Premazi za alate za rezanje poboljšavaju svojstva trenja i trošenja alata za rezanje, zbog čega su ključni u operacijama rezanja. Pružatelji tehnologije obrade površina godinama razvijaju prilagođena rješenja za premaze kako bi poboljšali otpornost na trošenje alata za rezanje, učinkovitost obrade i vijek trajanja. Jedinstveni izazov proizlazi iz pažnje i optimizacije četiri elementa: (i) obrade površina alata za rezanje prije i poslije premazivanja; (ii) materijala za premaze; (iii) struktura premaza; i (iv) integrirane tehnologije obrade za alate za rezanje s premazima.
Izvori trošenja alata za rezanje
Tijekom procesa rezanja, neki mehanizmi trošenja javljaju se u zoni kontakta između alata za rezanje i materijala obratka. Na primjer, vezano trošenje između strugotine i površine rezanja, abrazivno trošenje alata tvrdim vrhovima u materijalu obratka i trošenje uzrokovano kemijskim reakcijama trenja (kemijske reakcije materijala uzrokovane mehaničkim djelovanjem i visokim temperaturama). Budući da ta naprezanja trenja smanjuju silu rezanja alata za rezanje i skraćuju vijek trajanja alata, ona uglavnom utječu na učinkovitost obrade alata za rezanje.
Površinski premaz smanjuje učinak trenja, dok osnovni materijal alata za rezanje podupire premaz i apsorbira mehaničko naprezanje. Poboljšane performanse sustava trenja mogu uštedjeti materijal i smanjiti potrošnju energije, uz povećanje produktivnosti.
Uloga premaza u smanjenju troškova obrade
Vijek trajanja alata za rezanje važan je faktor troškova u proizvodnom ciklusu. Između ostalog, vijek trajanja alata za rezanje može se definirati kao vrijeme u kojem se stroj može obrađivati bez prekida prije nego što je potrebno održavanje. Što je dulji vijek trajanja alata za rezanje, to su niži troškovi zbog prekida u proizvodnji i manje je radova na održavanju koje stroj mora obaviti.
Čak i pri vrlo visokim temperaturama rezanja, vijek trajanja alata za rezanje može se produžiti premazivanjem, čime se značajno smanjuju troškovi obrade. Osim toga, premazivanje alata za rezanje može smanjiti potrebu za mazivima. Ne samo da smanjuje troškove materijala, već i pomaže u zaštiti okoliša.
Utjecaj obrade prije i poslije premazivanja na produktivnost
U modernim operacijama rezanja, alati za rezanje moraju podnijeti visoke tlakove (>2 GPa), visoke temperature i stalne cikluse toplinskog naprezanja. Prije i nakon nanošenja premaza, alat za rezanje mora se obraditi odgovarajućim postupkom.
Prije nanošenja premaza na alat za rezanje, mogu se koristiti različite metode predobrade za pripremu za sljedeći proces nanošenja premaza, a istovremeno značajno poboljšavaju prianjanje premaza. Radeći zajedno s premazom, priprema rezne oštrice alata također može povećati brzinu rezanja i brzinu pomaka te produžiti vijek trajanja alata za rezanje.
Naknadna obrada premaza (priprema ruba, obrada površine i strukturiranje) također igra odlučujuću ulogu u optimizaciji alata za rezanje, posebno u sprječavanju mogućeg preranog trošenja stvaranjem strugotine (lijepljenje materijala obratka na reznu oštricu alata).
Razmatranja i odabir premaza
Zahtjevi za performanse premaza mogu biti vrlo različiti. U uvjetima obrade gdje je temperatura rezne oštrice visoka, karakteristike otpornosti na toplinsko trošenje premaza postaju izuzetno važne. Očekuje se da moderni premazi također imaju sljedeće karakteristike: izvrsne performanse na visokim temperaturama, otpornost na oksidaciju, visoku tvrdoću (čak i na visokim temperaturama) i mikroskopsku žilavost (plastičnost) zahvaljujući dizajnu nanostrukturnih slojeva.
