Húðun skurðarverkfæra bætir núning og slitþol skurðarverkfæra og þess vegna eru þær nauðsynlegar í skurðaðgerðum. Í mörg ár hafa framleiðendur yfirborðsvinnslutækni þróað sérsniðnar húðunarlausnir til að bæta slitþol skurðarverkfæra, skilvirkni vinnslu og endingartíma. Þessi einstaka áskorun felst í athygli og hagræðingu á fjórum þáttum: (i) for- og eftirhúðunarvinnslu á yfirborði skurðarverkfæra; (ii) húðunarefnum; (iii) húðunarbyggingum; og (iv) samþættri vinnslutækni fyrir húðuð skurðarverkfæri.
Slitsuppsprettur skurðarverkfæra
Við skurðarferlið eiga sér stað slitferli á snertifletinum milli skurðarverkfærisins og efnisins í vinnustykkinu. Til dæmis límslit milli flísarinnar og skurðyfirborðsins, núningsslit verkfærisins vegna harðra punkta í efninu í vinnustykkinu og slit af völdum núningsefnahvarfa (efnahvarfa efnisins af völdum vélrænnar virkni og mikils hitastigs). Þar sem þessi núningsálag dregur úr skurðkrafti skurðarverkfærisins og styttir líftíma verkfærisins, hefur það aðallega áhrif á vinnsluhagkvæmni skurðarverkfærisins.
Yfirborðshúðunin dregur úr núningsáhrifum, en grunnefnið í skurðarverkfærunum styður húðunina og dregur í sig vélrænt álag. Bætt afköst núningskerfisins geta sparað efni og dregið úr orkunotkun auk þess að auka framleiðni.
Hlutverk húðunar í að draga úr vinnslukostnaði
Líftími skurðarverkfæra er mikilvægur kostnaðarþáttur í framleiðsluferlinu. Meðal annars má skilgreina líftíma skurðarverkfæra sem þann tíma sem hægt er að vinna vél án truflana áður en viðhald er nauðsynlegt. Því lengur sem líftími skurðarverkfærisins er, því lægri er kostnaður vegna framleiðslutruflana og því minna viðhald þarf vélin að vinna.
Jafnvel við mjög hátt skurðarhitastig er hægt að lengja endingartíma skurðarverkfærisins með húðun og þar með draga verulega úr vinnslukostnaði. Að auki getur húðun skurðarverkfæra dregið úr þörfinni fyrir smurefni. Þetta dregur ekki aðeins úr efniskostnaði heldur hjálpar einnig til við að vernda umhverfið.
Áhrif for- og eftirhúðunarvinnslu á framleiðni
Í nútíma skurðaðgerðum þurfa skurðarverkfæri að þola mikinn þrýsting (>2 GPa), hátt hitastig og stöðugt hitaálag. Fyrir og eftir húðun skurðarverkfærisins verður að meðhöndla það með viðeigandi aðferð.
Áður en húðun skurðarverkfærisins er framkvæmd er hægt að nota ýmsar forvinnsluaðferðir til að undirbúa síðari húðunarferli, sem bætir verulega viðloðun húðunarinnar. Með því að vinna samhliða húðuninni getur undirbúningur skurðbrúnar verkfærisins einnig aukið skurðhraða og fóðrunarhraða og lengt líftíma skurðarverkfærisins.
Eftirvinnsla húðunar (undirbúningur brúna, yfirborðsvinnsla og uppbygging) gegnir einnig mikilvægu hlutverki í bestun skurðarverkfærisins, sérstaklega til að koma í veg fyrir mögulegt slit vegna flísmyndunar (bindingu vinnustykkisefnis við skurðbrún verkfærisins).
Íhugun og val á húðun
Kröfur um afköst húðunar geta verið mjög mismunandi. Við vinnsluaðstæður þar sem hitastig skurðbrúnarinnar er hátt verða hitaþolnir sliteiginleikar húðunarinnar afar mikilvægir. Gert er ráð fyrir að nútíma húðun hafi einnig eftirfarandi eiginleika: framúrskarandi afköst við háan hita, oxunarþol, mikla hörku (jafnvel við háan hita) og smásjárseigju (mýkt) vegna hönnunar nanóuppbyggðra laga.
