Salutan alat pemotong meningkatkan sifat geseran dan haus alat pemotong, itulah sebabnya ia penting dalam operasi pemotongan. Selama bertahun-tahun, penyedia teknologi pemprosesan permukaan telah membangunkan penyelesaian salutan tersuai untuk meningkatkan rintangan haus alat pemotong, kecekapan pemesinan dan hayat perkhidmatan. Cabaran unik ini datang daripada perhatian dan pengoptimuman empat elemen: (i) pemprosesan pra dan pasca salutan permukaan alat pemotong; (ii) bahan salutan; (iii) struktur salutan; dan (iv) teknologi pemprosesan bersepadu untuk alat pemotong bersalut.
Sumber haus alat pemotong
Semasa proses pemotongan, beberapa mekanisme haus berlaku di zon sentuhan antara alat pemotong dan bahan benda kerja. Contohnya, haus terikat antara cip dan permukaan pemotongan, haus kasar alat oleh titik keras dalam bahan benda kerja, dan haus yang disebabkan oleh tindak balas kimia geseran (tindak balas kimia bahan yang disebabkan oleh tindakan mekanikal dan suhu tinggi). Oleh kerana tegasan geseran ini mengurangkan daya pemotongan alat pemotong dan memendekkan hayat alat, ia terutamanya mempengaruhi kecekapan pemesinan alat pemotong.
Salutan permukaan mengurangkan kesan geseran, manakala bahan asas alat pemotong menyokong salutan dan menyerap tekanan mekanikal. Prestasi sistem geseran yang dipertingkatkan dapat menjimatkan bahan dan mengurangkan penggunaan tenaga selain meningkatkan produktiviti.
Peranan salutan dalam mengurangkan kos pemprosesan
Jangka hayat alat pemotong merupakan faktor kos yang penting dalam kitaran pengeluaran. Antara lain, jangka hayat alat pemotong boleh ditakrifkan sebagai masa mesin boleh dimesin tanpa gangguan sebelum penyelenggaraan diperlukan. Semakin lama jangka hayat alat pemotong, semakin rendah kos akibat gangguan pengeluaran dan semakin kurang kerja penyelenggaraan yang perlu dilakukan oleh mesin.
Walaupun pada suhu pemotongan yang sangat tinggi, jangka hayat alat pemotong boleh dilanjutkan dengan salutan, sekali gus mengurangkan kos pemesinan dengan ketara. Di samping itu, salutan alat pemotong boleh mengurangkan keperluan untuk cecair pelincir. Bukan sahaja mengurangkan kos bahan, tetapi juga membantu melindungi alam sekitar.
Kesan pemprosesan pra dan pasca salutan terhadap produktiviti
Dalam operasi pemotongan moden, alat pemotong perlu menanggung tekanan tinggi (>2 GPa), suhu tinggi dan kitaran tekanan haba yang berterusan. Sebelum dan selepas salutan alat pemotong, ia mesti dirawat dengan proses yang sesuai.
Sebelum salutan alat pemotong, pelbagai kaedah pra-rawatan boleh digunakan untuk menyediakan proses salutan seterusnya, sambil meningkatkan lekatan salutan dengan ketara. Dengan bekerjasama dengan salutan, penyediaan mata pemotong alat juga boleh meningkatkan kelajuan pemotongan dan kadar suapan, serta memanjangkan hayat alat pemotong.
Pemprosesan pasca salutan (penyediaan tepi, pemprosesan permukaan dan penstrukturan) juga memainkan peranan penentu dalam pengoptimuman alat pemotong, khususnya untuk mencegah kemungkinan haus awal akibat pembentukan cip (ikatan bahan bahan kerja pada tepi pemotong alat).
Pertimbangan dan pemilihan salutan
Keperluan untuk prestasi salutan boleh menjadi sangat berbeza. Di bawah keadaan pemesinan di mana suhu mata pemotong adalah tinggi, ciri-ciri haus tahan haba salutan menjadi sangat penting. Adalah dijangkakan bahawa salutan moden juga harus mempunyai ciri-ciri berikut: prestasi suhu tinggi yang sangat baik, rintangan pengoksidaan, kekerasan yang tinggi (walaupun pada suhu tinggi), dan keliatan mikroskopik (keplastikan) melalui reka bentuk lapisan nanostruktur.
