Povlaky rezných nástrojov zlepšujú vlastnosti trenia a opotrebovania rezných nástrojov, a preto sú nevyhnutné pri rezných operáciách.Poskytovatelia technológie povrchového spracovania už mnoho rokov vyvíjajú prispôsobené riešenia povlakov na zlepšenie odolnosti rezných nástrojov proti opotrebovaniu, účinnosti obrábania a životnosti.Jedinečná výzva vychádza z pozornosti a optimalizácie štyroch prvkov: (i) predbežné a následné spracovanie povrchov rezných nástrojov;ii) náterové materiály;(iii) povlakové štruktúry;a (iv) integrovaná technológia spracovania pre povlakované rezné nástroje.
Zdroje opotrebovania rezného nástroja
Počas procesu rezania dochádza v kontaktnej zóne medzi rezným nástrojom a materiálom obrobku k niektorým mechanizmom opotrebovania.Napríklad opotrebenie viazané medzi trieskou a reznou plochou, abrazívne opotrebenie nástroja tvrdými bodmi v materiáli obrobku a opotrebenie spôsobené trecími chemickými reakciami (chemické reakcie materiálu spôsobené mechanickým pôsobením a vysokými teplotami).Keďže tieto trecie napätia znižujú reznú silu rezného nástroja a skracujú životnosť nástroja, ovplyvňujú najmä efektivitu obrábania rezného nástroja.
Povrchová vrstva znižuje účinok trenia, zatiaľ čo základný materiál rezného nástroja podporuje povlak a absorbuje mechanické namáhanie.Zlepšený výkon trecieho systému môže okrem zvýšenia produktivity šetriť materiál a znížiť spotrebu energie.
Úloha povlaku pri znižovaní nákladov na spracovanie
Životnosť rezného nástroja je dôležitým nákladovým faktorom vo výrobnom cykle.Okrem iného možno životnosť rezného nástroja definovať tak, že čas stroja môže byť obrobený bez prerušenia predtým, ako je potrebná údržba.Čím dlhšia je životnosť rezného nástroja, tým nižšie sú náklady v dôsledku prerušenia výroby a tým menej údržbárskych prác musí stroj vykonať.
Dokonca aj pri veľmi vysokých teplotách rezania je možné predĺžiť životnosť rezného nástroja povlakom, čím sa výrazne znížia náklady na obrábanie.Okrem toho môže povlak rezného nástroja znížiť potrebu mazacích kvapalín.Nielenže znižuje náklady na materiál, ale tiež pomáha chrániť životné prostredie.
Vplyv predbežného a následného spracovania na produktivitu
V moderných rezných operáciách musia rezné nástroje znášať vysoké tlaky (>2 GPa), vysoké teploty a konštantné cykly tepelného namáhania.Pred a po nanesení povlaku na rezný nástroj je potrebné ho ošetriť príslušným procesom.
Pred povlakovaním rezného nástroja je možné použiť rôzne spôsoby predbežnej úpravy na prípravu následného procesu povlakovania, pričom sa výrazne zlepší priľnavosť povlaku.Vďaka spolupráci s povlakom môže príprava reznej hrany nástroja tiež zvýšiť rýchlosť rezania a rýchlosť posuvu a predĺžiť životnosť rezného nástroja.
Dodatočné spracovanie povlaku (príprava ostria, povrchové opracovanie a štruktúrovanie) zohráva rozhodujúcu úlohu aj pri optimalizácii rezného nástroja, najmä preto, aby sa predišlo možnému predčasnému opotrebovaniu tvorbou triesky (naviazanie materiálu obrobku na reznú hranu rezného nástroja). nástroj).
Úvahy a výber povlaku
Požiadavky na výkon povlaku môžu byť veľmi odlišné.V podmienkach obrábania, kde je teplota reznej hrany vysoká, sú vlastnosti povlaku odolné voči opotrebeniu mimoriadne dôležité.Očakáva sa, že moderné povlaky by mali mať aj tieto vlastnosti: vynikajúci výkon pri vysokých teplotách, odolnosť proti oxidácii, vysokú tvrdosť (aj pri vysokých teplotách) a mikroskopickú húževnatosť (plasticitu) vďaka dizajnu nanoštruktúrnych vrstiev.
