საჭრელი ხელსაწყოების საფარი აუმჯობესებს საჭრელი ხელსაწყოების ხახუნისა და ცვეთის თვისებებს, რის გამოც ისინი აუცილებელია ჭრის ოპერაციებში. მრავალი წლის განმავლობაში, ზედაპირის დამუშავების ტექნოლოგიების მომწოდებლები ავითარებდნენ მორგებულ საფარის გადაწყვეტილებებს საჭრელი ხელსაწყოების ცვეთისადმი მდგრადობის, დამუშავების ეფექტურობისა და მომსახურების ხანგრძლივობის გასაუმჯობესებლად. უნიკალური გამოწვევა გამომდინარეობს ოთხი ელემენტის ყურადღების მიქცევიდან და ოპტიმიზაციისგან: (i) საჭრელი ხელსაწყოების ზედაპირების დაფარვამდელი და შემდგომი დამუშავება; (ii) საფარის მასალები; (iii) საფარის სტრუქტურები; და (iv) დაფარული საჭრელი ხელსაწყოების ინტეგრირებული დამუშავების ტექნოლოგია.
საჭრელი ხელსაწყოს ცვეთის წყაროები
ჭრის პროცესის დროს, საჭრელ ხელსაწყოსა და სამუშაო ნაწილის მასალას შორის შეხების ზონაში წარმოიქმნება ცვეთის გარკვეული მექანიზმები. მაგალითად, ნატეხსა და საჭრელ ზედაპირს შორის შემაკავშირებელი ცვეთა, ხელსაწყოს აბრაზიული ცვეთა სამუშაო ნაწილის მასალის მყარი წვერებით და ხახუნის ქიმიური რეაქციებით გამოწვეული ცვეთა (მასალის ქიმიური რეაქციები, გამოწვეული მექანიკური მოქმედებითა და მაღალი ტემპერატურით). ვინაიდან ეს ხახუნის დაძაბულობები ამცირებს საჭრელი ხელსაწყოს ჭრის ძალას და ამცირებს ხელსაწყოს სიცოცხლის ხანგრძლივობას, ისინი ძირითადად გავლენას ახდენენ საჭრელი ხელსაწყოს დამუშავების ეფექტურობაზე.
ზედაპირის საფარი ამცირებს ხახუნის ეფექტს, ხოლო საჭრელი ხელსაწყოს ძირითადი მასალა ინარჩუნებს საფარს და შთანთქავს მექანიკურ სტრესს. ხახუნის სისტემის გაუმჯობესებული მუშაობა, პროდუქტიულობის გაზრდასთან ერთად, საშუალებას იძლევა დაზოგოთ მასალა და შეამციროთ ენერგიის მოხმარება.
საფარის როლი დამუშავების ხარჯების შემცირებაში
საჭრელი ხელსაწყოს სიცოცხლის ხანგრძლივობა წარმოების ციკლში მნიშვნელოვანი ხარჯის ფაქტორია. სხვა საკითხებთან ერთად, საჭრელი ხელსაწყოს სიცოცხლის ხანგრძლივობა შეიძლება განისაზღვროს, როგორც დრო, რომლის განმავლობაშიც მანქანას შეუძლია შეუფერხებლად დამუშავდეს ტექნიკური მომსახურების საჭიროებამდე. რაც უფრო ხანგრძლივია საჭრელი ხელსაწყოს სიცოცხლის ხანგრძლივობა, მით უფრო დაბალია წარმოების შეფერხებებით გამოწვეული ხარჯები და მით უფრო ნაკლები ტექნიკური სამუშაოს შესრულება უწევს მანქანას.
ძალიან მაღალ ჭრის ტემპერატურაზეც კი, საჭრელი ხელსაწყოს გამოყენების ვადა შეიძლება გაიზარდოს საფარით, რითაც მნიშვნელოვნად შემცირდება დამუშავების ხარჯები. გარდა ამისა, საჭრელი ხელსაწყოს საფარი ამცირებს საპოხი სითხეების საჭიროებას. არა მხოლოდ ამცირებს მასალის ხარჯებს, არამედ ხელს უწყობს გარემოს დაცვას.
