Pjovimo įrankių dangos pagerina pjovimo įrankių trinties ir dilimo savybes, todėl jos yra būtinos pjovimo operacijose. Jau daugelį metų paviršių apdirbimo technologijų tiekėjai kuria individualius dangų sprendimus, siekdami pagerinti pjovimo įrankių atsparumą dilimui, apdirbimo efektyvumą ir tarnavimo laiką. Unikalus iššūkis kyla dėl keturių elementų dėmesio ir optimizavimo: (i) pjovimo įrankių paviršių apdorojimas prieš ir po dengimo; (ii) dangų medžiagos; (iii) dangų struktūros; ir (iv) integruota dengtų pjovimo įrankių apdorojimo technologija.
Pjovimo įrankių susidėvėjimo šaltiniai
Pjovimo proceso metu pjovimo įrankio ir ruošinio medžiagos sąlyčio zonoje vyksta tam tikri dilimo mechanizmai. Pavyzdžiui, susidėvėjimas tarp drožlės ir pjovimo paviršiaus, įrankio abrazyvinis dilimas dėl kietų ruošinio medžiagos taškų ir dilimas, kurį sukelia trinties cheminės reakcijos (medžiagos cheminės reakcijos, kurias sukelia mechaninis poveikis ir aukšta temperatūra). Kadangi šie trinties įtempiai sumažina pjovimo įrankio pjovimo jėgą ir sutrumpina įrankio tarnavimo laiką, jie daugiausia veikia pjovimo įrankio apdirbimo efektyvumą.
Paviršiaus danga sumažina trinties poveikį, o pjovimo įrankio pagrindinė medžiaga palaiko dangą ir sugeria mechaninį įtempį. Pagerintas trinties sistemos veikimas gali sutaupyti medžiagų ir sumažinti energijos suvartojimą, be to, padidinti našumą.
Dangos vaidmuo mažinant apdorojimo sąnaudas
Pjovimo įrankio tarnavimo laikas yra svarbus gamybos ciklo sąnaudų veiksnys. Be kita ko, pjovimo įrankio tarnavimo laiką galima apibrėžti kaip laiką, per kurį staklės gali būti apdirbtos be pertraukų, kol nereikės atlikti techninės priežiūros. Kuo ilgesnis pjovimo įrankio tarnavimo laikas, tuo mažesnės išlaidos dėl gamybos sutrikimų ir tuo mažiau techninės priežiūros darbų reikia atlikti mašinai.
Net ir esant labai aukštai pjovimo temperatūrai, pjovimo įrankio naudojimo laiką galima pailginti padengiant jį danga, taip žymiai sumažinant apdirbimo sąnaudas. Be to, pjovimo įrankio danga gali sumažinti tepimo skysčių poreikį. Tai ne tik sumažina medžiagų sąnaudas, bet ir padeda apsaugoti aplinką.
Apdorojimo prieš ir po dengimo poveikis produktyvumui
Šiuolaikinėse pjovimo operacijose pjovimo įrankiai turi atlaikyti didelį slėgį (>2 GPa), aukštą temperatūrą ir nuolatinius terminio įtempio ciklus. Prieš ir po pjovimo įrankio padengimo, jis turi būti apdorotas atitinkamu procesu.
Prieš dengiant pjovimo įrankį, galima naudoti įvairius išankstinio apdorojimo metodus, kurie padeda pasiruošti vėlesniam dengimo procesui ir žymiai pagerinti dangos sukibimą. Kartu su danga paruošiamas įrankio pjovimo kraštas, taip pat galima padidinti pjovimo greitį ir pastūmos greitį bei pailginti pjovimo įrankio tarnavimo laiką.
Dangos vėlesnis apdorojimas (kraštų paruošimas, paviršiaus apdirbimas ir struktūrizavimas) taip pat atlieka lemiamą vaidmenį optimizuojant pjovimo įrankį, ypač siekiant išvengti galimo ankstyvo susidėvėjimo dėl drožlių susidarymo (ruošinio medžiagos sukibimo su įrankio pjovimo briauna).
Dangos aspektai ir pasirinkimas
Dangos eksploatacinių savybių reikalavimai gali būti labai skirtingi. Apdirbimo sąlygomis, kai pjovimo briaunos temperatūra yra aukšta, dangos atsparumas karščiui ir dilimui tampa itin svarbios. Tikimasi, kad šiuolaikinės dangos taip pat turėtų pasižymėti šiomis savybėmis: puikiu atsparumu aukštai temperatūrai, atsparumu oksidacijai, dideliu kietumu (net aukštoje temperatūroje) ir mikroskopiniu tvirtumu (plastiškumu), kurį lemia nanostruktūrinių sluoksnių konstrukcija.