Til að skurðarverkfæri séu skilvirk eru bestu mögulegu viðloðun húðarinnar og sanngjörn dreifing á spennu sem eftir stendur tveir afgerandi þættir. Í fyrsta lagi þarf að hafa í huga víxlverkun undirlagsefnisins og húðunarefnisins. Í öðru lagi ætti að vera eins lítil skyldleiki og mögulegt er milli húðunarefnisins og efnisins sem á að vinna úr. Hægt er að draga verulega úr líkum á viðloðun milli húðarinnar og vinnustykkisins með því að nota viðeigandi lögun verkfærisins og pússa húðina.
Álhúðun (t.d. AlTiN) er algeng í húðun skurðarverkfæra í skurðariðnaðinum. Undir áhrifum mikils skurðarhita geta þessar álhúðanir myndað þunnt og þétt lag af áloxíði sem endurnýjar sig stöðugt við vinnslu og verndar húðunina og undirlagið fyrir oxunarárásum.
Hægt er að aðlaga hörku og oxunarþol húðunar með því að breyta álinnihaldi og uppbyggingu húðunarinnar. Til dæmis, með því að auka álinnihald, nota nanóbyggingar eða örblöndun (þ.e. blöndun með frumefnum með lágu álinnihaldi), er hægt að bæta oxunarþol húðunarinnar.
Auk efnasamsetningar húðunarefnisins geta breytingar á húðunarbyggingu haft veruleg áhrif á afköst húðunarinnar. Mismunandi afköst skurðarverkfæra eru háð dreifingu hinna ýmsu þátta í örbyggingu húðunarinnar.
Nú til dags er hægt að sameina nokkur einstök húðunarlög með mismunandi efnasamsetningu í eitt samsett húðunarlag til að ná fram þeim árangri sem óskað er eftir. Þessi þróun mun halda áfram að þróast í framtíðinni – sérstaklega með nýjum húðunarkerfum og húðunarferlum, svo sem HI3 (High Ionization Triple) bogauppgufun og sputtering blendingshúðunartækni sem sameinar þrjú mjög jónuð húðunarferli í eitt.
Sem alhliða húðun bjóða títan-sílikon (TiSi) húðanir upp á framúrskarandi vinnsluhæfni. Þessar húðanir má nota til að vinna bæði úr háhörðu stáli með mismunandi karbíðinnihaldi (kjarnihörku allt að HRC 65) og meðalhörðu stáli (kjarnihörku HRC 40). Hönnun húðunarbyggingarinnar er hægt að aðlaga að mismunandi vinnsluforritum. Þar af leiðandi er hægt að nota títan-sílikon húðuð skurðarverkfæri til að skera og vinna úr fjölbreyttum vinnustykkjum, allt frá háblönduðu og lágblönduðu stáli til hertu stáli og títanmálmblöndum. Prófanir á háglansskurði á flötum vinnustykkjum (hörka HRC 44) hafa sýnt að húðuð skurðarverkfæri geta aukið líftíma þeirra næstum tvöfalt og dregið úr yfirborðsgrófleika um það bil tífalt.
Títan- og kísillhúðunin lágmarkar síðari yfirborðsslípun. Slík húðun er væntanlega notuð í vinnslu með miklum skurðarhraða, háum brúnahita og mikilli málmfjarlægingarhraða.
Fyrir sumar aðrar PVD-húðanir (sérstaklega örblönduðu húðun) vinna húðunarfyrirtæki einnig náið með framleiðendum að rannsóknum og þróun ýmissa fínstilltra lausna fyrir yfirborðsvinnslu. Því eru verulegar úrbætur mögulegar og hagnýtar í vinnsluhagkvæmni, notkun skurðartækja, vinnslugæðum og samspili efnis, húðunar og vinnslu. Með því að vinna með faglegum samstarfsaðila í húðun geta notendur aukið nýtingu verkfæra sinna allan líftíma þeirra.
Birtingartími: 7. nóvember 2022