წინასწარი და შემდგომი საფარის დამუშავების გავლენა პროდუქტიულობაზე
თანამედროვე ჭრის ოპერაციებში, საჭრელ ხელსაწყოებს მაღალი წნევის (>2 გპა), მაღალი ტემპერატურისა და თერმული დატვირთვის მუდმივი ციკლების ატანა უწევთ. საჭრელი ხელსაწყოს საფარის დატანამდე და დაფარვის შემდეგ, ის შესაბამისი პროცესით უნდა დამუშავდეს.
საჭრელი ხელსაწყოს დაფარვამდე, შემდგომი დაფარვის პროცესისთვის მოსამზადებლად შესაძლებელია სხვადასხვა წინასწარი დამუშავების მეთოდის გამოყენება, რაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს საფარის ადჰეზიას. საფართან ერთად მუშაობით, ხელსაწყოს საჭრელი კიდის მომზადება ასევე ზრდის ჭრის სიჩქარეს და მიწოდების სიჩქარეს, ასევე ახანგრძლივებს საჭრელი ხელსაწყოს სიცოცხლის ხანგრძლივობას.
საფარის შემდგომი დამუშავება (კიდის მომზადება, ზედაპირის დამუშავება და სტრუქტურირება) ასევე გადამწყვეტ როლს ასრულებს საჭრელი ხელსაწყოს ოპტიმიზაციაში, კერძოდ, ნაპრალების წარმოქმნით შესაძლო ნაადრევი ცვეთის თავიდან ასაცილებლად (სამუშაო ნაწილის მასალის შეერთება ხელსაწყოს საჭრელ კიდეზე).
საფარის არჩევისა და გათვალისწინების კრიტერიუმები
საფარის მუშაობის მოთხოვნები შეიძლება ძალიან განსხვავებული იყოს. დამუშავების პირობებში, სადაც საჭრელი კიდის ტემპერატურა მაღალია, საფარის სითბოსადმი მდგრადი ცვეთის მახასიათებლები უაღრესად მნიშვნელოვანი ხდება. მოსალოდნელია, რომ თანამედროვე საფარებს ასევე უნდა ჰქონდეთ შემდეგი მახასიათებლები: შესანიშნავი მაღალტემპერატურული შესრულება, დაჟანგვისადმი მდგრადობა, მაღალი სიმტკიცე (მაღალ ტემპერატურაზეც კი) და მიკროსკოპული სიმტკიცე (პლასტიურობა) ნანოსტრუქტურირებული ფენების დიზაინის წყალობით.
ეფექტური საჭრელი ხელსაწყოებისთვის, საფარის ოპტიმიზებული ადჰეზია და ნარჩენი დაძაბულობების გონივრული განაწილება ორი გადამწყვეტი ფაქტორია. პირველ რიგში, გასათვალისწინებელია სუბსტრატის მასალასა და საფარის მასალას შორის ურთიერთქმედება. მეორეც, საფარის მასალასა და დასამუშავებელ მასალას შორის რაც შეიძლება მცირე მსგავსება უნდა იყოს. საფარსა და სამუშაო ნაწილს შორის ადჰეზიის შესაძლებლობა მნიშვნელოვნად შეიძლება შემცირდეს შესაბამისი ხელსაწყოს გეომეტრიის გამოყენებით და საფარის გაპრიალებით.
ალუმინის ბაზაზე დამზადებული საფარი (მაგ. AlTiN) ფართოდ გამოიყენება საჭრელი ხელსაწყოების საფარად ჭრის ინდუსტრიაში. მაღალი ჭრის ტემპერატურის ზემოქმედებით, ამ ალუმინის ბაზაზე დამზადებულ საფარებს შეუძლიათ შექმნან ალუმინის ოქსიდის თხელი და მკვრივი ფენა, რომელიც მუდმივად განახლდება დამუშავების დროს, იცავს საფარს და მის ქვეშ არსებულ სუბსტრატს ჟანგვითი ზემოქმედებისგან.
საფარის სიმტკიცისა და დაჟანგვისადმი მდგრადობის რეგულირება შესაძლებელია ალუმინის შემცველობისა და საფარის სტრუქტურის შეცვლით. მაგალითად, ალუმინის შემცველობის გაზრდით, ნანოსტრუქტურების ან მიკროშენადნობის (ანუ დაბალი შემცველობის ელემენტებით შენადნობის) გამოყენებით, შესაძლებელია საფარის დაჟანგვისადმი მდგრადობის გაუმჯობესება.
