Premazi za rezalna orodja izboljšajo trenje in obrabne lastnosti rezalnih orodij, zato so bistveni pri rezalnih operacijah. Ponudniki tehnologije za površinsko obdelavo že vrsto let razvijajo prilagojene rešitve za premaze, s katerimi izboljšujejo odpornost rezalnih orodij proti obrabi, učinkovitost obdelave in življenjsko dobo. Edinstven izziv izhaja iz pozornosti in optimizacije štirih elementov: (i) obdelave površin rezalnih orodij pred in po premazu; (ii) materialov za premaze; (iii) struktur premazov; in (iv) integrirane tehnologije obdelave za prevlečena rezalna orodja.
Viri obrabe rezalnega orodja
Med postopkom rezanja se v kontaktnem območju med rezalnim orodjem in materialom obdelovanca pojavljajo nekateri mehanizmi obrabe. Na primer, vezana obraba med odrezkom in rezalno površino, abrazivna obraba orodja zaradi trdih konic v materialu obdelovanca in obraba, ki jo povzročajo torne kemične reakcije (kemične reakcije materiala, ki jih povzročajo mehansko delovanje in visoke temperature). Ker te torne napetosti zmanjšujejo rezalno silo rezalnega orodja in skrajšujejo njegovo življenjsko dobo, vplivajo predvsem na učinkovitost obdelave rezalnega orodja.
Površinski premaz zmanjšuje učinek trenja, medtem ko osnovni material rezalnega orodja podpira premaz in absorbira mehanske obremenitve. Izboljšana zmogljivost sistema trenja lahko prihrani material in zmanjša porabo energije ter poveča produktivnost.
Vloga premaza pri zmanjševanju stroškov obdelave
Življenjska doba rezalnega orodja je pomemben stroškovni dejavnik v proizvodnem ciklu. Med drugim lahko življenjsko dobo rezalnega orodja opredelimo kot čas, ki ga je mogoče s strojem obdelati brez prekinitve, preden je potrebno vzdrževanje. Daljša kot je življenjska doba rezalnega orodja, nižji so stroški zaradi prekinitev proizvodnje in manj vzdrževalnih del mora stroj opraviti.
Tudi pri zelo visokih temperaturah rezanja je mogoče s prevleko podaljšati življenjsko dobo rezalnega orodja, s čimer se znatno zmanjšajo stroški obdelave. Poleg tega lahko prevleka rezalnega orodja zmanjša potrebo po mazalnih tekočinah. To ne le zmanjša stroške materiala, temveč tudi pomaga varovati okolje.
Vpliv predhodne in naknadne obdelave na produktivnost
Pri sodobnih rezalnih postopkih morajo rezalna orodja prenesti visoke tlake (> 2 GPa), visoke temperature in stalne cikle toplotnih obremenitev. Pred in po nanosu prevleke je treba rezalno orodje obdelati z ustreznim postopkom.
Pred nanašanjem prevleke na rezalno orodje se lahko uporabijo različne metode predobdelave za pripravo na nadaljnji postopek nanašanja prevleke, hkrati pa se znatno izboljša oprijem prevleke. V povezavi s prevleko lahko priprava rezalnega roba orodja poveča tudi hitrost rezanja in podajanje ter podaljša življenjsko dobo rezalnega orodja.
Naknadna obdelava prevleke (priprava robov, obdelava površine in strukturiranje) ima prav tako odločilno vlogo pri optimizaciji rezalnega orodja, zlasti pri preprečevanju morebitne prezgodnje obrabe zaradi nastajanja odrezkov (lepljenje materiala obdelovanca na rezalni rob orodja).
Premisleki in izbira premaza
Zahteve glede delovanja prevleke so lahko zelo različne. V pogojih obdelave, kjer je temperatura rezalnega roba visoka, postanejo toplotno odporne lastnosti prevleke izjemno pomembne. Pričakuje se, da bi morale imeti sodobne prevleke tudi naslednje lastnosti: odlično delovanje pri visokih temperaturah, odpornost proti oksidaciji, visoko trdoto (tudi pri visokih temperaturah) in mikroskopsko žilavost (plastičnost) zaradi zasnove nanostrukturiranih plasti.
