Anche a temperature di taglio molto elevate, la durata utile dell'utensile da taglio può essere prolungata grazie al rivestimento, riducendo significativamente i costi di lavorazione. Inoltre, il rivestimento degli utensili da taglio può ridurre il fabbisogno di fluidi lubrificanti. Ciò non solo riduce i costi dei materiali, ma contribuisce anche alla tutela dell'ambiente.
Effetto dei processi di pre e post-rivestimento sulla produttività
Nelle moderne operazioni di taglio, gli utensili da taglio devono sopportare pressioni elevate (>2 GPa), temperature elevate e cicli costanti di stress termico. Prima e dopo il rivestimento, l'utensile da taglio deve essere sottoposto a un processo appropriato.
Prima del rivestimento degli utensili da taglio, è possibile utilizzare diversi metodi di pretrattamento per preparare la superficie al successivo processo di rivestimento, migliorandone significativamente l'adesione. La preparazione del tagliente, in sinergia con il rivestimento, può inoltre aumentare la velocità di taglio e l'avanzamento, prolungando la durata dell'utensile.
Anche la post-lavorazione del rivestimento (preparazione del tagliente, trattamento superficiale e strutturazione) riveste un ruolo determinante nell'ottimizzazione dell'utensile da taglio, in particolare per prevenire un'eventuale usura precoce dovuta alla formazione di trucioli (adesione del materiale del pezzo al tagliente dell'utensile).
Considerazioni e selezione del rivestimento
I requisiti prestazionali per i rivestimenti possono essere molto diversi. In condizioni di lavorazione in cui la temperatura del tagliente è elevata, le caratteristiche di resistenza all'usura e al calore del rivestimento diventano estremamente importanti. Ci si aspetta che i rivestimenti moderni possiedano anche le seguenti caratteristiche: eccellenti prestazioni alle alte temperature, resistenza all'ossidazione, elevata durezza (anche ad alte temperature) e tenacità microscopica (plasticità) grazie alla progettazione di strati nanostrutturati.
Per ottenere utensili da taglio efficienti, un'adesione ottimale del rivestimento e una distribuzione razionale delle tensioni residue sono due fattori decisivi. In primo luogo, è necessario considerare l'interazione tra il materiale del substrato e il materiale di rivestimento. In secondo luogo, l'affinità tra il materiale di rivestimento e il materiale da lavorare dovrebbe essere la più bassa possibile. La possibilità di adesione tra il rivestimento e il pezzo può essere significativamente ridotta utilizzando una geometria dell'utensile appropriata e lucidando il rivestimento.
I rivestimenti a base di alluminio (ad esempio AlTiN) sono comunemente utilizzati come rivestimenti per utensili da taglio nell'industria della lavorazione meccanica. Sotto l'azione delle elevate temperature di taglio, questi rivestimenti a base di alluminio possono formare uno strato sottile e denso di ossido di alluminio che si rinnova continuamente durante la lavorazione, proteggendo il rivestimento e il materiale del substrato sottostante dall'attacco ossidativo.
La durezza e la resistenza all'ossidazione di un rivestimento possono essere regolate modificando il contenuto di alluminio e la struttura del rivestimento stesso. Ad esempio, aumentando il contenuto di alluminio, utilizzando nanostrutture o microleghe (ovvero, legando elementi in bassa percentuale), è possibile migliorare la resistenza all'ossidazione del rivestimento.
Oltre alla composizione chimica del materiale di rivestimento, le modifiche alla struttura del rivestimento possono influenzarne significativamente le prestazioni. Le diverse prestazioni degli utensili da taglio dipendono dalla distribuzione dei vari elementi nella microstruttura del rivestimento.
Oggigiorno, è possibile combinare diversi strati di rivestimento singoli con composizioni chimiche differenti in un unico strato composito per ottenere le prestazioni desiderate. Questa tendenza continuerà a svilupparsi in futuro, soprattutto grazie a nuovi sistemi e processi di rivestimento, come la tecnologia ibrida di evaporazione ad arco e sputtering HI3 (High Ionization Triple), che combina tre processi di rivestimento ad alta ionizzazione in uno solo.
Come rivestimento versatile, i rivestimenti a base di titanio-silicio (TiSi) offrono un'eccellente lavorabilità. Questi rivestimenti possono essere utilizzati per la lavorazione sia di acciai ad alta durezza con diversi contenuti di carburo (durezza del nucleo fino a HRC 65) sia di acciai a media durezza (durezza del nucleo HRC 40). La struttura del rivestimento può essere adattata alle diverse applicazioni di lavorazione. Di conseguenza, gli utensili da taglio rivestiti con titanio-silicio possono essere utilizzati per il taglio e la lavorazione di un'ampia gamma di materiali, dagli acciai altolegati e bassolegati agli acciai temprati e alle leghe di titanio. Test di finitura su pezzi piani (durezza HRC 44) hanno dimostrato che gli utensili da taglio rivestiti possono quasi raddoppiare la loro durata e ridurre la rugosità superficiale di circa 10 volte.
Il rivestimento a base di titanio-silicio riduce al minimo la successiva lucidatura della superficie. Si prevede che tali rivestimenti vengano utilizzati in processi con elevate velocità di taglio, alte temperature dei taglienti e alti tassi di asportazione del materiale.
Per alcuni altri rivestimenti PVD (in particolare quelli microlegati), le aziende produttrici di rivestimenti collaborano strettamente con i trasformatori per ricercare e sviluppare diverse soluzioni ottimizzate per la lavorazione delle superfici. Pertanto, è possibile ottenere miglioramenti significativi in termini di efficienza di lavorazione, utilizzo degli utensili da taglio, qualità della lavorazione e interazione tra materiale, rivestimento e lavorazione, tutti aspetti concretamente applicabili. Collaborando con un partner specializzato in rivestimenti, gli utenti possono aumentare l'efficienza di utilizzo dei propri utensili durante tutto il loro ciclo di vita.
–Questo articolo è pubblicato daproduttore di macchine per rivestimento sottovuotoGuangdongZhenhua
Data di pubblicazione: 29 febbraio 2024