Za učinkovite alate za rezanje, optimizirano prianjanje premaza i razumna raspodjela zaostalih naprezanja dva su odlučujuća čimbenika. Prvo, potrebno je uzeti u obzir interakciju između materijala podloge i materijala premaza. Drugo, trebao bi postojati što manji afinitet između materijala premaza i materijala koji se obrađuje. Mogućnost prianjanja između premaza i obratka može se značajno smanjiti korištenjem odgovarajuće geometrije alata i poliranjem premaza.
Premazi na bazi aluminija (npr. AlTiN) se često koriste kao premazi za alate za rezanje u industriji rezanja. Pod djelovanjem visokih temperatura rezanja, ovi premazi na bazi aluminija mogu formirati tanki i gusti sloj aluminijevog oksida koji se kontinuirano obnavlja tijekom obrade, štiteći premaz i materijal podloge ispod njega od oksidativnog djelovanja.
Tvrdoća i otpornost premaza na oksidaciju mogu se prilagoditi promjenom udjela aluminija i strukture premaza. Na primjer, povećanjem udjela aluminija, korištenjem nanostruktura ili mikrolegiranja (tj. legiranjem s elementima s niskim udjelom) može se poboljšati otpornost premaza na oksidaciju.
Osim kemijskog sastava materijala premaza, promjene u strukturi premaza mogu značajno utjecati na performanse premaza. Različite performanse alata za rezanje ovise o raspodjeli različitih elemenata u mikrostrukturi premaza.
Danas se nekoliko pojedinačnih slojeva premaza s različitim kemijskim sastavima može kombinirati u kompozitni sloj premaza kako bi se postigle željene performanse. Ovaj će se trend nastaviti razvijati u budućnosti - posebno kroz nove sustave premazivanja i procese premazivanja, kao što je HI3 (High Ionization Triple) hibridna tehnologija elektrolučnog isparavanja i raspršivanja koja kombinira tri visoko ionizirana procesa premazivanja u jedan.
Kao svestrani premaz, premazi na bazi titana i silicija (TiSi) nude izvrsnu obradivost. Ovi premazi mogu se koristiti za obradu čelika visoke tvrdoće s različitim udjelom karbida (tvrdoća jezgre do HRC 65) i čelika srednje tvrdoće (tvrdoća jezgre HRC 40). Dizajn strukture premaza može se prilagoditi različitim primjenama obrade. Kao rezultat toga, alati za rezanje s premazom na bazi titana i silikona mogu se koristiti za rezanje i obradu širokog raspona materijala obratka, od visokolegiranih i niskolegiranih čelika do kaljenih čelika i titanovih legura. Ispitivanja visoke završne obrade rezanjem na ravnim obratcima (tvrdoća HRC 44) pokazala su da alati za rezanje s premazom mogu povećati svoj vijek trajanja za gotovo dva puta i smanjiti hrapavost površine za oko 10 puta.
Premaz na bazi titana i silicija minimizira naknadno poliranje površine. Očekuje se da će se takvi premazi koristiti u obradama s visokim brzinama rezanja, visokim temperaturama rubova i visokim stopama uklanjanja metala.
Za neke druge PVD premaze (posebno mikrolegirane premaze), tvrtke za premaze također blisko surađuju s prerađivačima kako bi istražile i razvile različita optimizirana rješenja za obradu površine. Stoga su moguća i praktično primjenjiva značajna poboljšanja u učinkovitosti obrade, korištenju alata za rezanje, kvaliteti obrade i interakciji između materijala, premaza i obrade. Suradnjom s profesionalnim partnerom za premaze, korisnici mogu povećati učinkovitost iskorištenja svojih alata tijekom njihovog životnog ciklusa.
Vrijeme objave: 07.11.2022.