Премази алата за резање побољшавају својства трења и хабања алата за резање, због чега су неопходни у операцијама резања. Већ дуги низ година, добављачи технологије површинске обраде развијају прилагођена решења за премазивање како би побољшали отпорност на хабање алата за резање, ефикасност обраде и век трајања. Јединствени изазов долази од пажње и оптимизације четири елемента: (i) обрада површина алата за резање пре и после премазивања; (ii) материјали за премазивање; (iii) структуре премазивања; и (iv) интегрисана технологија обраде за премазане алате за резање.
Извори хабања алата за резање
Током процеса резања, неки механизми хабања се јављају у зони контакта између алата за резање и материјала обратка. На пример, хабање услед везивања између струготине и површине реза, абразивно хабање алата тврдим тачкама у материјалу обратка и хабање изазвано хемијским реакцијама трења (хемијске реакције материјала изазване механичким деловањем и високим температурама). Пошто ова напрезања трења смањују силу сечења алата за резање и скраћују век трајања алата, она углавном утичу на ефикасност обраде алата за резање.
Површински премаз смањује ефекат трења, док основни материјал алата за резање подржава премаз и апсорбује механички напон. Побољшане перформансе система трења могу уштедети материјал и смањити потрошњу енергије, поред повећања продуктивности.
Улога премаза у смањењу трошкова обраде
Век трајања алата за резање је важан фактор трошкова у производном циклусу. Између осталог, век трајања алата за резање може се дефинисати као време у којем се машина може обрађивати без прекида пре него што је потребно одржавање. Што је век трајања алата за резање дужи, то су мањи трошкови због прекида у производњи и мање је посла одржавања које машина мора да обави.
Чак и при веома високим температурама резања, век трајања алата за резање може се продужити премазивањем, чиме се значајно смањују трошкови обраде. Поред тога, премазивање алата за резање може смањити потребу за мазивим течностима. Не само да смањује трошкове материјала, већ помаже и у заштити животне средине.
Утицај обраде пре и после премазивања на продуктивност
У савременим операцијама резања, алати за резање морају да подносе високе притиске (>2 GPa), високе температуре и сталне циклусе термичког напрезања. Пре и после наношења премаза на алат за резање, он мора бити третиран одговарајућим поступком.
Пре наношења премаза на алат за резање, могу се користити различите методе претходне обраде како би се припремили за наредни процес наношења премаза, уз значајно побољшање приањања премаза. Радећи заједно са премазом, припрема резне ивице алата такође може повећати брзину резања и брзину помака, и продужити век трајања алата за резање.
Накнадна обрада премаза (припрема ивица, обрада површине и структурирање) такође игра одлучујућу улогу у оптимизацији алата за резање, посебно у спречавању могућег превременог хабања услед стварања струготине (лепљење материјала обратка за резну ивицу алата).
Разматрања и избор премаза
Захтеви за перформансе премаза могу бити веома различити. У условима обраде где је температура резне ивице висока, карактеристике отпорности премаза на топлоту и хабање постају изузетно важне. Очекује се да модерни премази такође треба да имају следеће карактеристике: одличне перформансе на високим температурама, отпорност на оксидацију, високу тврдоћу (чак и на високим температурама) и микроскопску жилавост (пластичност) захваљујући дизајну наноструктурираних слојева.
За ефикасне алате за резање, оптимизована адхезија премаза и разумна расподела заосталих напона су два одлучујућа фактора. Прво, потребно је узети у обзир интеракцију између материјала подлоге и материјала премаза. Друго, требало би да постоји што мањи афинитет између материјала премаза и материјала који се обрађује. Могућност адхезије између премаза и радног предмета може се значајно смањити коришћењем одговарајуће геометрије алата и полирањем премаза.
Премази на бази алуминијума (нпр. AlTiN) се често користе као премази за алате за резање у индустрији резања. Под дејством високих температура резања, ови премази на бази алуминијума могу формирати танак и густ слој алуминијум оксида који се континуирано обнавља током обраде, штитећи премаз и материјал подлоге испод њега од оксидативног напада.
Тврдоћа и отпорност премаза на оксидацију могу се подесити променом садржаја алуминијума и структуре премаза. На пример, повећањем садржаја алуминијума, коришћењем наноструктура или микролегирања (тј. легирањем са елементима са ниским садржајем), може се побољшати отпорност премаза на оксидацију.
Поред хемијског састава материјала премаза, промене у структури премаза могу значајно утицати на перформансе премаза. Различите перформансе алата за резање зависе од расподеле различитих елемената у микроструктури премаза.
Данас се неколико појединачних слојева премаза са различитим хемијским саставима може комбиновати у композитни слој премаза како би се постигле жељене перформансе. Овај тренд ће се наставити развијати у будућности – посебно кроз нове системе премазивања и процесе премазивања, као што је HI3 (High Ionization Triple) технологија лучног испаравања и распршивања која комбинује три високо јонизована процеса премазивања у један.
Као свестрани премаз, премази на бази титанијума и силицијума (TiSi) нуде одличну обрадивост. Ови премази се могу користити за обраду и челика високе тврдоће са различитим садржајем карбида (тврдоћа језгра до HRC 65) и челика средње тврдоће (тврдоћа језгра HRC 40). Дизајн структуре премаза може се прилагодити различитим применама обраде. Као резултат тога, алати за резање са премазом на бази титанијума и силикона могу се користити за сечење и обраду широког спектра материјала радних комада, од високолегираних, нисколегираних челика до каљених челика и легура титанијума. Тестови резања високе завршне обраде на равним радним комадима (тврдоћа HRC 44) показали су да алати за резање са премазом могу повећати свој век трајања скоро два пута и смањити храпавост површине за око 10 пута.
Премаз на бази титанијума и силицијума минимизира накнадно полирање површине. Очекује се да ће се такви премази користити у обради са високим брзинама резања, високим температурама ивица и великим брзинама уклањања метала.
За неке друге PVD премазе (посебно микролегиране премазе), компаније за премазе такође тесно сарађују са прерађивачима како би истражиле и развиле различита оптимизована решења за обраду површине. Стога су значајна побољшања у ефикасности обраде, коришћењу алата за резање, квалитету обраде и интеракцији између материјала, премаза и обраде могућа и практично применљива. Радећи са професионалним партнером за премазе, корисници могу повећати ефикасност коришћења својих алата током њиховог животног циклуса.
Време објаве: 07.11.2022.