Pelapisan alat pemotong meningkatkan sifat gesekan dan keausan alat pemotong, yang menjadi alasan mengapa pelapisan ini penting dalam operasi pemotongan. Selama bertahun-tahun, penyedia teknologi pemrosesan permukaan telah mengembangkan solusi pelapisan khusus untuk meningkatkan ketahanan aus alat pemotong, efisiensi pemesinan, dan masa pakai. Tantangan uniknya berasal dari perhatian dan pengoptimalan empat elemen: (i) pemrosesan pra- dan pasca-pelapisan permukaan alat pemotong; (ii) bahan pelapis; (iii) struktur pelapis; dan (iv) teknologi pemrosesan terintegrasi untuk alat pemotong berlapis.
Sumber keausan alat pemotong
Selama proses pemotongan, beberapa mekanisme keausan terjadi di zona kontak antara alat pemotong dan material benda kerja. Misalnya, keausan terikat antara serpihan dan permukaan pemotongan, keausan abrasif alat oleh titik keras pada material benda kerja, dan keausan yang disebabkan oleh reaksi kimia gesekan (reaksi kimia material yang disebabkan oleh aksi mekanis dan suhu tinggi). Karena tegangan gesekan ini mengurangi gaya pemotongan alat pemotong dan memperpendek umur alat, tegangan ini terutama memengaruhi efisiensi pemesinan alat pemotong.
Lapisan permukaan mengurangi efek gesekan, sementara bahan dasar alat pemotong mendukung lapisan dan menyerap tekanan mekanis. Peningkatan kinerja sistem gesekan dapat menghemat material dan mengurangi konsumsi energi selain meningkatkan produktivitas.
Peran pelapisan dalam mengurangi biaya pemrosesan
Umur pakai alat pemotong merupakan faktor biaya yang penting dalam siklus produksi. Antara lain, umur pakai alat pemotong dapat didefinisikan sebagai waktu mesin dapat dioperasikan tanpa gangguan sebelum diperlukan perawatan. Semakin panjang umur alat pemotong, semakin rendah biaya yang disebabkan oleh gangguan produksi dan semakin sedikit pekerjaan perawatan yang harus dilakukan mesin.
Bahkan pada suhu pemotongan yang sangat tinggi, masa pakai alat pemotong dapat diperpanjang dengan pelapisan, sehingga mengurangi biaya pemesinan secara signifikan. Selain itu, pelapisan alat pemotong dapat mengurangi kebutuhan akan cairan pelumas. Tidak hanya mengurangi biaya material, tetapi juga membantu melindungi lingkungan.
Pengaruh proses pelapisan awal dan akhir terhadap produktivitas
Dalam operasi pemotongan modern, alat pemotong harus mampu menahan tekanan tinggi (>2 GPa), suhu tinggi, dan siklus tekanan termal yang konstan. Sebelum dan sesudah pelapisan, alat pemotong harus diperlakukan dengan proses yang tepat.
Sebelum pelapisan alat pemotong, berbagai metode praperlakuan dapat digunakan untuk mempersiapkan proses pelapisan berikutnya, sekaligus meningkatkan daya rekat lapisan secara signifikan. Dengan bekerja sama dengan pelapisan, persiapan ujung pemotong alat juga dapat meningkatkan kecepatan pemotongan dan laju umpan, serta memperpanjang masa pakai alat pemotong.
Pasca-pemrosesan pelapisan (persiapan tepi, pemrosesan permukaan dan penataan) juga memainkan peran penentu dalam optimalisasi alat pemotong, khususnya untuk mencegah kemungkinan keausan dini akibat terbentuknya serpihan (pengikatan material benda kerja ke tepi pemotongan alat).
Pertimbangan dan pemilihan pelapis
Persyaratan untuk kinerja pelapisan bisa sangat berbeda. Dalam kondisi pemesinan dengan suhu ujung pemotongan yang tinggi, karakteristik keausan lapisan yang tahan panas menjadi sangat penting. Diharapkan bahwa pelapis modern juga harus memiliki karakteristik berikut: kinerja suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan oksidasi, kekerasan tinggi (bahkan pada suhu tinggi), dan ketangguhan mikroskopis (plastisitas) melalui desain lapisan berstruktur nano.
