Revestimentos para ferramentas de corte melhoram as propriedades de atrito e desgaste das ferramentas de corte, tornando-os essenciais em operações de corte. Há muitos anos, fornecedores de tecnologia de processamento de superfície vêm desenvolvendo soluções de revestimento personalizadas para melhorar a resistência ao desgaste, a eficiência da usinagem e a vida útil das ferramentas de corte. O desafio singular advém da atenção e otimização de quatro elementos: (i) processamento pré e pós-revestimento das superfícies das ferramentas de corte; (ii) materiais de revestimento; (iii) estruturas de revestimento; e (iv) tecnologia de processamento integrado para ferramentas de corte revestidas.
Fontes de desgaste da ferramenta de corte
Durante o processo de corte, ocorrem alguns mecanismos de desgaste na zona de contato entre a ferramenta de corte e o material da peça. Por exemplo, desgaste por aderência entre o cavaco e a superfície de corte, desgaste abrasivo da ferramenta por pontos duros no material da peça e desgaste causado por reações químicas de atrito (reações químicas do material causadas por ação mecânica e altas temperaturas). Como essas tensões de atrito reduzem a força de corte da ferramenta de corte e encurtam sua vida útil, elas afetam principalmente a eficiência de usinagem da ferramenta de corte.
O revestimento da superfície reduz o efeito do atrito, enquanto o material da base da ferramenta de corte suporta o revestimento e absorve o estresse mecânico. O desempenho aprimorado do sistema de atrito pode economizar material e reduzir o consumo de energia, além de aumentar a produtividade.
O papel do revestimento na redução dos custos de processamento
A vida útil da ferramenta de corte é um fator de custo importante no ciclo de produção. Entre outras coisas, a vida útil da ferramenta de corte pode ser definida como o tempo que uma máquina pode ser usinada sem interrupção antes que a manutenção seja necessária. Quanto maior a vida útil da ferramenta de corte, menores os custos devido a interrupções na produção e menos trabalho de manutenção a máquina precisa realizar.
Mesmo em temperaturas de corte muito altas, a vida útil da ferramenta de corte pode ser estendida com o revestimento, reduzindo significativamente os custos de usinagem. Além disso, o revestimento da ferramenta de corte pode reduzir a necessidade de fluidos lubrificantes. Isso não apenas reduz os custos de material, como também ajuda a proteger o meio ambiente.
Efeito do processamento pré e pós-revestimento na produtividade
Nas operações de corte modernas, as ferramentas de corte precisam suportar altas pressões (> 2 GPa), altas temperaturas e ciclos constantes de estresse térmico. Antes e depois do revestimento, a ferramenta de corte deve ser tratada com o processo apropriado.
Antes do revestimento da ferramenta de corte, diversos métodos de pré-tratamento podem ser utilizados para preparar o processo de revestimento subsequente, melhorando significativamente a aderência do revestimento. A preparação da aresta de corte da ferramenta, em conjunto com o revestimento, também pode aumentar a velocidade de corte e o avanço, além de prolongar a vida útil da ferramenta.
O pós-processamento do revestimento (preparação da aresta, processamento da superfície e estruturação) também desempenha um papel determinante na otimização da ferramenta de corte, em particular para evitar possível desgaste precoce pela formação de cavacos (ligação do material da peça à aresta de corte da ferramenta).
Considerações e seleção de revestimento
Os requisitos para o desempenho do revestimento podem ser muito diferentes. Em condições de usinagem com alta temperatura da aresta de corte, as características de resistência ao desgaste do revestimento tornam-se extremamente importantes. Espera-se que os revestimentos modernos também apresentem as seguintes características: excelente desempenho em altas temperaturas, resistência à oxidação, alta dureza (mesmo em altas temperaturas) e tenacidade microscópica (plasticidade) por meio do design de camadas nanoestruturadas.
Para ferramentas de corte eficientes, a aderência otimizada do revestimento e uma distribuição adequada das tensões residuais são dois fatores decisivos. Primeiramente, a interação entre o material do substrato e o material do revestimento deve ser considerada. Em segundo lugar, deve haver a menor afinidade possível entre o material do revestimento e o material a ser processado. A possibilidade de aderência entre o revestimento e a peça pode ser significativamente reduzida com o uso de uma geometria de ferramenta adequada e o polimento do revestimento.
Revestimentos à base de alumínio (por exemplo, AlTiN) são comumente utilizados como revestimentos de ferramentas de corte na indústria de corte. Sob a ação de altas temperaturas de corte, esses revestimentos à base de alumínio podem formar uma camada fina e densa de óxido de alumínio que se renova continuamente durante a usinagem, protegendo o revestimento e o material do substrato sob ele do ataque oxidativo.
A dureza e a resistência à oxidação de um revestimento podem ser ajustadas alterando o teor de alumínio e a estrutura do revestimento. Por exemplo, aumentando o teor de alumínio, utilizando nanoestruturas ou microligações (ou seja, ligas com elementos de baixo teor), a resistência à oxidação do revestimento pode ser melhorada.
Além da composição química do material de revestimento, alterações na estrutura do revestimento podem afetar significativamente seu desempenho. O desempenho diferenciado das ferramentas de corte depende da distribuição dos diversos elementos na microestrutura do revestimento.
Atualmente, várias camadas de revestimento com diferentes composições químicas podem ser combinadas em uma camada de revestimento composta para obter o desempenho desejado. Essa tendência continuará a se desenvolver no futuro, especialmente com novos sistemas e processos de revestimento, como a tecnologia híbrida de revestimento por evaporação a arco e pulverização catódica HI3 (High Ionization Triple), que combina três processos de revestimento altamente ionizados em um só.
Como um revestimento completo, os revestimentos à base de titânio-silício (TiSi) oferecem excelente usinabilidade. Esses revestimentos podem ser usados para processar aços de alta dureza com diferentes teores de carboneto (dureza do núcleo até HRC 65) e aços de dureza média (dureza do núcleo HRC 40). O design da estrutura do revestimento pode ser adaptado de acordo com as diferentes aplicações de usinagem. Como resultado, ferramentas de corte revestidas à base de titânio-silício podem ser usadas para cortar e processar uma ampla gama de materiais de peças de trabalho, desde aços de alta liga e baixa liga até aços endurecidos e ligas de titânio. Testes de corte de alto acabamento em peças planas (dureza HRC 44) mostraram que ferramentas de corte revestidas podem aumentar sua vida útil em quase duas vezes e reduzir a rugosidade da superfície em cerca de 10 vezes.
O revestimento à base de titânio-silício minimiza o polimento superficial subsequente. Espera-se que tais revestimentos sejam utilizados em processos com altas velocidades de corte, altas temperaturas de aresta e altas taxas de remoção de metal.
Para alguns outros revestimentos PVD (especialmente revestimentos microligados), as empresas de revestimento também estão trabalhando em estreita colaboração com processadores para pesquisar e desenvolver diversas soluções otimizadas de processamento de superfície. Portanto, melhorias significativas na eficiência da usinagem, no uso de ferramentas de corte, na qualidade da usinagem e na interação entre material, revestimento e usinagem são possíveis e aplicáveis na prática. Ao trabalhar com um parceiro profissional em revestimento, os usuários podem aumentar a eficiência de utilização de suas ferramentas ao longo de seu ciclo de vida.
Horário da postagem: 07/11/2022