Za učinkovita rezalna orodja sta optimizirana adhezija prevleke in razumna porazdelitev preostalih napetosti dva odločilna dejavnika. Prvič, upoštevati je treba interakcijo med materialom podlage in materialom prevleke. Drugič, med materialom prevleke in materialom, ki ga je treba obdelati, mora biti čim manjša afiniteta. Možnost adhezije med prevleko in obdelovancem je mogoče znatno zmanjšati z uporabo ustrezne geometrije orodja in poliranjem prevleke.
Premazi na osnovi aluminija (npr. AlTiN) se pogosto uporabljajo kot premazi za rezalna orodja v industriji rezanja. Pod vplivom visokih temperatur rezanja lahko ti premazi na osnovi aluminija tvorijo tanko in gosto plast aluminijevega oksida, ki se med obdelavo nenehno obnavlja ter ščiti premaz in substrat pred oksidativnimi napadi.
Trdoto in odpornost proti oksidaciji prevleke je mogoče prilagoditi s spreminjanjem vsebnosti aluminija in strukture prevleke. Na primer, s povečanjem vsebnosti aluminija, uporabo nanostruktur ali mikrolegiranja (tj. legiranja z elementi z nizko vsebnostjo) je mogoče izboljšati odpornost prevleke proti oksidaciji.
Poleg kemične sestave materiala prevleke lahko na njeno delovanje pomembno vplivajo tudi spremembe v strukturi prevleke. Različna zmogljivost rezalnega orodja je odvisna od porazdelitve različnih elementov v mikrostrukturi prevleke.
Dandanes je mogoče več posameznih premaznih slojev z različnimi kemičnimi sestavami združiti v kompozitni premazni sloj, da se doseže želena zmogljivost. Ta trend se bo v prihodnosti še naprej razvijal – zlasti z novimi sistemi in postopki nanašanja premazov, kot je hibridna tehnologija nanosa premazov HI3 (High Ionization Triple) z obločnim naparjanjem in naprševanjem, ki združuje tri visoko ionizirane postopke nanašanja premazov v enega.
Kot vsestranski premaz ponujajo premazi na osnovi titana in silicija (TiSi) odlično obdelovalnost. Ti premazi se lahko uporabljajo za obdelavo tako visokotrdnih jekel z različno vsebnostjo karbidov (trdota jedra do HRC 65) kot srednjetrdnih jekel (trdota jedra HRC 40). Zasnovo strukture premaza je mogoče prilagoditi različnim aplikacijam obdelave. Posledično se lahko rezalna orodja s prevleko na osnovi titana in silikona uporabljajo za rezanje in obdelavo širokega nabora materialov obdelovancev, od visokolegiranih in nizkolegiranih jekel do kaljenih jekel in titanovih zlitin. Preskusi rezanja z visoko končno obdelavo ravnih obdelovancev (trdota HRC 44) so pokazali, da lahko prevlečena rezalna orodja skoraj podvojijo svojo življenjsko dobo in zmanjšajo hrapavost površine za približno 10-krat.
Premaz na osnovi titana in silicija zmanjšuje naknadno poliranje površine. Pričakuje se, da se bodo takšni premazi uporabljali pri obdelavi z visokimi hitrostmi rezanja, visokimi temperaturami robov in visokimi stopnjami odstranjevanja kovine.
Pri nekaterih drugih PVD prevlekah (zlasti mikrolegiranih prevlekah) podjetja za premaze tesno sodelujejo s predelovalci pri raziskovanju in razvoju različnih optimiziranih rešitev za obdelavo površin. Zato so možne in praktično uporabne znatne izboljšave učinkovitosti obdelave, uporabe rezalnega orodja, kakovosti obdelave in interakcije med materialom, prevleko in obdelavo. S sodelovanjem s profesionalnim partnerjem za premaze lahko uporabniki povečajo učinkovitost izkoriščanja svojih orodij skozi celoten njihov življenjski cikel.
Čas objave: 7. november 2022