Даже при очень высоких температурах резания срок службы режущего инструмента можно продлить за счет нанесения покрытия, что значительно снижает затраты на обработку. Кроме того, покрытие режущего инструмента может уменьшить потребность в смазочных жидкостях. Это не только снижает затраты на материалы, но и способствует защите окружающей среды.
Влияние предварительной и последующей обработки покрытия на производительность
В современных процессах резки режущие инструменты должны выдерживать высокое давление (>2 ГПа), высокие температуры и постоянные циклы термических напряжений. До и после нанесения покрытия на режущий инструмент необходимо проводить соответствующую обработку.
Перед нанесением покрытия на режущий инструмент можно использовать различные методы предварительной обработки для подготовки к последующему процессу нанесения покрытия, что значительно улучшает адгезию покрытия. В сочетании с нанесением покрытия подготовка режущей кромки инструмента также может увеличить скорость резания и подачу, а также продлить срок службы режущего инструмента.
Постобработка покрытия (подготовка кромки, обработка поверхности и структурирование) также играет определяющую роль в оптимизации режущего инструмента, в частности, для предотвращения возможного преждевременного износа из-за образования стружки (слипания материала заготовки с режущей кромкой инструмента).
Вопросы выбора и учета особенностей покрытия
Требования к эксплуатационным характеристикам покрытий могут быть очень разными. В условиях обработки, когда температура режущей кромки высока, жаростойкость и износостойкость покрытия приобретают чрезвычайно важное значение. Ожидается, что современные покрытия также будут обладать следующими характеристиками: превосходная термостойкость, стойкость к окислению, высокая твердость (даже при высоких температурах) и микроскопическая прочность (пластичность) за счет создания наноструктурированных слоев.
Для эффективной работы режущих инструментов решающими факторами являются оптимизированная адгезия покрытия и рациональное распределение остаточных напряжений. Во-первых, необходимо учитывать взаимодействие между материалом подложки и материалом покрытия. Во-вторых, необходимо свести к минимуму сродство между материалом покрытия и обрабатываемым материалом. Вероятность адгезии между покрытием и заготовкой может быть значительно снижена за счет использования соответствующей геометрии инструмента и полировки покрытия.
Покрытия на основе алюминия (например, AlTiN) широко используются в качестве покрытий для режущих инструментов в обрабатывающей промышленности. Под воздействием высоких температур резания эти покрытия на основе алюминия образуют тонкий и плотный слой оксида алюминия, который постоянно обновляется в процессе обработки, защищая покрытие и подложку под ним от окислительного воздействия.
Твердость и стойкость к окислению покрытия можно регулировать, изменяя содержание алюминия и структуру покрытия. Например, за счет увеличения содержания алюминия, использования наноструктур или микролегирования (т.е. легирования элементами с низким содержанием) можно улучшить стойкость покрытия к окислению.
Помимо химического состава материала покрытия, изменения в его структуре могут существенно влиять на эксплуатационные характеристики. Различная эффективность режущего инструмента зависит от распределения различных элементов в микроструктуре покрытия.
В настоящее время несколько отдельных слоев покрытия с различным химическим составом могут быть объединены в композитное покрытие для достижения желаемых характеристик. Эта тенденция будет продолжать развиваться в будущем, особенно благодаря новым системам и процессам нанесения покрытий, таким как гибридная технология нанесения покрытий методом дугового испарения с высокой ионизацией (HI3) и магнетронного распыления, которая объединяет три процесса нанесения покрытий с высокой ионизацией в один.
В качестве универсального покрытия титано-кремниевые (TiSi) покрытия обеспечивают превосходную обрабатываемость. Эти покрытия могут использоваться для обработки как высокотвердых сталей с различным содержанием карбидов (твердость сердцевины до HRC 65), так и сталей средней твердости (твердость сердцевины HRC 40). Конструкция покрытия может быть адаптирована к различным задачам обработки. В результате, режущие инструменты с титано-кремниевым покрытием могут использоваться для резки и обработки широкого спектра материалов заготовок, от высоколегированных и низколегированных сталей до закаленных сталей и титановых сплавов. Испытания на высокое качество резки плоских заготовок (твердость HRC 44) показали, что режущие инструменты с покрытием могут увеличить срок их службы почти в два раза и уменьшить шероховатость поверхности примерно в 10 раз.
Покрытие на основе титана и кремния сводит к минимуму последующую полировку поверхности. Ожидается, что такие покрытия будут использоваться в процессах с высокими скоростями резания, высокими температурами кромок и высокой скоростью съема металла.
Для некоторых других PVD-покрытий (особенно микролегированных) компании, занимающиеся нанесением покрытий, также тесно сотрудничают с переработчиками для исследования и разработки различных оптимизированных решений по обработке поверхности. Таким образом, становятся возможными и практически применимыми значительные улучшения в эффективности обработки, использовании режущего инструмента, качестве обработки и взаимодействии между материалом, покрытием и обрабатываемым материалом. Сотрудничая с профессиональным партнером по нанесению покрытий, пользователи могут повысить эффективность использования своих инструментов на протяжении всего их жизненного цикла.
– Данная статья опубликованапроизводитель вакуумных напыляемых машинГуандун Чжэньхуа
Дата публикации: 29 февраля 2024 г.