Os revestimentos de ferramentas de corte melloran as propiedades de fricción e desgaste das ferramentas de corte, polo que son esenciais nas operacións de corte. Durante moitos anos, os provedores de tecnoloxía de procesamento de superficies desenvolveron solucións de revestimento personalizadas para mellorar a resistencia ao desgaste das ferramentas de corte, a eficiencia do mecanizado e a vida útil. O desafío único provén da atención e optimización de catro elementos: (i) procesamento previo e posterior ao revestimento das superficies das ferramentas de corte; (ii) materiais de revestimento; (iii) estruturas de revestimento; e (iv) tecnoloxía de procesamento integrada para ferramentas de corte revestidas.
Fontes de desgaste de ferramentas de corte
Durante o proceso de corte, prodúcense algúns mecanismos de desgaste na zona de contacto entre a ferramenta de corte e o material da peza. Por exemplo, o desgaste por adhesión entre a lasca e a superficie de corte, o desgaste abrasivo da ferramenta por puntos duros no material da peza e o desgaste causado por reaccións químicas por fricción (reaccións químicas do material causadas pola acción mecánica e as altas temperaturas). Dado que estas tensións de fricción reducen a forza de corte da ferramenta de corte e acurtan a vida útil da ferramenta, afectan principalmente á eficiencia de mecanizado da ferramenta de corte.
O revestimento superficial reduce o efecto da fricción, mentres que o material base da ferramenta de corte soporta o revestimento e absorbe a tensión mecánica. O rendemento mellorado do sistema de fricción pode aforrar material e reducir o consumo de enerxía, ademais de aumentar a produtividade.
O papel do revestimento na redución dos custos de procesamento
A vida útil da ferramenta de corte é un factor de custo importante no ciclo de produción. Entre outras cousas, a vida útil da ferramenta de corte pódese definir como o tempo que unha máquina pode ser mecanizada sen interrupcións antes de que se requira mantemento. Canto maior sexa a vida útil da ferramenta de corte, menores serán os custos debidos ás interrupcións da produción e menos traballo de mantemento terá que realizar a máquina.
Mesmo a temperaturas de corte moi altas, a vida útil da ferramenta de corte pode prolongarse co revestimento, o que reduce significativamente os custos de mecanizado. Ademais, o revestimento da ferramenta de corte pode reducir a necesidade de fluídos lubricantes. Non só reduce os custos dos materiais, senón que tamén axuda a protexer o medio ambiente.
Efecto do procesamento previo e posterior ao revestimento na produtividade
Nas operacións de corte modernas, as ferramentas de corte deben soportar altas presións (>2 GPa), altas temperaturas e ciclos constantes de tensión térmica. Antes e despois do revestimento da ferramenta de corte, esta debe ser tratada co proceso axeitado.
Antes do revestimento da ferramenta de corte, pódense empregar varios métodos de pretratamento para preparar o proceso de revestimento posterior, mellorando ao mesmo tempo a adhesión do revestimento. Ao traballar en conxunto co revestimento, a preparación do filo de corte da ferramenta tamén pode aumentar a velocidade de corte e a velocidade de avance, e prolongar a vida útil da ferramenta de corte.
O posprocesamento do revestimento (preparación do filo, procesamento da superficie e estruturación) tamén xoga un papel determinante na optimización da ferramenta de corte, en particular para evitar un posible desgaste prematuro pola formación de lasca (unión do material da peza ao filo de corte da ferramenta).
Consideracións e selección do revestimento
Os requisitos para o rendemento dos revestimentos poden ser moi diferentes. En condicións de mecanizado onde a temperatura do filo de corte é alta, as características de desgaste resistentes á calor do revestimento vólvense extremadamente importantes. Espérase que os revestimentos modernos tamén teñan as seguintes características: excelente rendemento a altas temperaturas, resistencia á oxidación, alta dureza (mesmo a altas temperaturas) e tenacidade microscópica (plasticidade) mediante o deseño de capas nanoestruturadas.
Para ferramentas de corte eficientes, unha adhesión optimizada do revestimento e unha distribución razoable das tensións residuais son dous factores decisivos. En primeiro lugar, débese ter en conta a interacción entre o material do substrato e o material de revestimento. En segundo lugar, debe haber a menor afinidade posible entre o material de revestimento e o material que se vai procesar. A posibilidade de adhesión entre o revestimento e a peza de traballo pódese reducir significativamente empregando unha xeometría de ferramenta axeitada e pulindo o revestimento.
Os revestimentos a base de aluminio (por exemplo, AlTiN) úsanse habitualmente como revestimentos de ferramentas de corte na industria do corte. Baixo a acción de altas temperaturas de corte, estes revestimentos a base de aluminio poden formar unha capa fina e densa de óxido de aluminio que se renova continuamente durante o mecanizado, protexendo o revestimento e o material do substrato que se atopa debaixo del do ataque oxidativo.
A dureza e o rendemento da resistencia á oxidación dun revestimento pódense axustar modificando o contido de aluminio e a estrutura do revestimento. Por exemplo, aumentando o contido de aluminio, empregando nanoestruturas ou microaliaxes (é dicir, aliando con elementos de baixo contido), pódese mellorar a resistencia á oxidación do revestimento.
Ademais da composición química do material de revestimento, os cambios na estrutura do revestimento poden afectar significativamente o seu rendemento. O diferente rendemento das ferramentas de corte depende da distribución dos distintos elementos na microestrutura do revestimento.
Hoxe en día, pódense combinar varias capas de revestimento individuais con diferentes composicións químicas nunha capa de revestimento composta para obter o rendemento desexado. Esta tendencia seguirá desenvolvéndose no futuro, especialmente a través de novos sistemas e procesos de revestimento, como a tecnoloxía de revestimento híbrido de evaporación por arco HI3 (High Ionization Triple) e pulverización catódica, que combina tres procesos de revestimento altamente ionizados nun só.
Como revestimento completo, os revestimentos a base de titanio-silicio (TiSi) ofrecen unha excelente maquinabilidade. Estes revestimentos pódense usar para procesar tanto aceiros de alta dureza con diferentes contidos de carburo (dureza do núcleo ata HRC 65) como aceiros de dureza media (dureza do núcleo HRC 40). O deseño da estrutura do revestimento pódese adaptar ás diferentes aplicacións de mecanizado. Como resultado, as ferramentas de corte revestidas a base de titanio-silicio pódense usar para cortar e procesar unha ampla gama de materiais para pezas, desde aceiros de alta e baixa aliaxe ata aceiros endurecidos e aliaxes de titanio. As probas de corte de alto acabado en pezas planas (dureza HRC 44) demostraron que as ferramentas de corte revestidas poden aumentar a súa vida útil case dúas veces e reducir a rugosidade superficial aproximadamente 10 veces.
O revestimento a base de titanio-silicio minimiza o pulido superficial posterior. Espérase que estes revestimentos se utilicen en procesamentos con altas velocidades de corte, altas temperaturas de bordo e altas taxas de eliminación de metal.
Para algúns outros revestimentos PVD (especialmente revestimentos microaliados), as empresas de revestimentos tamén están a traballar en estreita colaboración cos procesadores para investigar e desenvolver diversas solucións optimizadas de procesamento de superficies. Polo tanto, son posibles e aplicables na práctica melloras significativas na eficiencia do mecanizado, no uso de ferramentas de corte, na calidade do mecanizado e na interacción entre o material, o revestimento e o mecanizado. Ao traballar cun socio de revestimentos profesional, os usuarios poden aumentar a eficiencia de utilización das súas ferramentas ao longo do seu ciclo de vida.
Data de publicación: 07 de novembro de 2022