Οι επιστρώσεις κοπτικών εργαλείων βελτιώνουν τις ιδιότητες τριβής και φθοράς των εργαλείων κοπής, γι' αυτό είναι απαραίτητες στις εργασίες κοπής.Για πολλά χρόνια, οι πάροχοι τεχνολογίας επεξεργασίας επιφανειών αναπτύσσουν προσαρμοσμένες λύσεις επίστρωσης για τη βελτίωση της αντοχής στη φθορά του εργαλείου κοπής, της απόδοσης μηχανικής κατεργασίας και της διάρκειας ζωής.Η μοναδική πρόκληση προέρχεται από την προσοχή και τη βελτιστοποίηση τεσσάρων στοιχείων: (i) επεξεργασία πριν και μετά την επίστρωση των επιφανειών του κοπτικού εργαλείου.(ii) υλικά επίστρωσης.(iii) δομές επίστρωσης.και (iv) ολοκληρωμένη τεχνολογία επεξεργασίας εργαλείων κοπής με επίστρωση.
Πηγές φθοράς κοπτικού εργαλείου
Κατά τη διαδικασία κοπής, εμφανίζονται ορισμένοι μηχανισμοί φθοράς στη ζώνη επαφής μεταξύ του κοπτικού εργαλείου και του υλικού του τεμαχίου εργασίας.Για παράδειγμα, κολλημένη φθορά μεταξύ του τσιπ και της επιφάνειας κοπής, λειαντική φθορά του εργαλείου από σκληρά σημεία στο υλικό του τεμαχίου εργασίας και φθορά που προκαλείται από χημικές αντιδράσεις τριβής (χημικές αντιδράσεις του υλικού που προκαλούνται από μηχανική δράση και υψηλές θερμοκρασίες).Δεδομένου ότι αυτές οι τάσεις τριβής μειώνουν τη δύναμη κοπής του κοπτικού εργαλείου και μειώνουν τη διάρκεια ζωής του εργαλείου, επηρεάζουν κυρίως την απόδοση μηχανικής κατεργασίας του κοπτικού εργαλείου.
Η επιφανειακή επίστρωση μειώνει την επίδραση της τριβής, ενώ το υλικό βάσης του εργαλείου κοπής υποστηρίζει την επίστρωση και απορροφά τη μηχανική καταπόνηση.Η βελτιωμένη απόδοση του συστήματος τριβής μπορεί να εξοικονομήσει υλικό και να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας εκτός από την αύξηση της παραγωγικότητας.
Ο ρόλος της επίστρωσης στη μείωση του κόστους επεξεργασίας
Η διάρκεια ζωής του κοπτικού εργαλείου είναι ένας σημαντικός παράγοντας κόστους στον κύκλο παραγωγής.Μεταξύ άλλων, η διάρκεια ζωής του εργαλείου κοπής μπορεί να οριστεί ως ο χρόνος μιας μηχανής που μπορεί να κατεργαστεί χωρίς διακοπή πριν απαιτηθεί συντήρηση.Όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια ζωής του εργαλείου κοπής, τόσο χαμηλότερο είναι το κόστος λόγω διακοπών παραγωγής και τόσο λιγότερες εργασίες συντήρησης πρέπει να κάνει το μηχάνημα.
Ακόμη και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες κοπής, η διάρκεια ζωής του κοπτικού εργαλείου μπορεί να παραταθεί με επίστρωση, μειώνοντας έτσι σημαντικά το κόστος κατεργασίας.Επιπλέον, η επίστρωση κοπτικού εργαλείου μπορεί να μειώσει την ανάγκη για λιπαντικά υγρά.Όχι μόνο μειώνει το κόστος των υλικών, αλλά βοηθά επίσης στην προστασία του περιβάλλοντος.
Επίδραση της επεξεργασίας πριν και μετά την επίστρωση στην παραγωγικότητα
Στις σύγχρονες εργασίες κοπής, τα εργαλεία κοπής πρέπει να αντέχουν υψηλές πιέσεις (>2 GPa), υψηλές θερμοκρασίες και σταθερούς κύκλους θερμικής καταπόνησης.Πριν και μετά την επίστρωση του κοπτικού εργαλείου πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία με την κατάλληλη διαδικασία.
