Els recobriments d'eines de tall milloren les propietats de fricció i desgast de les eines de tall, per la qual cosa són essencials en les operacions de tall. Durant molts anys, els proveïdors de tecnologia de processament de superfícies han estat desenvolupant solucions de recobriment personalitzades per millorar la resistència al desgast de les eines de tall, l'eficiència del mecanitzat i la vida útil. El repte únic prové de l'atenció i l'optimització de quatre elements: (i) processament previ i posterior al recobriment de les superfícies de les eines de tall; (ii) materials de recobriment; (iii) estructures de recobriment; i (iv) tecnologia de processament integrada per a eines de tall recobertes.
Fonts de desgast de les eines de tall
Durant el procés de tall, es produeixen alguns mecanismes de desgast a la zona de contacte entre l'eina de tall i el material de la peça. Per exemple, el desgast per adherència entre la ferrissa i la superfície de tall, el desgast abrasiu de l'eina per punts durs del material de la peça i el desgast causat per reaccions químiques de fricció (reaccions químiques del material causades per l'acció mecànica i les altes temperatures). Com que aquestes tensions de fricció redueixen la força de tall de l'eina de tall i escurcen la vida útil de l'eina, afecten principalment l'eficiència de mecanitzat de l'eina de tall.
El recobriment superficial redueix l'efecte de la fricció, mentre que el material base de l'eina de tall suporta el recobriment i absorbeix l'estrès mecànic. El rendiment millorat del sistema de fricció pot estalviar material i reduir el consum d'energia, a més d'augmentar la productivitat.
El paper del recobriment en la reducció dels costos de processament
La vida útil de l'eina de tall és un factor de cost important en el cicle de producció. Entre altres coses, la vida útil de l'eina de tall es pot definir com el temps que una màquina es pot mecanitzar sense interrupcions abans que calgui manteniment. Com més llarga sigui la vida útil de l'eina de tall, menors seran els costos deguts a les interrupcions de la producció i menys treball de manteniment haurà de fer la màquina.
Fins i tot a temperatures de tall molt elevades, la vida útil de l'eina de tall es pot allargar amb el recobriment, reduint així significativament els costos de mecanitzat. A més, el recobriment de l'eina de tall pot reduir la necessitat de fluids lubricants. No només redueix els costos de materials, sinó que també ajuda a protegir el medi ambient.
Efecte del processament previ i posterior al recobriment sobre la productivitat
En les operacions de tall modernes, les eines de tall han de suportar altes pressions (>2 GPa), altes temperatures i cicles constants d'estrès tèrmic. Abans i després del recobriment de l'eina de tall, aquesta s'ha de tractar amb el procés adequat.
Abans del recobriment de l'eina de tall, es poden utilitzar diversos mètodes de pretractament per preparar el procés de recobriment posterior, alhora que milloren significativament l'adherència del recobriment. Treballant conjuntament amb el recobriment, la preparació del tall de l'eina també pot augmentar la velocitat de tall i l'avanç, i allargar la vida útil de l'eina de tall.
El postprocessament del recobriment (preparació de les vores, processament de la superfície i estructuració) també juga un paper determinant en l'optimització de l'eina de tall, en particular per evitar un possible desgast prematur per la formació d'encenalls (adhesió del material de la peça a la vora de tall de l'eina).
Consideracions i selecció del recobriment
Els requisits per al rendiment del recobriment poden ser molt diferents. En condicions de mecanitzat on la temperatura del tall és alta, les característiques de desgast resistents a la calor del recobriment esdevenen extremadament importants. S'espera que els recobriments moderns també tinguin les característiques següents: excel·lent rendiment a altes temperatures, resistència a l'oxidació, alta duresa (fins i tot a altes temperatures) i tenacitat microscòpica (plasticitat) mitjançant el disseny de capes nanoestructurades.
Per a eines de tall eficients, una adhesió del recobriment optimitzada i una distribució raonable de les tensions residuals són dos factors decisius. En primer lloc, cal tenir en compte la interacció entre el material del substrat i el material de recobriment. En segon lloc, hi ha d'haver la mínima afinitat possible entre el material de recobriment i el material a processar. La possibilitat d'adhesió entre el recobriment i la peça es pot reduir significativament utilitzant una geometria d'eina adequada i polint el recobriment.
Els recobriments a base d'alumini (per exemple, AlTiN) s'utilitzen habitualment com a recobriments d'eines de tall en la indústria del tall. Sota l'acció d'altes temperatures de tall, aquests recobriments a base d'alumini poden formar una capa fina i densa d'òxid d'alumini que es renova contínuament durant el mecanitzat, protegint el recobriment i el material del substrat que hi ha a sota de l'atac oxidatiu.
El rendiment de duresa i resistència a l'oxidació d'un recobriment es pot ajustar canviant el contingut d'alumini i l'estructura del recobriment. Per exemple, augmentant el contingut d'alumini, utilitzant nanoestructures o microaliatge (és a dir, aliant amb elements de baix contingut), es pot millorar la resistència a l'oxidació del recobriment.
A més de la composició química del material de recobriment, els canvis en l'estructura del recobriment poden afectar significativament el rendiment d'aquest. El rendiment diferent de l'eina de tall depèn de la distribució dels diversos elements de la microestructura del recobriment.
Avui dia, diverses capes de recobriment individuals amb diferents composicions químiques es poden combinar en una capa de recobriment compost per obtenir el rendiment desitjat. Aquesta tendència continuarà desenvolupant-se en el futur, especialment a través de nous sistemes i processos de recobriment, com ara la tecnologia de recobriment híbrid per evaporació per arc HI3 (High Ionization Triple) i pulverització catòdica, que combina tres processos de recobriment altament ionitzats en un de sol.
Com a recobriment complet, els recobriments basats en titani-silici (TiSi) ofereixen una excel·lent maquinabilitat. Aquests recobriments es poden utilitzar per processar tant acers d'alta duresa amb diferents continguts de carbur (duresa del nucli fins a HRC 65) com acers de duresa mitjana (duresa del nucli HRC 40). El disseny de l'estructura del recobriment es pot adaptar en conseqüència a les diferents aplicacions de mecanitzat. Com a resultat, les eines de tall recobertes a base de titani-silicona es poden utilitzar per tallar i processar una àmplia gamma de materials de peces, des d'acers altament aliats i baixament aliats fins a acers endurits i aliatges de titani. Les proves de tall d'alt acabat en peces planes (duresa HRC 44) han demostrat que les eines de tall recobertes poden augmentar la seva vida útil gairebé dues vegades i reduir la rugositat superficial unes 10 vegades.
El recobriment a base de titani-silici minimitza el poliment posterior de la superfície. S'espera que aquests recobriments s'utilitzin en processaments amb altes velocitats de tall, altes temperatures de vora i altes taxes d'eliminació de metall.
Per a alguns altres recobriments PVD (especialment recobriments microaliats), les empreses de recobriments també treballen estretament amb els processadors per investigar i desenvolupar diverses solucions optimitzades de processament de superfícies. Per tant, són possibles i aplicables pràcticament millores significatives en l'eficiència del mecanitzat, l'ús d'eines de tall, la qualitat del mecanitzat i la interacció entre el material, el recobriment i el mecanitzat. Treballant amb un soci professional de recobriments, els usuaris poden augmentar l'eficiència d'utilització de les seves eines al llarg del seu cicle de vida.
Data de publicació: 07 de novembre de 2022