Premazi za alate za rezanje poboljšavaju svojstva trenja i habanja alata za rezanje, zbog čega su neophodni u operacijama rezanja. Već dugi niz godina, dobavljači tehnologije za obradu površina razvijaju prilagođena rješenja za premazivanje kako bi poboljšali otpornost na habanje alata za rezanje, efikasnost obrade i vijek trajanja. Jedinstveni izazov proizlazi iz pažnje i optimizacije četiri elementa: (i) obrada površina alata za rezanje prije i poslije premazivanja; (ii) materijali za premazivanje; (iii) strukture premaza; i (iv) integrirana tehnologija obrade za alate za rezanje s premazom.
Izvori trošenja alata za rezanje
Tokom procesa rezanja, neki mehanizmi habanja se javljaju u zoni kontakta između alata za rezanje i materijala obratka. Na primjer, vezano habanje između strugotine i površine rezanja, abrazivno habanje alata od tvrdih vrhova u materijalu obratka i habanje uzrokovano hemijskim reakcijama trenja (hemijske reakcije materijala uzrokovane mehaničkim djelovanjem i visokim temperaturama). Budući da ova naprezanja trenja smanjuju silu rezanja alata za rezanje i skraćuju vijek trajanja alata, ona uglavnom utiču na efikasnost obrade alata za rezanje.
Površinski premaz smanjuje učinak trenja, dok osnovni materijal alata za rezanje podržava premaz i apsorbira mehanički stres. Poboljšane performanse sistema trenja mogu uštedjeti materijal i smanjiti potrošnju energije, pored povećanja produktivnosti.
Uloga premaza u smanjenju troškova obrade
Vijek trajanja alata za rezanje je važan faktor troškova u proizvodnom ciklusu. Između ostalog, vijek trajanja alata za rezanje može se definirati kao vrijeme u kojem se mašina može obrađivati bez prekida prije nego što je potrebno održavanje. Što je duži vijek trajanja alata za rezanje, to su niži troškovi zbog prekida u proizvodnji i manje je posla održavanja koji mašina mora obaviti.
Čak i pri vrlo visokim temperaturama rezanja, vijek trajanja alata za rezanje može se produžiti premazivanjem, čime se značajno smanjuju troškovi obrade. Osim toga, premazivanje alata za rezanje može smanjiti potrebu za mazivima. Ne samo da smanjuje troškove materijala, već i pomaže u zaštiti okoliša.
Utjecaj obrade prije i poslije nanošenja premaza na produktivnost
U modernim operacijama rezanja, alati za rezanje moraju podnijeti visoke pritiske (>2 GPa), visoke temperature i stalne cikluse termičkog naprezanja. Prije i poslije nanošenja premaza na alat za rezanje, on mora biti tretiran odgovarajućim postupkom.
Prije nanošenja premaza na alat za rezanje, mogu se koristiti različite metode prethodne obrade za pripremu za sljedeći proces nanošenja premaza, a istovremeno značajno poboljšavaju prianjanje premaza. Radeći zajedno s premazom, priprema rezne ivice alata također može povećati brzinu rezanja i brzinu posmaka, te produžiti vijek trajanja alata za rezanje.
Naknadna obrada premaza (priprema ivica, obrada površine i strukturiranje) također igra odlučujuću ulogu u optimizaciji alata za rezanje, posebno u sprječavanju mogućeg preranog trošenja stvaranjem strugotine (lijepljenje materijala obratka za reznu ivicu alata).
Razmatranja i odabir premaza
Zahtjevi za performanse premaza mogu biti veoma različiti. U uslovima obrade gdje je temperatura rezne ivice visoka, karakteristike otpornosti na habanje premaza na toplotu postaju izuzetno važne. Očekuje se da moderni premazi također imaju sljedeće karakteristike: odlične performanse na visokim temperaturama, otpornost na oksidaciju, visoku tvrdoću (čak i na visokim temperaturama) i mikroskopsku žilavost (plastičnost) zahvaljujući dizajnu nanostrukturnih slojeva.
Za efikasne alate za rezanje, optimizirano prianjanje premaza i razumna raspodjela zaostalih napona su dva odlučujuća faktora. Prvo, potrebno je uzeti u obzir interakciju između materijala podloge i materijala premaza. Drugo, treba postojati što manji afinitet između materijala premaza i materijala koji se obrađuje. Mogućnost prianjanja između premaza i obratka može se značajno smanjiti korištenjem odgovarajuće geometrije alata i poliranjem premaza.
Premazi na bazi aluminija (npr. AlTiN) se često koriste kao premazi za alate za rezanje u industriji rezanja. Pod djelovanjem visokih temperatura rezanja, ovi premazi na bazi aluminija mogu formirati tanki i gusti sloj aluminijum oksida koji se kontinuirano obnavlja tokom obrade, štiteći premaz i materijal podloge ispod njega od oksidativnog napada.
Tvrdoća i otpornost premaza na oksidaciju mogu se podesiti promjenom sadržaja aluminija i strukture premaza. Na primjer, povećanjem sadržaja aluminija, korištenjem nanostruktura ili mikrolegiranja (tj. legiranjem s elementima s niskim sadržajem), otpornost premaza na oksidaciju može se poboljšati.
Pored hemijskog sastava materijala premaza, promjene u strukturi premaza mogu značajno uticati na performanse premaza. Različite performanse alata za rezanje zavise od distribucije različitih elemenata u mikrostrukturi premaza.
Danas se nekoliko pojedinačnih slojeva premaza s različitim hemijskim sastavima može kombinirati u kompozitni sloj premaza kako bi se postigle željene performanse. Ovaj trend će se nastaviti razvijati u budućnosti - posebno kroz nove sisteme premazivanja i procese premazivanja, kao što je HI3 (High Ionization Triple) hibridna tehnologija lučnog isparavanja i raspršivanja koja kombinira tri visoko ionizirana procesa premazivanja u jedan.
Kao svestrani premaz, premazi na bazi titanijuma i silicija (TiSi) nude odličnu obradivost. Ovi premazi se mogu koristiti za obradu i čelika visoke tvrdoće s različitim sadržajem karbida (tvrdoća jezgra do HRC 65) i čelika srednje tvrdoće (tvrdoća jezgra HRC 40). Dizajn strukture premaza može se prilagoditi različitim primjenama obrade. Kao rezultat toga, alati za rezanje s premazom na bazi titanijuma i silicija mogu se koristiti za rezanje i obradu širokog spektra materijala obratka, od visokolegiranih i niskolegiranih čelika do kaljenih čelika i legura titana. Ispitivanja visoke završne obrade rezanjem na ravnim obratcima (tvrdoća HRC 44) pokazala su da alati za rezanje s premazom mogu povećati svoj vijek trajanja za gotovo dva puta i smanjiti hrapavost površine za oko 10 puta.
Premaz na bazi titana i silicija minimizira naknadno poliranje površine. Očekuje se da će se takvi premazi koristiti u obradama s visokim brzinama rezanja, visokim temperaturama rubova i visokim stopama uklanjanja metala.
Za neke druge PVD premaze (posebno mikrolegirane premaze), kompanije za premaze također blisko sarađuju s prerađivačima kako bi istraživale i razvile različita optimizirana rješenja za obradu površine. Stoga su moguća i praktično primjenjiva značajna poboljšanja u efikasnosti obrade, korištenju alata za rezanje, kvaliteti obrade i interakciji između materijala, premaza i obrade. Radom s profesionalnim partnerom za premaze, korisnici mogu povećati efikasnost iskorištenja svojih alata tokom njihovog životnog ciklusa.
Vrijeme objave: 07.11.2022.