Beläggningar av skärverktyg förbättrar friktions- och slitageegenskaperna hos skärverktyg, vilket är anledningen till att de är viktiga vid skäroperationer.Under många år har leverantörer av ytbearbetningsteknik utvecklat skräddarsydda beläggningslösningar för att förbättra skärverktygens slitstyrka, bearbetningseffektivitet och livslängd.Den unika utmaningen kommer från uppmärksamheten och optimeringen av fyra element: (i) för- och efterbeläggning av skärverktygsytor;(ii) beläggningsmaterial;(iii) beläggningsstrukturer;och (iv) integrerad bearbetningsteknik för belagda skärverktyg.
Slitagekällor för skärverktyg
Under skärprocessen uppstår vissa slitagemekanismer i kontaktzonen mellan skärverktyget och arbetsstyckets material.Till exempel limförslitning mellan spånan och skärytan, nötande slitage på verktyget genom hårda punkter i arbetsstyckets material och slitage orsakat av friktionskemiska reaktioner (kemiska reaktioner av materialet orsakade av mekanisk påverkan och höga temperaturer).Eftersom dessa friktionsspänningar minskar skärkraften hos skärverktyget och förkortar verktygets livslängd, påverkar de främst skärverktygets bearbetningseffektivitet.
Ytbeläggningen minskar effekten av friktion, medan skärverktygets basmaterial stödjer beläggningen och absorberar mekanisk påfrestning.Friktionssystemets förbättrade prestanda kan spara material och minska energiförbrukningen förutom att öka produktiviteten.
Beläggningens roll för att minska bearbetningskostnaderna
Livslängden för skärverktyg är en viktig kostnadsfaktor i produktionscykeln.Bland annat kan skärverktygets livslängd definieras som att tiden för en maskin kan bearbetas utan avbrott innan underhåll krävs.Ju längre skärverktygets livslängd, desto lägre kostnader på grund av produktionsavbrott och desto mindre underhållsarbete behöver maskinen göra.
Även vid mycket höga skärtemperaturer kan skärverktygets livslängd förlängas med beläggning, vilket avsevärt minskar bearbetningskostnaderna.Dessutom kan skärverktygsbeläggning minska behovet av smörjvätskor.Minskar inte bara materialkostnaderna, utan hjälper också till att skydda miljön.
Effekt av för- och efterbeläggningsbearbetning på produktiviteten
I moderna skäroperationer måste skärverktyg tåla höga tryck (>2 GPa), höga temperaturer och konstanta cykler av termisk stress.Före och efter beläggningen av skärverktyget måste det behandlas med lämplig process.
Innan beläggning av skärverktyg kan olika förbehandlingsmetoder användas för att förbereda den efterföljande beläggningsprocessen, samtidigt som beläggningens vidhäftning förbättras avsevärt.Genom att arbeta tillsammans med beläggningen kan förberedelsen av verktygets skäregg också öka skärhastigheten och matningshastigheten och förlänga skärverktygets livslängd.
Efterbearbetningen av beläggningen (kantförberedelse, ytbearbetning och strukturering) spelar också en avgörande roll för optimeringen av skärverktyget, särskilt för att förhindra eventuellt tidigt slitage genom spånbildning (bindning av arbetsstyckets material till skäreggen på verktyg).
Beläggningsöverväganden och val
Kraven på beläggningsprestanda kan vara mycket olika.Under bearbetningsförhållanden där skärkantstemperaturen är hög blir beläggningens värmebeständiga slitageegenskaper extremt viktiga.Det förväntas att moderna beläggningar också ska ha följande egenskaper: utmärkt prestanda vid hög temperatur, oxidationsbeständighet, hög hårdhet (även vid höga temperaturer) och mikroskopisk seghet (plasticitet) genom design av nanostrukturerade lager.
För effektiva skärverktyg är optimerad beläggningsvidhäftning och en rimlig fördelning av restspänningar två avgörande faktorer.För det första måste interaktionen mellan substratmaterialet och beläggningsmaterialet beaktas.För det andra bör det finnas så liten affinitet som möjligt mellan beläggningsmaterialet och materialet som ska bearbetas.Möjligheten för vidhäftning mellan beläggningen och arbetsstycket kan reduceras avsevärt genom att använda en lämplig verktygsgeometri och polera beläggningen.
Aluminiumbaserade beläggningar (t.ex. AlTiN) används ofta som skärverktygsbeläggningar inom skärindustrin.Under inverkan av höga skärtemperaturer kan dessa aluminiumbaserade beläggningar bilda ett tunt och tätt skikt av aluminiumoxid som kontinuerligt förnyar sig under bearbetning, skyddar beläggningen och substratmaterialet under den från oxidativt angrepp.
Hårdheten och oxidationsbeständigheten hos en beläggning kan justeras genom att ändra aluminiuminnehållet och beläggningsstrukturen.Till exempel, genom att öka aluminiumhalten, använda nanostrukturer eller mikrolegering (dvs legering med låghaltiga element), kan beläggningens oxidationsbeständighet förbättras.
Förutom den kemiska sammansättningen av beläggningsmaterialet kan förändringar i beläggningsstrukturen avsevärt påverka beläggningens prestanda.De olika skärverktygets prestanda beror på fördelningen av de olika elementen i beläggningens mikrostruktur.
Nuförtiden kan flera enkla beläggningsskikt med olika kemiska sammansättningar kombineras till ett kompositbeläggningsskikt för att erhålla önskad prestanda.Denna trend kommer att fortsätta att utvecklas i framtiden – särskilt genom nya beläggningssystem och beläggningsprocesser, såsom HI3 (High Ionization Triple) bågförångning och sputtering hybrid beläggningsteknik som kombinerar tre högjoniserade beläggningsprocesser till en.
Som en allroundbeläggning erbjuder titan-kiselbaserade (TiSi) beläggningar utmärkt bearbetningsförmåga.Dessa beläggningar kan användas för bearbetning av både höghårda stål med olika karbidhalter (kärnhårdhet upp till HRC 65) och medelhårda stål (kärnhårdhet HRC 40).Utformningen av beläggningsstrukturen kan anpassas efter de olika bearbetningsapplikationerna.Som ett resultat kan titansilikonbaserade belagda skärverktyg användas för skärning och bearbetning av ett brett utbud av arbetsstyckesmaterial från höglegerade, låglegerade stål till härdade stål och titanlegeringar.Skärtester med hög finish på plana arbetsstycken (hårdhet HRC 44) har visat att belagda skärverktyg kan öka dess livslängd med nästan två gånger och minska ytjämnheten med cirka 10 gånger.
Den titan-kiselbaserade beläggningen minimerar efterföljande ytpolering.Sådana beläggningar förväntas användas vid bearbetning med höga skärhastigheter, höga kanttemperaturer och höga metallavlägsningshastigheter.
För vissa andra PVD-beläggningar (särskilt mikrolegerade beläggningar) arbetar beläggningsföretag också i nära samarbete med processorer för att forska och utveckla olika optimerade ytbearbetningslösningar.Därför är betydande förbättringar av bearbetningseffektivitet, skärverktygsanvändning, bearbetningskvalitet och samspelet mellan material, beläggning och bearbetning möjliga och praktiskt användbara.Genom att samarbeta med en professionell beläggningspartner kan användare öka användningseffektiviteten för sina verktyg under hela sin livscykel.
Posttid: 2022-nov-07