Pelapisan alat potong meningkatkan sifat gesekan dan keausan alat potong, itulah sebabnya pelapisan sangat penting dalam operasi pemotongan. Selama bertahun-tahun, penyedia teknologi pemrosesan permukaan telah mengembangkan solusi pelapisan khusus untuk meningkatkan ketahanan aus alat potong, efisiensi pemesinan, dan umur pakai. Tantangan uniknya terletak pada perhatian dan optimalisasi empat elemen: (i) pemrosesan pra dan pasca pelapisan permukaan alat potong; (ii) material pelapis; (iii) struktur pelapis; dan (iv) teknologi pemrosesan terintegrasi untuk alat potong yang dilapisi.
Sumber keausan alat potong
Selama proses pemotongan, beberapa mekanisme keausan terjadi di zona kontak antara alat potong dan material benda kerja. Misalnya, keausan ikatan antara serpihan dan permukaan pemotongan, keausan abrasif alat oleh titik-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 potong alat potong dan memperpendek umur alat, hal ini terutama memengaruhi efisiensi pemesinan alat potong.
Lapisan permukaan mengurangi efek gesekan, sementara material dasar alat potong menopang lapisan tersebut 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 potong merupakan faktor biaya penting dalam siklus produksi. Antara lain, umur pakai alat potong dapat didefinisikan sebagai waktu mesin dapat melakukan pengerjaan tanpa gangguan sebelum perawatan diperlukan. Semakin lama umur pakai alat potong, semakin rendah biaya akibat gangguan produksi dan semakin sedikit pekerjaan perawatan yang harus dilakukan mesin.
Bahkan pada suhu pemotongan yang sangat tinggi, masa pakai alat potong dapat diperpanjang dengan pelapisan, sehingga secara signifikan mengurangi biaya pemesinan. Selain itu, pelapisan alat potong dapat mengurangi kebutuhan cairan pelumas. Tidak hanya mengurangi biaya material, tetapi juga membantu melindungi lingkungan.
Pengaruh proses pra- dan pasca-pelapisan terhadap produktivitas
Dalam operasi pemotongan modern, alat potong perlu menahan tekanan tinggi (>2 GPa), suhu tinggi, dan siklus tegangan termal yang konstan. Sebelum dan sesudah pelapisan alat potong, alat tersebut harus diberi perlakuan dengan proses yang sesuai.
Sebelum pelapisan alat potong, berbagai metode pra-perlakuan dapat digunakan untuk mempersiapkan proses pelapisan selanjutnya, sekaligus secara signifikan meningkatkan daya rekat lapisan. Dengan bekerja bersamaan dengan pelapisan, persiapan ujung alat potong juga dapat meningkatkan kecepatan pemotongan dan laju umpan, serta memperpanjang umur alat potong.
Pemrosesan akhir pelapisan (persiapan tepi, pemrosesan permukaan, dan penataan struktur) juga memainkan peran penting dalam optimalisasi alat potong, khususnya untuk mencegah kemungkinan keausan dini akibat pembentukan serpihan (ikatan material benda kerja dengan tepi pemotong alat).
Pertimbangan dan pemilihan pelapis
Persyaratan untuk kinerja pelapis dapat sangat beragam. Dalam kondisi pemesinan di mana suhu mata pisau tinggi, karakteristik ketahanan aus terhadap panas dari pelapis menjadi sangat penting. Diharapkan bahwa pelapis modern juga harus memiliki karakteristik berikut: kinerja suhu tinggi yang sangat baik, ketahanan terhadap oksidasi, kekerasan tinggi (bahkan pada suhu tinggi), dan ketangguhan mikroskopis (plastisitas) melalui desain lapisan nanostruktur.
Untuk alat potong yang efisien, optimalisasi adhesi lapisan dan distribusi tegangan sisa yang wajar merupakan dua faktor penentu. Pertama, interaksi antara material substrat dan material pelapis perlu dipertimbangkan. Kedua, harus ada afinitas sekecil mungkin antara material pelapis dan material yang akan diproses. Kemungkinan adhesi antara lapisan dan benda kerja dapat dikurangi secara signifikan dengan menggunakan geometri alat yang tepat dan memoles lapisan tersebut.
Lapisan berbasis aluminium (misalnya AlTiN) umumnya digunakan sebagai lapisan alat potong dalam industri pemotongan. Di bawah pengaruh suhu pemotongan yang tinggi, lapisan berbasis aluminium ini dapat membentuk lapisan oksida aluminium yang tipis dan padat yang terus memperbarui dirinya selama proses pemesinan, melindungi lapisan dan material substrat di bawahnya dari serangan oksidatif.
Kekerasan dan 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 unsur-unsur dengan kandungan rendah), ketahanan oksidasi lapisan dapat ditingkatkan.
Selain komposisi kimia bahan pelapis, perubahan struktur pelapis dapat secara signifikan memengaruhi kinerja pelapis. Perbedaan kinerja alat potong 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 depan – terutama melalui sistem pelapisan dan proses pelapisan baru, seperti teknologi pelapisan hibrida HI3 (High Ionization Triple) penguapan busur dan sputtering yang menggabungkan tiga proses pelapisan berionisasi tinggi menjadi satu.
Sebagai lapisan serbaguna, lapisan berbasis titanium-silikon (TiSi) menawarkan kemampuan pemesinan yang sangat baik. Lapisan 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 lapisan dapat disesuaikan dengan berbagai aplikasi pemesinan. Akibatnya, alat potong berlapis 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 dengan hasil akhir yang tinggi pada benda kerja datar (kekerasan HRC 44) telah menunjukkan bahwa alat potong 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 seperti ini diharapkan dapat digunakan dalam pemrosesan dengan kecepatan pemotongan tinggi, suhu tepi tinggi, dan laju pengangkatan logam yang tinggi.
Untuk beberapa lapisan PVD lainnya (terutama lapisan paduan mikro), perusahaan pelapis juga bekerja sama erat dengan pengolah untuk meneliti dan mengembangkan berbagai solusi pemrosesan permukaan yang dioptimalkan. Oleh karena itu, peningkatan signifikan dalam efisiensi pemesinan, penggunaan alat potong, kualitas pemesinan, dan interaksi antara material, lapisan, dan pemesinan dimungkinkan, dan dapat diterapkan secara praktis. Dengan bekerja sama dengan mitra pelapis profesional, pengguna dapat meningkatkan efisiensi pemanfaatan alat mereka sepanjang siklus hidupnya.
Waktu posting: 07 November 2022