A vágószerszám-bevonatok javítják a vágószerszámok súrlódási és kopási tulajdonságait, ezért elengedhetetlenek a forgácsolási műveletekben. A felületkezelési technológia szolgáltatói évek óta fejlesztenek egyedi bevonási megoldásokat a vágószerszámok kopásállóságának, a megmunkálási hatékonyságnak és az élettartamnak a javítására. Az egyedülálló kihívást négy elem figyelembevétele és optimalizálása jelenti: (i) a vágószerszám-felületek bevonatolás előtti és utáni megmunkálása; (ii) bevonóanyagok; (iii) bevonatszerkezetek; és (iv) integrált feldolgozási technológia bevonatos vágószerszámokhoz.
Forgácsolószerszám kopásának forrásai
A forgácsolási folyamat során bizonyos kopási mechanizmusok lépnek fel a vágószerszám és a munkadarab anyaga közötti érintkezési zónában. Ilyen például a forgács és a vágófelület közötti kötött kopás, a szerszám abrazív kopása a munkadarab anyagában lévő kemény pontok miatt, valamint a súrlódásos kémiai reakciók (az anyag mechanikai behatás és magas hőmérséklet által okozott kémiai reakciói) által okozott kopás. Mivel ezek a súrlódási feszültségek csökkentik a vágószerszám vágóerejét és lerövidítik a szerszám élettartamát, főként a vágószerszám megmunkálási hatékonyságát befolyásolják.
A felületi bevonat csökkenti a súrlódás hatását, míg a vágószerszám alapanyaga megtámasztja a bevonatot és elnyeli a mechanikai igénybevételt. A súrlódó rendszer jobb teljesítménye a termelékenység növelése mellett anyagot takaríthat meg és csökkentheti az energiafogyasztást.
A bevonat szerepe a feldolgozási költségek csökkentésében
A forgácsolószerszám élettartama fontos költségtényező a termelési ciklusban. A forgácsolószerszám élettartama többek között az az időtartam, ameddig egy gép megszakítás nélkül megmunkálható, mielőtt karbantartásra lenne szükség. Minél hosszabb a forgácsolószerszám élettartama, annál alacsonyabbak a termeléskiesések miatti költségek, és annál kevesebb karbantartási munkát kell a gépnek elvégeznie.
Még nagyon magas forgácsolási hőmérsékletek esetén is a vágószerszám élettartama bevonattal meghosszabbítható, ezáltal jelentősen csökkentve a megmunkálási költségeket. Ezenkívül a vágószerszám bevonata csökkentheti a kenőfolyadékok szükségességét. Nemcsak az anyagköltségeket csökkenti, hanem a környezet védelmét is segíti.
A bevonatolás előtti és utáni feldolgozás hatása a termelékenységre
A modern forgácsolási műveletek során a forgácsolószerszámoknak nagy nyomást (>2 GPa), magas hőmérsékletet és állandó hőfeszültség-ciklusokat kell elviselniük. A forgácsolószerszám bevonása előtt és után a megfelelő eljárással kell kezelni.
A vágószerszám bevonása előtt különféle előkezelési módszerek alkalmazhatók a későbbi bevonási folyamat előkészítésére, miközben jelentősen javítják a bevonat tapadását. A bevonattal együttműködve a szerszám vágóélének előkészítése növelheti a vágási sebességet és az előtolási sebességet, valamint meghosszabbíthatja a vágószerszám élettartamát.
A bevonat utófeldolgozása (él-előkészítés, felületkezelés és strukturálás) szintén meghatározó szerepet játszik a forgácsképződés (a munkadarab anyagának a szerszám vágóéléhez való tapadása) által okozott esetleges korai kopás megelőzésében.
Bevonatválasztási szempontok
A bevonat teljesítményével szemben támasztott követelmények nagyon eltérőek lehetnek. Magas vágóél-hőmérsékletű megmunkálási körülmények között a bevonat hőálló kopási tulajdonságai rendkívül fontossá válnak. A modern bevonatoktól elvárják, hogy a következő tulajdonságokkal is rendelkezzenek: kiváló magas hőmérsékletű teljesítmény, oxidációs ellenállás, nagy keménység (akár magas hőmérsékleten is), valamint mikroszkopikus szívósság (plaszticitás) a nanoszerkezetű rétegek kialakításának köszönhetően.