Efektyviems pjovimo įrankiams optimizuotas dangos sukibimas ir tinkamas liekamųjų įtempių pasiskirstymas yra du lemiami veiksniai. Pirma, reikia atsižvelgti į pagrindo medžiagos ir dangos medžiagos sąveiką. Antra, tarp dangos medžiagos ir apdorojamos medžiagos turėtų būti kuo mažesnis afinitetas. Dangos ir ruošinio sukibimo tikimybę galima gerokai sumažinti naudojant tinkamą įrankio geometriją ir poliruojant dangą.
Aliuminio pagrindo dangos (pvz., AlTiN) dažniausiai naudojamos kaip pjovimo įrankių dangos pjovimo pramonėje. Veikiant aukštai pjovimo temperatūrai, šios aliuminio pagrindo dangos gali sudaryti ploną ir tankų aliuminio oksido sluoksnį, kuris nuolat atsinaujina apdirbimo metu, apsaugo dangą ir po ja esančią pagrindo medžiagą nuo oksidacinio poveikio.
Dangos kietumą ir atsparumą oksidacijai galima reguliuoti keičiant aliuminio kiekį ir dangos struktūrą. Pavyzdžiui, padidinus aliuminio kiekį, naudojant nanostruktūras arba mikrolegitorių metodą (t. y. legiruojant su mažai elementų turinčiais elementais), galima pagerinti dangos atsparumą oksidacijai.
Be dangos medžiagos cheminės sudėties, dangos struktūros pokyčiai gali reikšmingai paveikti dangos eksploatacines savybes. Skirtingas pjovimo įrankio veikimas priklauso nuo įvairių elementų pasiskirstymo dangos mikrostruktūroje.
Šiais laikais keli skirtingos cheminės sudėties padengimo sluoksniai gali būti sujungti į vieną kompozicinį dangos sluoksnį, siekiant norimo našumo. Ši tendencija ir toliau vystysis ateityje, ypač dėl naujų dengimo sistemų ir dengimo procesų, tokių kaip HI3 (didelės jonizacijos trigubas) lanko garinimo ir purškimo hibridinė dengimo technologija, kuri sujungia tris labai jonizuotus dengimo procesus į vieną.
Kaip universali danga, titano ir silicio pagrindo (TiSi) dangos pasižymi puikiu apdirbamumu. Šios dangos gali būti naudojamos apdirbant tiek didelio kietumo plienus su skirtingu karbido kiekiu (šerdies kietumas iki HRC 65), tiek vidutinio kietumo plienus (šerdies kietumas HRC 40). Dangos struktūros konstrukcija gali būti pritaikyta prie skirtingų apdirbimo pritaikymų. Dėl to titano ir silicio pagrindo dengti pjovimo įrankiai gali būti naudojami pjaustant ir apdirbant įvairias ruošinių medžiagas – nuo labai legiruotų, mažai legiruotų plienų iki grūdintų plienų ir titano lydinių. Plokščių ruošinių (kietumas HRC 44) pjovimo bandymai parodė, kad dengti pjovimo įrankiai gali beveik dvigubai pailginti savo tarnavimo laiką ir maždaug 10 kartų sumažinti paviršiaus šiurkštumą.
Titano ir silicio pagrindo danga sumažina vėlesnį paviršiaus poliravimą. Tikimasi, kad tokios dangos bus naudojamos apdirbant didelius pjovimo greičius, aukštą briaunų temperatūrą ir didelį metalo pašalinimo greitį.
Kai kurių kitų PVD dangų (ypač mikrolydinių dangų) atveju dangų gamintojai taip pat glaudžiai bendradarbiauja su perdirbėjais, kad ištirtų ir sukurtų įvairius optimizuotus paviršiaus apdorojimo sprendimus. Todėl galima gerokai pagerinti apdirbimo efektyvumą, pjovimo įrankių naudojimą, apdirbimo kokybę ir medžiagos, dangos bei apdirbimo sąveiką, ir tai praktiškai pritaikoma. Bendradarbiaudami su profesionaliu dangų partneriu, vartotojai gali padidinti savo įrankių naudojimo efektyvumą per visą jų gyvavimo ciklą.
Įrašo laikas: 2022 m. lapkričio 7 d.