אופטימיזציה של תפקיד וביצועים של ציפוי כלי חיתוך

ציפוי כלי חיתוך משפרים את תכונות החיכוך והבלאי של כלי חיתוך, וזו הסיבה שהם חיוניים בפעולות חיתוך.במשך שנים רבות, ספקי טכנולוגיות עיבוד פני השטח מפתחים פתרונות ציפוי מותאמים אישית לשיפור עמידות בפני שחיקה של כלי חיתוך, יעילות עיבוד שבבי וחיי שירות.האתגר הייחודי נובע מתשומת לב ואופטימיזציה של ארבעה אלמנטים: (i) עיבוד לפני ואחרי ציפוי של משטחי כלי חיתוך;(ii) חומרי ציפוי;(iii) ציפוי מבנים;ו (iv) טכנולוגיית עיבוד משולבת עבור כלי חיתוך מצופים.

מקורות בלאי כלי חיתוך
במהלך תהליך החיתוך, כמה מנגנוני בלאי מתרחשים באזור המגע בין כלי החיתוך לחומר העבודה.לדוגמה, בלאי מלוכד בין השבב למשטח החיתוך, בלאי שוחק של הכלי על ידי נקודות קשות בחומר העבודה, ובלאי הנגרם על ידי תגובות כימיות חיכוך (תגובות כימיות של החומר הנגרמות על ידי פעולה מכנית וטמפרטורות גבוהות).מאחר ולחצי החיכוך הללו מפחיתים את כוח החיתוך של כלי החיתוך ומקצרים את חיי הכלי, הם משפיעים בעיקר על יעילות העיבוד של כלי החיתוך.

ציפוי פני השטח מפחית את השפעת החיכוך, בעוד שחומר הבסיס של כלי החיתוך תומך בציפוי וסופג לחץ מכני.הביצועים המשופרים של מערכת החיכוך יכולים לחסוך בחומר ולהפחית את צריכת האנרגיה בנוסף להגברת הפרודוקטיביות.

תפקיד הציפוי בהפחתת עלויות העיבוד
חיי כלי חיתוך הם גורם עלות חשוב במחזור הייצור.בין היתר, ניתן להגדיר את חיי כלי החיתוך כך שניתן לעבד את הזמן של מכונה ללא הפרעה לפני נדרשת תחזוקה.ככל שחיי כלי החיתוך ארוכים יותר, כך העלויות נמוכות יותר עקב הפרעות בייצור והמכונה צריכה לעשות פחות עבודת תחזוקה.

גם בטמפרטורות חיתוך גבוהות מאוד, ניתן להאריך את חיי השימוש של כלי החיתוך באמצעות ציפוי, ובכך להפחית משמעותית את עלויות העיבוד.בנוסף, ציפוי כלי חיתוך יכול להפחית את הצורך בנוזלי סיכה.לא רק מפחית את עלויות החומר, אלא גם עוזר להגן על הסביבה.

השפעת עיבוד לפני ואחרי ציפוי על הפרודוקטיביות

בפעולות חיתוך מודרניות, כלי חיתוך צריכים לשאת לחצים גבוהים (>2 GPa), טמפרטורות גבוהות ומחזורים קבועים של מתח תרמי.לפני ואחרי הציפוי של כלי החיתוך, יש לטפל בו בתהליך המתאים.

לפני ציפוי כלי חיתוך, ניתן להשתמש בשיטות טיפול מוקדם שונות כדי להתכונן לתהליך הציפוי העוקב, תוך שיפור משמעותי של הידבקות הציפוי.על ידי עבודה בשילוב עם הציפוי, הכנת קצה החיתוך של הכלי יכולה גם להגדיל את מהירות החיתוך וקצב ההזנה, ולהאריך את חיי כלי החיתוך.

עיבוד שלאחר הציפוי (הכנת קצה, עיבוד פני השטח ומבנה) ממלא גם תפקיד מכריע באופטימיזציה של כלי החיתוך, במיוחד כדי למנוע בלאי מוקדם אפשרי על ידי היווצרות שבב (הדבקה של חומר העבודה לקצה החיתוך של המכונה). כְּלִי).

שיקולי ציפוי ובחירה

הדרישות לביצועי הציפוי יכולות להיות שונות מאוד.בתנאי עיבוד שבהם טמפרטורת קצה החיתוך גבוהה, מאפייני הבלאי העמידים בחום של הציפוי הופכים חשובים ביותר.צפוי כי לציפויים מודרניים יהיו גם המאפיינים הבאים: ביצועים מצוינים בטמפרטורות גבוהות, עמידות חמצון, קשיות גבוהה (אפילו בטמפרטורות גבוהות), וקשיחות מיקרוסקופית (פלסטיות) באמצעות עיצוב שכבות ננו-מבנה.