A hatékony forgácsolószerszámok esetében a bevonat optimális tapadása és a maradékfeszültségek ésszerű eloszlása két döntő tényező. Először is, figyelembe kell venni az alapanyag és a bevonóanyag közötti kölcsönhatást. Másodszor, a bevonóanyag és a megmunkálandó anyag között a lehető legkisebb affinitásnak kell lennie. A bevonat és a munkadarab közötti tapadás lehetősége jelentősen csökkenthető megfelelő szerszámgeometria alkalmazásával és a bevonat polírozásával.
Az alumínium alapú bevonatokat (pl. AlTiN) gyakran használják forgácsolószerszám-bevonatként a forgácsolóiparban. Magas forgácsolási hőmérséklet hatására ezek az alumínium alapú bevonatok vékony és sűrű alumínium-oxid réteget képezhetnek, amely a megmunkálás során folyamatosan megújul, védi a bevonatot és az alatta lévő hordozóanyagot az oxidatív támadástól.
A bevonat keménysége és oxidációval szembeni ellenállása az alumíniumtartalom és a bevonat szerkezetének változtatásával állítható be. Például az alumíniumtartalom növelésével, nanostruktúrák vagy mikroötvözés (azaz alacsony elemtartalmú ötvözés) alkalmazásával a bevonat oxidációval szembeni ellenállása javítható.
A bevonóanyag kémiai összetételén kívül a bevonat szerkezetének változásai is jelentősen befolyásolhatják a bevonat teljesítményét. A különböző vágószerszám-teljesítmény a bevonat mikroszerkezetében lévő különböző elemek eloszlásától függ.
Manapság több, eltérő kémiai összetételű bevonatréteg kombinálható egyetlen kompozit bevonatréteggé a kívánt teljesítmény elérése érdekében. Ez a trend a jövőben is tovább fog fejlődni – különösen az új bevonatrendszerek és bevonási eljárások révén, mint például a HI3 (High Ionization Triple) ívpárologtatásos és porlasztásos hibrid bevonatolási technológia, amely három nagymértékben ionizált bevonási eljárást egyesít egyetlenbe.
A titán-szilícium alapú (TiSi) bevonatok, mint általános bevonat, kiváló megmunkálhatóságot kínálnak. Ezek a bevonatok mind nagy keménységű, különböző keményfémtartalmú acélok (magkeménység HRC 65-ig), mind közepes keménységű acélok (magkeménység HRC 40) megmunkálására használhatók. A bevonat szerkezetének kialakítása a különböző megmunkálási alkalmazásokhoz igazítható. Ennek eredményeként a titán-szilícium alapú bevonatú vágószerszámok széles körű munkadarab-anyagok vágására és megmunkálására használhatók, a magas ötvözetű, alacsony ötvözetű acéloktól az edzett acélokig és titánötvözetekig. A sík munkadarabokon (HRC 44 keménység) végzett kiváló minőségű forgácsolási tesztek kimutatták, hogy a bevonatú vágószerszámok csaknem kétszeresére növelhetik élettartamukat, és körülbelül tízszeresére csökkenthetik a felületi érdességet.
A titán-szilícium alapú bevonat minimalizálja a későbbi felületpolírozást. Az ilyen bevonatokat várhatóan nagy forgácsolási sebességet, magas élhőmérsékletet és nagy fémleválasztási sebességet igénylő megmunkálásoknál fogják használni.
Néhány más PVD bevonat (különösen a mikroötvözetű bevonatok) esetében a bevonatgyártó vállalatok szorosan együttműködnek a feldolgozókkal a különféle optimalizált felületkezelési megoldások kutatása és fejlesztése érdekében. Ezért jelentős javulás érhető el a megmunkálási hatékonyság, a forgácsolószerszám-használat, a megmunkálási minőség, valamint az anyag, a bevonat és a megmunkálás közötti kölcsönhatás terén, és ez a gyakorlatban is alkalmazható. Egy professzionális bevonatoló partnerrel együttműködve a felhasználók növelhetik szerszámaik kihasználtsági hatékonyságát azok teljes életciklusa alatt.
Közzététel ideje: 2022. november 7.