कटिंग टूल कोटिंग्स की भूमिका और प्रदर्शन अनुकूलन

कटिंग टूल कोटिंग्स कटिंग टूल्स के घर्षण और घिसाव गुणों को बेहतर बनाती हैं, यही कारण है कि वे कटिंग ऑपरेशन में आवश्यक हैं। कई वर्षों से, सतह प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी प्रदाता कटिंग टूल घिसाव प्रतिरोध, मशीनिंग दक्षता और सेवा जीवन को बेहतर बनाने के लिए अनुकूलित कोटिंग समाधान विकसित कर रहे हैं। अनूठी चुनौती चार तत्वों पर ध्यान देने और अनुकूलन से आती है: (i) कटिंग टूल सतहों की प्री- और पोस्ट-कोटिंग प्रोसेसिंग; (ii) कोटिंग सामग्री; (iii) कोटिंग संरचनाएं; और (iv) लेपित कटिंग टूल्स के लिए एकीकृत प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी।

काटने के औजार के घिसाव के स्रोत
काटने की प्रक्रिया के दौरान, काटने वाले उपकरण और वर्कपीस सामग्री के बीच संपर्क क्षेत्र में कुछ घिसाव तंत्र होते हैं। उदाहरण के लिए, चिप और काटने की सतह के बीच बंधी हुई घिसावट, वर्कपीस सामग्री में कठोर बिंदुओं द्वारा उपकरण का घर्षण घिसाव, और घर्षण रासायनिक प्रतिक्रियाओं (यांत्रिक क्रिया और उच्च तापमान के कारण सामग्री की रासायनिक प्रतिक्रिया) के कारण होने वाला घिसाव। चूँकि ये घर्षण तनाव काटने वाले उपकरण की काटने की शक्ति को कम करते हैं और उपकरण के जीवन को छोटा करते हैं, इसलिए वे मुख्य रूप से काटने वाले उपकरण की मशीनिंग दक्षता को प्रभावित करते हैं।

सतह कोटिंग घर्षण के प्रभाव को कम करती है, जबकि कटिंग टूल बेस सामग्री कोटिंग का समर्थन करती है और यांत्रिक तनाव को अवशोषित करती है। घर्षण प्रणाली के बेहतर प्रदर्शन से उत्पादकता बढ़ाने के अलावा सामग्री की बचत और ऊर्जा की खपत कम हो सकती है।

प्रसंस्करण लागत को कम करने में कोटिंग की भूमिका
कटिंग टूल लाइफ़ उत्पादन चक्र में एक महत्वपूर्ण लागत कारक है। अन्य बातों के अलावा, कटिंग टूल लाइफ़ को उस समय के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जब मशीन को रखरखाव की आवश्यकता होने से पहले बिना किसी रुकावट के मशीनिंग की जा सकती है। कटिंग टूल लाइफ़ जितनी लंबी होगी, उत्पादन में रुकावटों के कारण लागत उतनी ही कम होगी और मशीन को उतना ही कम रखरखाव कार्य करना होगा।

बहुत अधिक कटिंग तापमान पर भी, कोटिंग के साथ कटिंग टूल का उपयोग जीवन बढ़ाया जा सकता है, जिससे मशीनिंग लागत में काफी कमी आती है। इसके अलावा, कटिंग टूल कोटिंग से चिकनाई वाले तरल पदार्थ की आवश्यकता कम हो सकती है। इससे न केवल सामग्री की लागत कम होती है, बल्कि पर्यावरण की सुरक्षा में भी मदद मिलती है।

उत्पादकता पर पूर्व और पश्चात कोटिंग प्रसंस्करण का प्रभाव

आधुनिक कटिंग ऑपरेशन में, कटिंग टूल्स को उच्च दबाव (>2 GPa), उच्च तापमान और थर्मल तनाव के निरंतर चक्रों को सहन करने की आवश्यकता होती है। कटिंग टूल की कोटिंग से पहले और बाद में, इसे उचित प्रक्रिया से उपचारित किया जाना चाहिए।

कटिंग टूल कोटिंग से पहले, कोटिंग की आसंजन क्षमता में उल्लेखनीय सुधार करते हुए, बाद की कोटिंग प्रक्रिया के लिए तैयारी करने के लिए विभिन्न प्रीट्रीटमेंट विधियों का उपयोग किया जा सकता है। कोटिंग के साथ मिलकर काम करके, टूल कटिंग एज की तैयारी से कटिंग की गति और फीड दर में भी वृद्धि हो सकती है, और कटिंग टूल का जीवन बढ़ाया जा सकता है।

कोटिंग पश्च प्रसंस्करण (किनारे की तैयारी, सतह प्रसंस्करण और संरचना) भी काटने के उपकरण के अनुकूलन में एक निर्धारक भूमिका निभाता है, विशेष रूप से चिप (कार्यवस्तु सामग्री का उपकरण के काटने वाले किनारे से जुड़ना) के निर्माण से संभावित प्रारंभिक घिसाव को रोकने के लिए।

कोटिंग संबंधी विचार और चयन

कोटिंग के प्रदर्शन की आवश्यकताएं बहुत अलग हो सकती हैं। मशीनिंग की स्थितियों में जहां कटिंग एज का तापमान अधिक होता है, कोटिंग की गर्मी प्रतिरोधी पहनने की विशेषताएं बेहद महत्वपूर्ण हो जाती हैं। यह उम्मीद की जाती है कि आधुनिक कोटिंग्स में निम्नलिखित विशेषताएं भी होनी चाहिए: उत्कृष्ट उच्च तापमान प्रदर्शन, ऑक्सीकरण प्रतिरोध, उच्च कठोरता (यहां तक ​​कि उच्च तापमान पर), और नैनोस्ट्रक्चर्ड परतों के डिजाइन के माध्यम से सूक्ष्म कठोरता (प्लास्टिसिटी)।