Πριν από την κοπή της επίστρωσης του εργαλείου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες μέθοδοι προεπεξεργασίας για την προετοιμασία για την επόμενη διαδικασία επίστρωσης, βελτιώνοντας παράλληλα σημαντικά την πρόσφυση της επίστρωσης.Δουλεύοντας σε συνδυασμό με την επίστρωση, η προετοιμασία της κοπτικής ακμής του εργαλείου μπορεί επίσης να αυξήσει την ταχύτητα κοπής και τον ρυθμό τροφοδοσίας και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του εργαλείου κοπής.
Η μετα-επεξεργασία επίστρωσης (προετοιμασία άκρων, επεξεργασία επιφανειών και δόμηση) παίζει επίσης καθοριστικό ρόλο στη βελτιστοποίηση του κοπτικού εργαλείου, ιδίως για την αποφυγή πιθανής πρόωρης φθοράς από το σχηματισμό τσιπ (κόλληση του υλικού του τεμαχίου στην κοπτική άκρη του εργαλείο).
Θέματα επίστρωσης και επιλογή
Οι απαιτήσεις για την απόδοση της επίστρωσης μπορεί να είναι πολύ διαφορετικές.Υπό συνθήκες κατεργασίας όπου η θερμοκρασία αιχμής είναι υψηλή, τα χαρακτηριστικά αντοχής στη θερμότητα της επίστρωσης γίνονται εξαιρετικά σημαντικά.Αναμένεται ότι οι σύγχρονες επιστρώσεις θα πρέπει επίσης να έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: εξαιρετική απόδοση σε υψηλή θερμοκρασία, αντοχή στην οξείδωση, υψηλή σκληρότητα (ακόμη και σε υψηλές θερμοκρασίες) και μικροσκοπική σκληρότητα (πλαστικότητα) μέσω του σχεδιασμού νανοδομικών στρωμάτων.
Για αποτελεσματικά εργαλεία κοπής, η βελτιστοποιημένη πρόσφυση της επίστρωσης και η λογική κατανομή των υπολειπόμενων τάσεων είναι δύο καθοριστικοί παράγοντες.Πρώτον, πρέπει να ληφθεί υπόψη η αλληλεπίδραση μεταξύ του υλικού του υποστρώματος και του υλικού επικάλυψης.Δεύτερον, θα πρέπει να υπάρχει όσο το δυνατόν μικρότερη συγγένεια μεταξύ του υλικού επικάλυψης και του υλικού που πρόκειται να υποβληθεί σε επεξεργασία.Η δυνατότητα πρόσφυσης μεταξύ της επίστρωσης και του τεμαχίου εργασίας μπορεί να μειωθεί σημαντικά με τη χρήση κατάλληλης γεωμετρίας εργαλείου και τη στίλβωση της επίστρωσης.
Οι επικαλύψεις με βάση το αλουμίνιο (π.χ. AlTiN) χρησιμοποιούνται συνήθως ως επιστρώσεις κοπτικών εργαλείων στη βιομηχανία κοπής.Κάτω από τη δράση των υψηλών θερμοκρασιών κοπής, αυτές οι επικαλύψεις με βάση το αλουμίνιο μπορούν να σχηματίσουν ένα λεπτό και πυκνό στρώμα οξειδίου του αλουμινίου που ανανεώνεται συνεχώς κατά τη μηχανική κατεργασία, προστατεύει την επίστρωση και το υλικό του υποστρώματος από κάτω από την οξειδωτική προσβολή.
Η απόδοση της σκληρότητας και της αντίστασης στην οξείδωση μιας επίστρωσης μπορεί να ρυθμιστεί αλλάζοντας την περιεκτικότητα σε αλουμίνιο και τη δομή της επίστρωσης.Για παράδειγμα, αυξάνοντας την περιεκτικότητα σε αλουμίνιο, χρησιμοποιώντας νανοδομές ή μικροκράματα (δηλαδή κράμα με στοιχεία χαμηλής περιεκτικότητας), η αντίσταση στην οξείδωση της επίστρωσης μπορεί να βελτιωθεί.