עבור כלי חיתוך יעילים, הידבקות אופטימלית של ציפוי ופיזור סביר של מתחים שיוריים הם שני גורמים מכריעים.ראשית, יש לשקול את האינטראקציה בין חומר המצע לחומר הציפוי.שנית, צריכה להיות זיקה קטנה ככל האפשר בין חומר הציפוי לחומר המיועד לעיבוד.ניתן להפחית משמעותית את אפשרות ההידבקות בין הציפוי לחומר העבודה על ידי שימוש בגיאומטריית כלי מתאים והברקת הציפוי.

ציפויים על בסיס אלומיניום (למשל AlTiN) משמשים בדרך כלל כציפוי כלי חיתוך בתעשיית החיתוך.תחת פעולת טמפרטורות חיתוך גבוהות, ציפויים אלו המבוססים על אלומיניום יכולים ליצור שכבה דקה וצפופה של תחמוצת אלומיניום המתחדשת ללא הרף במהלך העיבוד, מגינה על הציפוי ועל חומר המצע שמתחתיו מפני התקפה חמצונית.

ניתן להתאים את הקשיות ועמידות החמצון של ציפוי על ידי שינוי תכולת האלומיניום ומבנה הציפוי.לדוגמה, על ידי הגדלת תכולת האלומיניום, שימוש במבנים ננו או מיקרו סגסוגת (כלומר, סגסוגת עם אלמנטים בעלי תכולה נמוכה), ניתן לשפר את עמידות החמצון של הציפוי.

בנוסף להרכב הכימי של חומר הציפוי, שינויים במבנה הציפוי יכולים להשפיע באופן משמעותי על ביצועי הציפוי.ביצועי כלי החיתוך השונים תלויים בהתפלגות האלמנטים השונים במיקרו-מבנה הציפוי.

כיום ניתן לשלב מספר שכבות ציפוי בודדות בהרכבים כימיים שונים לשכבת ציפוי מרוכבת לקבלת הביצועים הרצויים.מגמה זו תמשיך להתפתח בעתיד - במיוחד באמצעות מערכות ציפוי חדשות ותהליכי ציפוי, כגון טכנולוגיית אידוי קשת HI3 (High Ionization Triple) וטכנולוגיית ציפוי היברידית מקפיצה המשלבת שלושה תהליכי ציפוי מיוננים ביותר לאחד.

כציפוי כולל, ציפויים מבוססי טיטניום-סיליקון (TiSi) מציעים יכולת עיבוד מצוינת.ציפויים אלו יכולים לשמש לעיבוד הן פלדות קשיות גבוהה עם תכולת קרביד שונה (קשיות ליבה עד HRC 65) והן פלדות קשיות בינונית (קשיות ליבה HRC 40).ניתן להתאים את עיצוב מבנה הציפוי בהתאם ליישומי העיבוד השונים.כתוצאה מכך, כלי חיתוך מצופים על בסיס סיליקון טיטניום יכולים לשמש לחיתוך ועיבוד מגוון רחב של חומרי עבודה מפלדות בעלות סגסוגת גבוהה, נמוכה סגסוגת ועד פלדות מוקשות וסגסוגות טיטניום.בדיקות חיתוך בגימור גבוה על חלקי עבודה שטוחים (קשיות HRC 44) הראו שכלי חיתוך מצופים יכולים להאריך את חייו כמעט פי שניים ולהפחית את חספוס פני השטח בכ-10 פעמים.

הציפוי מבוסס טיטניום-סיליקון ממזער את ליטוש פני השטח שלאחר מכן.ציפויים כאלה צפויים לשמש בעיבוד עם מהירויות חיתוך גבוהות, טמפרטורות קצה גבוהות ושיעורי הסרת מתכות גבוהים.

עבור כמה ציפויי PVD אחרים (במיוחד ציפויים בעלי סגסוגת מיקרו), חברות ציפוי עובדות גם בשיתוף פעולה הדוק עם מעבדים כדי לחקור ולפתח פתרונות עיבוד פני שטח אופטימליים שונים.לכן, שיפורים משמעותיים ביעילות העיבוד, השימוש בכלי החיתוך, איכות העיבוד והאינטראקציה בין חומר, ציפוי ועיבוד אפשריים וישימים באופן מעשי.על ידי עבודה עם שותף ציפוי מקצועי, משתמשים יכולים להגביר את יעילות הניצול של הכלים שלהם לאורך מחזור החיים שלהם.