўляюцца двума вырашальнымі фактарамі. Па-першае, неабходна ўлічваць узаемадзеянне паміж матэрыялам асновы і матэрыялам пакрыцця. Па-другое, павінна быць як мага меншае сродства паміж матэрыялам пакрыцця і матэрыялам, які падлягае апрацоўцы. Верагоднасць адгезіі паміж пакрыццём і апрацоўваемай дэталлю можна значна знізіць, выкарыстоўваючы адпаведную геаметрыю інструмента і паліруючы пакрыццё.
Пакрыцці на аснове алюмінію (напрыклад, AlTiN) звычайна выкарыстоўваюцца ў якасці пакрыццяў для рэжучых інструментаў у апрацоўчай прамысловасці. Пад уздзеяннем высокіх тэмператур рэзання гэтыя пакрыцці на аснове алюмінію могуць утвараць тонкі і шчыльны пласт аксіду алюмінію, які пастаянна абнаўляецца падчас апрацоўкі, абараняючы пакрыццё і матэрыял падкладкі пад ім ад акісляльнага ўздзеяння.
Цвёрдасць і ўстойлівасць пакрыцця да акіслення можна рэгуляваць, змяняючы ўтрыманне алюмінію і структуру пакрыцця. Напрыклад, павялічваючы ўтрыманне алюмінію, выкарыстоўваючы нанаструктуры або мікралегіраванне (г.зн. легіраванне з нізкім утрыманнем элементаў), можна палепшыць устойлівасць пакрыцця да акіслення.
Акрамя хімічнага складу пакрыцця, змены ў структуры пакрыцця могуць істотна паўплываць на яго характарыстыкі. Розныя характарыстыкі рэжучага інструмента залежаць ад размеркавання розных элементаў у мікраструктуры пакрыцця.
У наш час некалькі асобных слаёў пакрыцця з розным хімічным складам можна аб'яднаць у адзін кампазітны пласт пакрыцця для атрымання патрэбных характарыстык. Гэтая тэндэнцыя будзе працягваць развівацца ў будучыні, асабліва дзякуючы новым сістэмам пакрыццяў і працэсам нанясення пакрыццяў, такім як тэхналогія дугавога выпарэння і распылення HI3 (High Ionization Triple), якая аб'ядноўвае тры працэсы высокаіянізаванага пакрыцця ў адзін.
Як універсальнае пакрыццё, пакрыцці на аснове тытана-крэмнію (TiSi) забяспечваюць выдатную апрацоўку. Гэтыя пакрыцці можна выкарыстоўваць для апрацоўкі як высокацвёрдых сталей з розным утрыманнем карбідаў (цвёрдасць асяродку да HRC 65), так і сталей сярэдняй цвёрдасці (цвёрдасць асяродку HRC 40). Канструкцыя пакрыцця можа быць адаптавана ў адпаведнасці з рознымі спосабамі апрацоўкі. У выніку, рэжучыя інструменты з тытан-сіліконавым пакрыццём могуць выкарыстоўвацца для рэзкі і апрацоўкі шырокага спектру матэрыялаў нарыхтовак, ад высокалегіраваных і нізкалегіраваных сталей да загартаваных сталей і тытанавых сплаваў. Выпрабаванні на высакаякасную апрацоўку плоскіх нарыхтовак (цвёрдасць HRC 44) паказалі, што рэжучыя інструменты з пакрыццём могуць павялічыць тэрмін службы амаль у два разы і знізіць шурпатасць паверхні прыкладна ў 10 разоў.
Пакрыццё на аснове тытана і крэмнію мінімізуе наступную паліроўку паверхні. Чакаецца, што такія пакрыцці будуць выкарыстоўвацца пры апрацоўцы з высокімі хуткасцямі рэзання, высокімі тэмпературамі рэжучай кромкі і высокай хуткасцю выдалення металу.
Для некаторых іншых PVD-пакрыццяў (асабліва мікралегаваных пакрыццяў) кампаніі, якія вырабляюць пакрыцці, таксама цесна супрацоўнічаюць з перапрацоўшчыкамі для даследавання і распрацоўкі розных аптымізаваных рашэнняў па апрацоўцы паверхняў. Такім чынам, магчымыя і практычна дастасоўныя значныя паляпшэнні эфектыўнасці апрацоўкі, выкарыстання рэжучага інструмента, якасці апрацоўкі і ўзаемадзеяння паміж матэрыялам, пакрыццём і апрацоўкай. Працуючы з прафесійным партнёрам па пакрыццях, карыстальнікі могуць павысіць эфектыўнасць выкарыстання сваіх інструментаў на працягу ўсяго іх жыццёвага цыклу.
Час публікацыі: 07 лістапада 2022 г.