پوششهای ابزار برش، خواص اصطکاکی و سایشی ابزارهای برش را بهبود میبخشند، به همین دلیل است که در عملیات برش ضروری هستند. سالهاست که ارائهدهندگان فناوری پردازش سطح، راهحلهای پوشش سفارشی را برای بهبود مقاومت در برابر سایش ابزار برش، راندمان ماشینکاری و طول عمر مفید آن توسعه میدهند. چالش منحصر به فرد از توجه و بهینهسازی چهار عنصر ناشی میشود: (۱) پردازش قبل و بعد از پوشش سطوح ابزار برش؛ (۲) مواد پوشش؛ (۳) ساختارهای پوشش؛ و (۴) فناوری پردازش یکپارچه برای ابزارهای برش پوشش داده شده.
منابع سایش ابزار برشی
در طول فرآیند برش، برخی از مکانیسمهای سایش در ناحیه تماس بین ابزار برش و ماده قطعه کار رخ میدهد. به عنوان مثال، سایش پیوندی بین براده و سطح برش، سایش سایشی ابزار توسط نقاط سخت در ماده قطعه کار و سایش ناشی از واکنشهای شیمیایی اصطکاکی (واکنشهای شیمیایی ماده ناشی از عمل مکانیکی و دمای بالا). از آنجایی که این تنشهای اصطکاکی نیروی برش ابزار برش را کاهش داده و عمر ابزار را کوتاه میکنند، عمدتاً بر راندمان ماشینکاری ابزار برش تأثیر میگذارند.
پوشش سطحی اثر اصطکاک را کاهش میدهد، در حالی که ماده پایه ابزار برش از پوشش پشتیبانی میکند و تنش مکانیکی را جذب میکند. عملکرد بهبود یافته سیستم اصطکاک میتواند علاوه بر افزایش بهرهوری، در مصرف مواد نیز صرفهجویی کرده و مصرف انرژی را کاهش دهد.
نقش پوشش در کاهش هزینههای فرآوری
عمر ابزار برش یک عامل هزینه مهم در چرخه تولید است. از جمله موارد دیگر، عمر ابزار برش را میتوان به عنوان مدت زمانی که یک ماشین میتواند بدون وقفه قبل از نیاز به تعمیر و نگهداری ماشینکاری شود، تعریف کرد. هرچه عمر ابزار برش بیشتر باشد، هزینههای ناشی از وقفههای تولید کمتر و کار تعمیر و نگهداری کمتری برای دستگاه لازم است.
حتی در دماهای برش بسیار بالا، عمر مفید ابزار برش را میتوان با پوششدهی افزایش داد، در نتیجه هزینههای ماشینکاری را به میزان قابل توجهی کاهش داد. علاوه بر این، پوششدهی ابزار برش میتواند نیاز به روانکنندهها را کاهش دهد. این امر نه تنها هزینههای مواد را کاهش میدهد، بلکه به حفاظت از محیط زیست نیز کمک میکند.
تأثیر پردازش قبل و بعد از پوششدهی بر بهرهوری
در عملیات برش مدرن، ابزارهای برش باید فشارهای بالا (>2 گیگا پاسکال)، دمای بالا و چرخههای ثابت تنش حرارتی را تحمل کنند. قبل و بعد از پوششدهی ابزار برش، باید با فرآیند مناسب عملیات حرارتی روی آن انجام شود.
قبل از پوششدهی ابزار برش، میتوان از روشهای مختلف پیشپردازش برای آمادهسازی جهت فرآیند پوششدهی بعدی استفاده کرد، ضمن اینکه چسبندگی پوشش را به طور قابل توجهی بهبود میبخشد. با کار همزمان با پوششدهی، آمادهسازی لبه برش ابزار همچنین میتواند سرعت برش و نرخ پیشروی را افزایش داده و عمر ابزار برش را افزایش دهد.
عملیات تکمیلی پوشش (آمادهسازی لبه، پردازش سطح و ساختاردهی) نیز نقش تعیینکنندهای در بهینهسازی ابزار برش دارد، بهویژه برای جلوگیری از سایش زودهنگام احتمالی ناشی از تشکیل براده (چسبیدن ماده قطعه کار به لبه برشی ابزار).
ملاحظات و انتخاب پوشش
الزامات مربوط به عملکرد پوشش میتواند بسیار متفاوت باشد. در شرایط ماشینکاری که دمای لبه برش بالا است، ویژگیهای سایش مقاوم در برابر حرارت پوشش بسیار مهم میشوند. انتظار میرود که پوششهای مدرن نیز باید دارای ویژگیهای زیر باشند: عملکرد عالی در دمای بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون، سختی بالا (حتی در دماهای بالا) و چقرمگی میکروسکوپی (پلاستیسیته) از طریق طراحی لایههای نانوساختار.