Untuk alat pemotong yang cekap, lekatan salutan yang dioptimumkan dan taburan tegasan baki yang munasabah adalah dua faktor penentu. Pertama, interaksi antara bahan substrat dan bahan salutan perlu dipertimbangkan. Kedua, harus ada sedikit pertalian yang mungkin antara bahan salutan dan bahan yang akan diproses. Kemungkinan lekatan antara salutan dan bahan kerja dapat dikurangkan dengan ketara dengan menggunakan geometri alat yang sesuai dan menggilap salutan.
Salutan berasaskan aluminium (contohnya AlTiN) biasanya digunakan sebagai salutan alat pemotong dalam industri pemotongan. Di bawah tindakan suhu pemotongan yang tinggi, salutan berasaskan aluminium ini boleh membentuk lapisan aluminium oksida yang nipis dan padat yang sentiasa memperbaharui dirinya semasa pemesinan, melindungi salutan dan bahan substrat di bawahnya daripada serangan oksidatif.
Kekerasan dan prestasi rintangan pengoksidaan salutan boleh diselaraskan dengan mengubah kandungan aluminium dan struktur salutan. Contohnya, dengan meningkatkan kandungan aluminium, menggunakan struktur nano atau pengaloian mikro (iaitu, pengaloian dengan unsur kandungan rendah), rintangan pengoksidaan salutan boleh dipertingkatkan.
Selain komposisi kimia bahan salutan, perubahan dalam struktur salutan boleh menjejaskan prestasi salutan dengan ketara. Prestasi alat pemotong yang berbeza bergantung pada taburan pelbagai elemen dalam mikrostruktur salutan.
Pada masa kini, beberapa lapisan salutan tunggal dengan komposisi kimia yang berbeza boleh digabungkan menjadi lapisan salutan komposit untuk mendapatkan prestasi yang diingini. Trend ini akan terus berkembang pada masa hadapan – terutamanya melalui sistem salutan dan proses salutan baharu, seperti teknologi salutan hibrid penyejatan arka dan percikan HI3 (High Ionization Triple) yang menggabungkan tiga proses salutan terion tinggi menjadi satu.
Sebagai salutan serba boleh, salutan berasaskan titanium-silikon (TiSi) menawarkan kebolehmesinan yang sangat baik. Salutan ini boleh digunakan untuk memproses kedua-dua keluli kekerasan tinggi dengan kandungan karbida yang berbeza (kekerasan teras sehingga HRC 65) dan keluli kekerasan sederhana (kekerasan teras HRC 40). Reka bentuk struktur salutan boleh disesuaikan dengan sewajarnya kepada aplikasi pemesinan yang berbeza. Hasilnya, alat pemotong bersalut berasaskan silikon titanium boleh digunakan untuk memotong dan memproses pelbagai jenis bahan kerja daripada keluli aloi tinggi, aloi rendah kepada keluli keras dan aloi titanium. Ujian pemotongan kemasan tinggi pada bahan kerja rata (kekerasan HRC 44) telah menunjukkan bahawa alat pemotong bersalut boleh meningkatkan jangka hayatnya hampir dua kali ganda dan mengurangkan kekasaran permukaan kira-kira 10 kali ganda.
Salutan berasaskan titanium-silikon meminimumkan penggilapan permukaan berikutnya. Salutan sedemikian dijangka akan digunakan dalam pemprosesan dengan kelajuan pemotongan yang tinggi, suhu tepi yang tinggi dan kadar penyingkiran logam yang tinggi.
Bagi beberapa salutan PVD lain (terutamanya salutan mikro-aloi), syarikat salutan juga bekerjasama rapat dengan pemproses untuk menyelidik dan membangunkan pelbagai penyelesaian pemprosesan permukaan yang dioptimumkan. Oleh itu, penambahbaikan yang ketara dalam kecekapan pemesinan, penggunaan alat pemotong, kualiti pemesinan dan interaksi antara bahan, salutan dan pemesinan adalah mungkin dan boleh digunakan secara praktikal. Dengan bekerjasama dengan rakan kongsi salutan profesional, pengguna boleh meningkatkan kecekapan penggunaan alat mereka sepanjang kitaran hayat mereka.
Masa siaran: 07 Nov-2022