Povlaky řezných nástrojů zlepšují vlastnosti tření a opotřebení řezných nástrojů, a proto jsou nezbytné při řezných operacích.Poskytovatelé technologie povrchového zpracování již mnoho let vyvíjejí přizpůsobená řešení povlaků pro zlepšení odolnosti řezných nástrojů proti opotřebení, účinnosti obrábění a životnosti.Jedinečná výzva vychází z pozornosti a optimalizace čtyř prvků: (i) zpracování povrchů řezných nástrojů před a po potahování;(ii) nátěrové hmoty;(iii) povlakové struktury;a (iv) integrovaná technologie zpracování pro povlakované řezné nástroje.
Zdroje opotřebení řezných nástrojů
Během procesu řezání dochází v kontaktní zóně mezi řezným nástrojem a materiálem obrobku k některým mechanismům opotřebení.Například vázané opotřebení mezi třískou a řeznou plochou, abrazivní opotřebení nástroje tvrdými místy v materiálu obrobku a opotřebení způsobené třecími chemickými reakcemi (chemické reakce materiálu způsobené mechanickým působením a vysokými teplotami).Protože tato třecí napětí snižují řeznou sílu řezného nástroje a zkracují životnost nástroje, ovlivňují především efektivitu obrábění řezného nástroje.
Povrchový povlak snižuje účinek tření, zatímco základní materiál řezného nástroje povlak podporuje a absorbuje mechanické namáhání.Zlepšený výkon třecího systému může kromě zvýšení produktivity ušetřit materiál a snížit spotřebu energie.
Role povlaku při snižování nákladů na zpracování
Životnost řezného nástroje je důležitým nákladovým faktorem ve výrobním cyklu.Životnost řezného nástroje lze mimo jiné definovat jako dobu, po kterou lze stroj bez přerušení obrábět, než je nutná údržba.Čím delší je životnost řezného nástroje, tím nižší jsou náklady v důsledku přerušení výroby a tím méně údržbářských prací musí stroj vykonat.
I při velmi vysokých řezných teplotách lze povlakováním prodloužit životnost řezného nástroje, čímž se výrazně sníží náklady na obrábění.Kromě toho může povlak řezného nástroje snížit potřebu mazacích kapalin.Nejenže snižuje náklady na materiál, ale také pomáhá chránit životní prostředí.
Vliv zpracování před a po potahování na produktivitu
V moderních řezných operacích musí řezné nástroje vydržet vysoké tlaky (>2 GPa), vysoké teploty a konstantní cykly tepelného namáhání.Před a po nátěru řezného nástroje je nutné jej ošetřit příslušným procesem.
Před povlakováním řezného nástroje lze použít různé metody předúpravy pro přípravu na následný proces povlakování, přičemž se výrazně zlepší přilnavost povlaku.Díky práci ve spojení s povlakem může příprava břitu nástroje také zvýšit řeznou rychlost a rychlost posuvu a prodloužit životnost řezného nástroje.
Dodatečné zpracování povlaku (příprava břitu, opracování povrchu a strukturování) hraje určující roli také při optimalizaci řezného nástroje, zejména pro zamezení možného předčasného opotřebení tvorbou třísky (připojení materiálu obrobku k řezné hraně řezného nástroje). nástroj).
Úvahy a výběr povlaku
Požadavky na vlastnosti povlaku mohou být velmi odlišné.V podmínkách obrábění, kde je teplota řezné hrany vysoká, se extrémně důležité vlastnosti povlaku proti opotřebení odolné vůči teplu.Očekává se, že moderní povlaky by měly mít také tyto vlastnosti: vynikající výkon při vysokých teplotách, odolnost proti oxidaci, vysoká tvrdost (i při vysokých teplotách) a mikroskopická houževnatost (plasticita) díky konstrukci nanostrukturních vrstev.
Pro účinné řezné nástroje jsou dva rozhodující faktory optimalizovaná přilnavost povlaku a rozumné rozložení zbytkového napětí.Nejprve je třeba zvážit interakci mezi materiálem substrátu a materiálem povlaku.Za druhé, mezi nátěrovým materiálem a zpracovávaným materiálem by měla být co nejmenší afinita.Možnost adheze mezi povlakem a obrobkem lze výrazně snížit použitím vhodné geometrie nástroje a vyleštěním povlaku.
Povlaky na bázi hliníku (např. AlTiN) se běžně používají jako povlaky řezných nástrojů v průmyslu řezání.Působením vysokých řezných teplot mohou tyto povlaky na bázi hliníku vytvořit tenkou a hustou vrstvu oxidu hlinitého, která se během obrábění neustále obnovuje, chrání povlak a podkladový materiál pod ním před oxidativním napadením.
Tvrdost a odolnost povlaku vůči oxidaci lze upravit změnou obsahu hliníku a struktury povlaku.Například zvýšením obsahu hliníku, použitím nanostruktur nebo mikrolegováním (tj. legováním prvky s nízkým obsahem) lze zlepšit odolnost povlaku vůči oxidaci.
Kromě chemického složení nátěrového materiálu mohou výkon nátěru významně ovlivnit i změny ve struktuře nátěru.Rozdílný výkon řezného nástroje závisí na rozložení různých prvků v mikrostruktuře povlaku.
V současné době lze několik jednotlivých povlakových vrstev s různým chemickým složením zkombinovat do kompozitní povlakové vrstvy pro dosažení požadovaného výkonu.Tento trend se bude v budoucnu dále vyvíjet – zejména prostřednictvím nových systémů povlakování a procesů povlakování, jako je technologie hybridního povlakování HI3 (High Ionization Triple) a hybridního povlakování naprašováním, která kombinuje tři vysoce ionizované procesy povlakování do jednoho.
Jako všestranný povlak nabízejí povlaky na bázi titanu a křemíku (TiSi) vynikající obrobitelnost.Tyto povlaky lze použít pro zpracování jak ocelí vysoké tvrdosti s různým obsahem karbidů (tvrdost jádra do HRC 65), tak ocelí střední tvrdosti (tvrdost jádra HRC 40).Konstrukce povlakové struktury může být přizpůsobena různým aplikacím obrábění.Výsledkem je, že řezné nástroje potažené titanem a silikonem lze použít pro řezání a zpracování široké škály materiálů obrobků od vysoce legovaných, nízkolegovaných ocelí až po kalené oceli a slitiny titanu.Testy obrábění plochých obrobků s vysokou čistotou (tvrdost HRC 44) ukázaly, že povlakované obráběcí nástroje mohou prodloužit životnost téměř dvakrát a snížit drsnost povrchu asi 10krát.
Povlak na bázi titanu a křemíku minimalizuje následné leštění povrchu.Očekává se, že takové povlaky budou použity při zpracování s vysokými řeznými rychlostmi, vysokými teplotami hran a vysokými rychlostmi úběru kovu.
U některých dalších PVD povlaků (zejména mikroslitinových povlaků) povlakovací společnosti také úzce spolupracují se zpracovateli na výzkumu a vývoji různých optimalizovaných řešení pro zpracování povrchu.Proto jsou možná a prakticky použitelná významná zlepšení efektivity obrábění, použití řezných nástrojů, kvality obrábění a interakce mezi materiálem, povlakem a obráběním.Díky spolupráci s profesionálním partnerem pro povrchové úpravy mohou uživatelé zvýšit efektivitu využití svých nástrojů po celou dobu jejich životního cyklu.
Čas odeslání: List-07-2022