برای ابزارهای برش کارآمد، چسبندگی بهینه پوشش و توزیع معقول تنشهای پسماند دو عامل تعیینکننده هستند. اولاً، برهمکنش بین ماده زیرلایه و ماده پوشش باید در نظر گرفته شود. ثانیاً، باید تا حد امکان کمترین میل ترکیبی بین ماده پوشش و مادهای که قرار است پردازش شود، وجود داشته باشد. با استفاده از هندسه مناسب ابزار و صیقل دادن پوشش، میتوان احتمال چسبندگی بین پوشش و قطعه کار را به میزان قابل توجهی کاهش داد.
پوششهای پایه آلومینیوم (مثلاً AlTiN) معمولاً به عنوان پوشش ابزار برش در صنعت برش استفاده میشوند. این پوششهای پایه آلومینیوم تحت تأثیر دمای بالای برش، میتوانند یک لایه نازک و متراکم از اکسید آلومینیوم تشکیل دهند که به طور مداوم در طول ماشینکاری خود را تجدید میکند و از پوشش و ماده زیرلایه زیر آن در برابر حمله اکسیداتیو محافظت میکند.
سختی و عملکرد مقاومت در برابر اکسیداسیون یک پوشش را میتوان با تغییر مقدار آلومینیوم و ساختار پوشش تنظیم کرد. به عنوان مثال، با افزایش مقدار آلومینیوم، استفاده از نانوساختارها یا میکروآلیاژسازی (یعنی آلیاژسازی با عناصر با مقدار کم)، مقاومت در برابر اکسیداسیون پوشش میتواند بهبود یابد.
علاوه بر ترکیب شیمیایی ماده پوشش، تغییرات در ساختار پوشش میتواند به طور قابل توجهی بر عملکرد پوشش تأثیر بگذارد. عملکرد متفاوت ابزار برش به توزیع عناصر مختلف در ریزساختار پوشش بستگی دارد.
امروزه، چندین لایه پوشش تکی با ترکیبات شیمیایی مختلف میتوانند برای دستیابی به عملکرد مطلوب، در یک لایه پوشش کامپوزیتی ترکیب شوند. این روند در آینده نیز ادامه خواهد یافت - به ویژه از طریق سیستمهای پوششدهی جدید و فرآیندهای پوششدهی، مانند فناوری پوششدهی هیبریدی تبخیر قوسی و کندوپاش HI3 (سهگانه یونیزاسیون بالا) که سه فرآیند پوششدهی بسیار یونیزه شده را در یک فرآیند ترکیب میکند.
پوششهای پایه تیتانیوم-سیلیکون (TiSi) به عنوان یک پوشش همهجانبه، قابلیت ماشینکاری بسیار خوبی را ارائه میدهند. این پوششها میتوانند برای پردازش فولادهای با سختی بالا با محتوای کاربید مختلف (سختی هسته تا HRC 65) و فولادهای با سختی متوسط (سختی هسته HRC 40) مورد استفاده قرار گیرند. طراحی ساختار پوشش میتواند بر اساس کاربردهای مختلف ماشینکاری تطبیق داده شود. در نتیجه، ابزارهای برشی پوشش داده شده با پایه تیتانیوم سیلیکون میتوانند برای برش و پردازش طیف وسیعی از مواد قطعه کار از فولادهای پرآلیاژ و کم آلیاژ گرفته تا فولادهای سخت شده و آلیاژهای تیتانیوم استفاده شوند. آزمایشهای برش با پرداخت بالا روی قطعات کار مسطح (سختی HRC 44) نشان داده است که ابزارهای برشی پوشش داده شده میتوانند عمر خود را تقریباً دو برابر افزایش داده و زبری سطح را حدود 10 برابر کاهش دهند.
پوشش پایه تیتانیوم-سیلیکون، صیقلکاری سطحی بعدی را به حداقل میرساند. انتظار میرود چنین پوششهایی در پردازش با سرعتهای برش بالا، دمای لبه بالا و نرخ بالای حذف فلز استفاده شوند.
برای برخی دیگر از پوششهای PVD (بهویژه پوششهای میکروآلیاژی)، شرکتهای پوششدهی نیز با پردازشگران همکاری نزدیکی دارند تا راهحلهای مختلف بهینهشده برای پردازش سطح را تحقیق و توسعه دهند. بنابراین، پیشرفتهای قابلتوجهی در راندمان ماشینکاری، استفاده از ابزار برش، کیفیت ماشینکاری و تعامل بین مواد، پوشش و ماشینکاری امکانپذیر و عملاً قابل اجرا است. با همکاری با یک شریک پوششدهی حرفهای، کاربران میتوانند راندمان استفاده از ابزارهای خود را در طول چرخه عمر آنها افزایش دهند.
زمان ارسال: نوامبر-07-2022