Pre efektívne rezné nástroje sú dva rozhodujúce faktory optimalizovaná priľnavosť povlaku a rozumné rozloženie zvyškových napätí.Po prvé, je potrebné zvážiť interakciu medzi materiálom substrátu a materiálom náteru.Po druhé, medzi náterovým materiálom a materiálom, ktorý sa má spracovať, by mala byť čo najmenšia afinita.Možnosť adhézie medzi povlakom a obrobkom možno výrazne znížiť použitím vhodnej geometrie nástroja a vyleštením povlaku.
Povlaky na báze hliníka (napr. AlTiN) sa bežne používajú ako povlaky rezných nástrojov v priemysle rezania.Pôsobením vysokých teplôt rezania môžu tieto povlaky na báze hliníka vytvoriť tenkú a hustú vrstvu oxidu hlinitého, ktorá sa počas obrábania neustále obnovuje, chráni povlak a podkladový materiál pod ním pred oxidačným napadnutím.
Tvrdosť a odolnosť povlaku voči oxidácii je možné upraviť zmenou obsahu hliníka a štruktúry povlaku.Napríklad zvýšením obsahu hliníka, použitím nanoštruktúr alebo mikrolegovaním (tj legovaním prvkami s nízkym obsahom) možno zlepšiť odolnosť povlaku voči oxidácii.
Okrem chemického zloženia náterového materiálu môžu výkon náteru výrazne ovplyvniť aj zmeny v štruktúre náteru.Rozdielny výkon rezného nástroja závisí od rozloženia rôznych prvkov v mikroštruktúre povlaku.
V súčasnosti je možné kombinovať niekoľko jednotlivých vrstiev povlaku s rôznym chemickým zložením do kompozitnej povlakovej vrstvy, aby sa dosiahol požadovaný výkon.Tento trend sa bude v budúcnosti ďalej rozvíjať – najmä prostredníctvom nových náterových systémov a procesov nanášania, ako je technológia hybridného nanášania HI3 (High Ionization Triple) oblúkového naparovania a naprašovania, ktorá spája tri vysoko ionizované procesy nanášania do jedného.
Ako všestranný povlak ponúkajú povlaky na báze titánu a kremíka (TiSi) vynikajúcu opracovateľnosť.Tieto povlaky je možné použiť na spracovanie ocelí vysokej tvrdosti s rôznym obsahom karbidov (tvrdosť jadra do HRC 65), ako aj ocelí strednej tvrdosti (tvrdosť jadra HRC 40).Konštrukcia štruktúry povlaku môže byť prispôsobená rôznym aplikáciám obrábania.Výsledkom je, že rezné nástroje potiahnuté titánovým silikónom možno použiť na rezanie a spracovanie širokej škály materiálov obrobkov od vysokolegovaných, nízkolegovaných ocelí až po kalené ocele a zliatiny titánu.Testy rezania s vysokou povrchovou úpravou na plochých obrobkoch (tvrdosť HRC 44) ukázali, že rezné nástroje s povlakom môžu zvýšiť svoju životnosť takmer dvakrát a znížiť drsnosť povrchu asi 10-krát.
Povlak na báze titánu a kremíka minimalizuje následné leštenie povrchu.Očakáva sa, že takéto povlaky sa budú používať pri spracovaní s vysokými reznými rýchlosťami, vysokými teplotami hrán a vysokými rýchlosťami úberu kovu.
V prípade niektorých ďalších PVD povlakov (najmä mikrozliatinových povlakov) spoločnosti zaoberajúce sa nátermi tiež úzko spolupracujú so spracovateľmi na výskume a vývoji rôznych optimalizovaných riešení na spracovanie povrchov.Preto sú možné a prakticky použiteľné významné zlepšenia v účinnosti obrábania, používaní rezných nástrojov, kvalite obrábania a interakcii medzi materiálom, povlakom a obrábaním.Spoluprácou s profesionálnym lakovacím partnerom môžu používatelia zvýšiť efektivitu využitia svojich nástrojov počas ich životného cyklu.
Čas uverejnenia: 7. novembra 2022