Untuk alat pemotong yang efisien, adhesi lapisan yang dioptimalkan dan distribusi tegangan sisa yang wajar merupakan dua faktor penentu. Pertama, interaksi antara bahan substrat dan bahan pelapis perlu dipertimbangkan. Kedua, harus ada afinitas sesedikit mungkin antara bahan pelapis dan bahan yang akan diproses. Kemungkinan adhesi antara lapisan dan benda kerja dapat dikurangi secara signifikan dengan menggunakan geometri alat yang tepat dan memoles lapisan.
Pelapis berbahan dasar aluminium (misalnya AlTiN) umumnya digunakan sebagai pelapis alat pemotong dalam industri pemotongan. Di bawah pengaruh suhu pemotongan yang tinggi, pelapis berbahan dasar aluminium ini dapat membentuk lapisan tipis dan padat dari aluminium oksida yang terus-menerus memperbarui dirinya selama pemesinan, melindungi lapisan dan bahan substrat di bawahnya dari serangan oksidatif.
Kekerasan dan kinerja ketahanan oksidasi suatu lapisan dapat disesuaikan dengan mengubah kandungan aluminium dan struktur lapisan. Misalnya, dengan meningkatkan kandungan aluminium, menggunakan struktur nano atau paduan mikro (yaitu, paduan dengan kandungan elemen rendah), ketahanan oksidasi lapisan dapat ditingkatkan.
Selain komposisi kimia bahan pelapis, perubahan struktur pelapis dapat memengaruhi kinerja pelapis secara signifikan. Kinerja alat pemotong yang berbeda bergantung pada distribusi berbagai elemen dalam struktur mikro pelapis.
Saat ini, beberapa lapisan pelapis tunggal dengan komposisi kimia yang berbeda dapat digabungkan menjadi lapisan pelapis komposit untuk mendapatkan kinerja yang diinginkan. Tren ini akan terus berkembang di masa mendatang – terutama melalui sistem pelapisan dan proses pelapisan baru, seperti teknologi pelapisan hibrida penguapan busur HI3 (High Ionization Triple) dan sputtering yang menggabungkan tiga proses pelapisan yang sangat terionisasi menjadi satu.
Sebagai pelapis serba guna, pelapis berbasis titanium-silikon (TiSi) menawarkan kemampuan mesin yang sangat baik. Pelapis ini dapat digunakan untuk memproses baja dengan kekerasan tinggi dengan kandungan karbida yang berbeda (kekerasan inti hingga HRC 65) dan baja dengan kekerasan sedang (kekerasan inti HRC 40). Desain struktur pelapis dapat disesuaikan dengan berbagai aplikasi pemesinan. Hasilnya, alat pemotong berlapis berbasis titanium silikon dapat digunakan untuk memotong dan memproses berbagai macam material benda kerja mulai dari baja paduan tinggi, baja paduan rendah hingga baja yang dikeraskan dan paduan titanium. Uji pemotongan akhir yang tinggi pada benda kerja datar (kekerasan HRC 44) telah menunjukkan bahwa alat pemotong berlapis dapat meningkatkan masa pakainya hampir dua kali lipat dan mengurangi kekasaran permukaan sekitar 10 kali lipat.
Lapisan berbasis titanium-silikon meminimalkan pemolesan permukaan selanjutnya. Lapisan tersebut diharapkan dapat digunakan dalam pemrosesan dengan kecepatan pemotongan tinggi, suhu tepi tinggi, dan laju penghilangan logam tinggi.
Untuk beberapa pelapis PVD lainnya (terutama pelapis paduan mikro), perusahaan pelapis juga bekerja sama erat dengan prosesor untuk meneliti dan mengembangkan berbagai solusi pemrosesan permukaan yang dioptimalkan. Oleh karena itu, peningkatan signifikan dalam efisiensi pemesinan, penggunaan alat pemotong, kualitas pemesinan, dan interaksi antara material, pelapisan, dan pemesinan dapat dilakukan, dan dapat diterapkan secara praktis. Dengan bekerja sama dengan mitra pelapis profesional, pengguna dapat meningkatkan efisiensi penggunaan alat mereka sepanjang siklus hidupnya.
Waktu posting: 07-Nov-2022