Εκτός από τη χημική σύνθεση του υλικού επικάλυψης, οι αλλαγές στη δομή της επίστρωσης μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την απόδοση της επίστρωσης.Η διαφορετική απόδοση του εργαλείου κοπής εξαρτάται από την κατανομή των διαφόρων στοιχείων στη μικροδομή της επίστρωσης.
Σήμερα, πολλές απλές στρώσεις επίστρωσης με διαφορετικές χημικές συνθέσεις μπορούν να συνδυαστούν σε μια σύνθετη στρώση επίστρωσης για να επιτευχθεί η επιθυμητή απόδοση.Αυτή η τάση θα συνεχίσει να αναπτύσσεται στο μέλλον – ειδικά μέσω νέων συστημάτων επίστρωσης και διεργασιών επίστρωσης, όπως η τεχνολογία εξάτμισης τόξου HI3 (High Ionization Triple) και η τεχνολογία υβριδικής επίστρωσης με εκτόξευση που συνδυάζει τρεις διεργασίες υψηλού ιονισμού επίστρωσης σε μία.
Ως συνολική επίστρωση, οι επικαλύψεις με βάση το τιτάνιο-πυρίτιο (TiSi) προσφέρουν εξαιρετική δυνατότητα επεξεργασίας.Αυτές οι επικαλύψεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επεξεργασία τόσο χάλυβων υψηλής σκληρότητας με διαφορετική περιεκτικότητα σε καρβίδιο (σκληρότητα πυρήνα έως HRC 65) όσο και χάλυβων μέσης σκληρότητας (σκληρότητα πυρήνα HRC 40).Ο σχεδιασμός της δομής επίστρωσης μπορεί να προσαρμοστεί ανάλογα στις διαφορετικές εφαρμογές μηχανικής κατεργασίας.Ως αποτέλεσμα, τα εργαλεία κοπής με επίστρωση τιτανίου σιλικόνης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κοπή και την επεξεργασία ενός ευρέος φάσματος υλικών του τεμαχίου εργασίας από χάλυβες υψηλής κραματοποίησης, χαμηλής κραματοποίησης έως σκληρυμένους χάλυβες και κράματα τιτανίου.Δοκιμές κοπής υψηλού φινιρίσματος σε επίπεδα τεμάχια εργασίας (σκληρότητα HRC 44) έδειξαν ότι τα επικαλυμμένα κοπτικά εργαλεία μπορούν να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής τους σχεδόν δύο φορές και να μειώσουν την τραχύτητα της επιφάνειας κατά περίπου 10 φορές.
Η επίστρωση με βάση το τιτάνιο-πυρίτιο ελαχιστοποιεί το επακόλουθο γυάλισμα της επιφάνειας.Τέτοιες επικαλύψεις αναμένεται να χρησιμοποιηθούν σε επεξεργασία με υψηλές ταχύτητες κοπής, υψηλές θερμοκρασίες ακμών και υψηλούς ρυθμούς αφαίρεσης μετάλλων.
Για ορισμένες άλλες επικαλύψεις PVD (ειδικά για επικαλύψεις μικροκράματος), οι εταιρείες επίστρωσης συνεργάζονται επίσης στενά με τους επεξεργαστές για την έρευνα και την ανάπτυξη διαφόρων βελτιστοποιημένων λύσεων επεξεργασίας επιφανειών.Επομένως, είναι δυνατές και πρακτικά εφαρμόσιμες σημαντικές βελτιώσεις στην αποτελεσματικότητα της μηχανικής κατεργασίας, στη χρήση εργαλείων κοπής, στην ποιότητα της μηχανικής κατεργασίας και στην αλληλεπίδραση μεταξύ υλικού, επίστρωσης και μηχανικής κατεργασίας.Συνεργαζόμενοι με έναν επαγγελματία συνεργάτη επίστρωσης, οι χρήστες μπορούν να αυξήσουν την αποδοτικότητα χρήσης των εργαλείων τους καθ' όλη τη διάρκεια του κύκλου ζωής τους.
Ώρα δημοσίευσης: Νοε-07-2022