საფარის მასალის ქიმიური შემადგენლობის გარდა, საფარის სტრუქტურის ცვლილებებმა შეიძლება მნიშვნელოვნად იმოქმედოს საფარის მუშაობაზე. სხვადასხვა საჭრელი ხელსაწყოს მუშაობა დამოკიდებულია საფარის მიკროსტრუქტურაში სხვადასხვა ელემენტის განაწილებაზე.
დღესდღეობით, სასურველი შედეგის მისაღწევად შესაძლებელია სხვადასხვა ქიმიური შემადგენლობის რამდენიმე ერთჯერადი საფარის ფენის გაერთიანება კომპოზიტურ საფარის ფენად. ეს ტენდენცია მომავალშიც გაგრძელდება განვითარებას - განსაკუთრებით ახალი საფარის სისტემებისა და საფარის პროცესების მეშვეობით, როგორიცაა HI3 (მაღალი იონიზაციის სამმაგი) რკალური აორთქლებისა და გაფრქვევის ჰიბრიდული საფარის ტექნოლოგია, რომელიც აერთიანებს სამ მაღალ იონიზებულ საფარის პროცესს ერთში.
როგორც უნივერსალური საფარი, ტიტან-სილიციუმის ბაზაზე დამზადებული (TiSi) საფარი შესანიშნავ დამუშავებადობას უზრუნველყოფს. ეს საფარი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც მაღალი სიმტკიცის ფოლადების დასამუშავებლად სხვადასხვა კარბიდის შემცველობით (ბირთვული სიმტკიცე HRC 65-მდე), ასევე საშუალო სიმტკიცის ფოლადების დასამუშავებლად (ბირთვული სიმტკიცე HRC 40). საფარის სტრუქტურის დიზაინი შეიძლება ადაპტირებული იყოს სხვადასხვა დამუშავების აპლიკაციების შესაბამისად. შედეგად, ტიტან-სილიკონის ბაზაზე დამზადებული საჭრელი ხელსაწყოების გამოყენება შესაძლებელია სამუშაო მასალის ფართო სპექტრის დასამუშავებლად, მაღალი შენადნობის და დაბალი შენადნობის ფოლადებიდან დაწყებული გამაგრებული ფოლადებითა და ტიტანის შენადნობებით დამთავრებული. ბრტყელ სამუშაო ნაწილებზე მაღალი სიმტკიცის ჭრის ტესტებმა (სიმტკიცე HRC 44) აჩვენა, რომ დაფარული საჭრელი ხელსაწყოების გამოყენებამ შეიძლება თითქმის ორჯერ გაზარდოს მათი მომსახურების ვადა და დაახლოებით 10-ჯერ შეამციროს ზედაპირის უხეშობა.
ტიტან-სილიციუმის ბაზაზე დამზადებული საფარი მინიმუმამდე ამცირებს ზედაპირის შემდგომ გაპრიალებას. მოსალოდნელია, რომ ასეთი საფარი გამოყენებული იქნება მაღალი ჭრის სიჩქარის, კიდის მაღალი ტემპერატურისა და ლითონის მოცილების მაღალი სიჩქარის მქონე დამუშავებისას.
ზოგიერთი სხვა PVD საფარის (განსაკუთრებით მიკროშენადნობი საფარის) შემთხვევაში, საფარის კომპანიები ასევე მჭიდროდ თანამშრომლობენ გადამამუშავებლებთან ზედაპირის დამუშავების სხვადასხვა ოპტიმიზებული გადაწყვეტილებების კვლევისა და შემუშავების მიზნით. ამიტომ, შესაძლებელია და პრაქტიკულად გამოსადეგია დამუშავების ეფექტურობის, საჭრელი ხელსაწყოების გამოყენების, დამუშავების ხარისხისა და მასალას, საფარსა და დამუშავებას შორის ურთიერთქმედების მნიშვნელოვანი გაუმჯობესება. პროფესიონალი საფარის პარტნიორთან თანამშრომლობით, მომხმარებლებს შეუძლიათ გაზარდონ თავიანთი ხელსაწყოების გამოყენების ეფექტურობა მათი სასიცოცხლო ციკლის განმავლობაში.
გამოქვეყნების დრო: 2022 წლის 7 ნოემბერი