कुशल कटिंग टूल्स के लिए, अनुकूलित कोटिंग आसंजन और अवशिष्ट तनावों का उचित वितरण दो निर्णायक कारक हैं। सबसे पहले, सब्सट्रेट सामग्री और कोटिंग सामग्री के बीच की अंतःक्रिया पर विचार किया जाना चाहिए। दूसरे, कोटिंग सामग्री और संसाधित की जाने वाली सामग्री के बीच यथासंभव कम आत्मीयता होनी चाहिए। कोटिंग और वर्कपीस के बीच आसंजन की संभावना को उचित टूल ज्यामिति का उपयोग करके और कोटिंग को पॉलिश करके काफी कम किया जा सकता है।

एल्युमिनियम-आधारित कोटिंग्स (जैसे AlTiN) का उपयोग आम तौर पर कटिंग उद्योग में कटिंग टूल कोटिंग्स के रूप में किया जाता है। उच्च कटिंग तापमान की क्रिया के तहत, ये एल्युमिनियम-आधारित कोटिंग्स एल्युमिनियम ऑक्साइड की एक पतली और घनी परत बना सकती हैं जो मशीनिंग के दौरान लगातार खुद को नवीनीकृत करती है, कोटिंग और उसके नीचे की सब्सट्रेट सामग्री को ऑक्सीडेटिव हमले से बचाती है।

एल्युमीनियम की मात्रा और कोटिंग की संरचना में बदलाव करके कोटिंग की कठोरता और ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्रदर्शन को समायोजित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एल्युमीनियम की मात्रा बढ़ाकर, नैनो-संरचनाओं या माइक्रो-मिश्रधातु (यानी, कम सामग्री वाले तत्वों के साथ मिश्रधातु) का उपयोग करके, कोटिंग के ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सुधार किया जा सकता है।

कोटिंग सामग्री की रासायनिक संरचना के अलावा, कोटिंग संरचना में परिवर्तन कोटिंग के प्रदर्शन को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित कर सकता है। विभिन्न कटिंग टूल का प्रदर्शन कोटिंग माइक्रो-स्ट्रक्चर में विभिन्न तत्वों के वितरण पर निर्भर करता है।

आजकल, वांछित प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए विभिन्न रासायनिक संरचना वाली कई एकल कोटिंग परत को एक समग्र कोटिंग परत में जोड़ा जा सकता है। यह प्रवृत्ति भविष्य में विकसित होती रहेगी - विशेष रूप से नई कोटिंग प्रणालियों और कोटिंग प्रक्रियाओं के माध्यम से, जैसे कि HI3 (हाई आयनीकरण ट्रिपल) आर्क वाष्पीकरण और स्पटरिंग हाइब्रिड कोटिंग तकनीक जो तीन अत्यधिक आयनित कोटिंग प्रक्रियाओं को एक में जोड़ती है।

एक सर्वांगीण कोटिंग के रूप में, टाइटेनियम-सिलिकॉन आधारित (TiSi) कोटिंग्स उत्कृष्ट मशीनेबिलिटी प्रदान करती हैं। इन कोटिंग्स का उपयोग विभिन्न कार्बाइड सामग्री (कोर कठोरता HRC 65 तक) और मध्यम कठोरता वाले स्टील (कोर कठोरता HRC 40) दोनों के प्रसंस्करण के लिए किया जा सकता है। कोटिंग संरचना के डिजाइन को विभिन्न मशीनिंग अनुप्रयोगों के अनुसार अनुकूलित किया जा सकता है। नतीजतन, टाइटेनियम सिलिकॉन-आधारित लेपित कटिंग टूल्स का उपयोग उच्च-मिश्र धातु, कम-मिश्र धातु वाले स्टील से लेकर कठोर स्टील और टाइटेनियम मिश्र धातुओं तक की एक विस्तृत श्रृंखला की वर्कपीस सामग्री को काटने और संसाधित करने के लिए किया जा सकता है। फ्लैट वर्कपीस (कठोरता HRC 44) पर उच्च फिनिश कटिंग परीक्षणों से पता चला है कि लेपित कटिंग टूल्स इसके जीवन को लगभग दो गुना बढ़ा सकते हैं और सतह की खुरदरापन को लगभग 10 गुना कम कर सकते हैं।

टाइटेनियम-सिलिकॉन आधारित कोटिंग बाद में सतह को चमकाने की आवश्यकता को कम करती है। ऐसी कोटिंग्स का उपयोग उच्च कटिंग गति, उच्च किनारा तापमान और उच्च धातु हटाने की दर के साथ प्रसंस्करण में किए जाने की उम्मीद की जाएगी।

कुछ अन्य PVD कोटिंग्स (विशेष रूप से माइक्रो-मिश्र धातु कोटिंग्स) के लिए, कोटिंग कंपनियां विभिन्न अनुकूलित सतह प्रसंस्करण समाधानों पर शोध और विकास करने के लिए प्रोसेसर के साथ मिलकर काम कर रही हैं। इसलिए, मशीनिंग दक्षता, कटिंग टूल उपयोग, मशीनिंग गुणवत्ता और सामग्री, कोटिंग और मशीनिंग के बीच बातचीत में महत्वपूर्ण सुधार संभव है, और व्यावहारिक रूप से लागू है। एक पेशेवर कोटिंग पार्टनर के साथ काम करके, उपयोगकर्ता अपने जीवन चक्र के दौरान अपने उपकरणों की उपयोगिता दक्षता बढ़ा सकते हैं।