แม้ในอุณหภูมิการตัดที่สูงมาก อายุการใช้งานของเครื่องมือตัดก็สามารถยืดออกไปได้ด้วยการเคลือบผิว ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก นอกจากนี้ การเคลือบผิวเครื่องมือตัดยังช่วยลดความจำเป็นในการใช้น้ำมันหล่อลื่น ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดต้นทุนวัสดุ แต่ยังช่วยรักษาสิ่งแวดล้อมอีกด้วย
ผลกระทบของกระบวนการก่อนและหลังการเคลือบต่อประสิทธิภาพการผลิต
ในการตัดเฉือนสมัยใหม่ เครื่องมือตัดต้องทนต่อแรงดันสูง (>2 GPa) อุณหภูมิสูง และความเครียดจากความร้อนอย่างต่อเนื่อง ก่อนและหลังการเคลือบผิวเครื่องมือตัด จะต้องผ่านกระบวนการที่เหมาะสม
ก่อนการเคลือบผิวเครื่องมือตัด สามารถใช้วิธีการเตรียมพื้นผิวต่างๆ เพื่อเตรียมพื้นผิวสำหรับการเคลือบในขั้นตอนต่อไป ซึ่งจะช่วยเพิ่มการยึดเกาะของสารเคลือบได้อย่างมาก นอกจากนี้ การเตรียมพื้นผิวคมตัดของเครื่องมือตัดควบคู่ไปกับการเคลือบ ยังสามารถเพิ่มความเร็วในการตัดและอัตราการป้อน และยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือตัดได้อีกด้วย
กระบวนการหลังการเคลือบผิว (การเตรียมคมตัด การปรับแต่งพื้นผิว และการสร้างโครงสร้าง) ยังมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องมือตัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพื่อป้องกันการสึกหรอเร็วเกินไปที่อาจเกิดขึ้นจากการก่อตัวของเศษวัสดุ (การยึดติดของวัสดุชิ้นงานกับคมตัดของเครื่องมือ)
ข้อควรพิจารณาและการเลือกใช้สารเคลือบผิว
ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของสารเคลือบอาจแตกต่างกันมาก ภายใต้สภาวะการตัดเฉือนที่อุณหภูมิคมตัดสูง คุณสมบัติการทนความร้อนของสารเคลือบจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง คาดว่าสารเคลือบสมัยใหม่ควรมีคุณสมบัติเพิ่มเติมดังต่อไปนี้: ประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิสูงดีเยี่ยม ความต้านทานต่อการออกซิเดชัน ความแข็งสูง (แม้ที่อุณหภูมิสูง) และความเหนียวระดับจุลภาค (ความยืดหยุ่น) ผ่านการออกแบบชั้นโครงสร้างระดับนาโน
เพื่อให้ได้เครื่องมือตัดที่มีประสิทธิภาพ การยึดเกาะของสารเคลือบที่เหมาะสมและการกระจายความเค้นตกค้างที่สมเหตุสมผลเป็นสองปัจจัยสำคัญ ประการแรก ต้องพิจารณาปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัสดุพื้นผิวและวัสดุเคลือบ ประการที่สอง ควรมีแรงดึงดูดระหว่างวัสดุเคลือบและวัสดุที่จะทำการแปรรูปให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ความเป็นไปได้ของการยึดเกาะระหว่างสารเคลือบและชิ้นงานสามารถลดลงได้อย่างมากโดยการใช้รูปทรงของเครื่องมือที่เหมาะสมและการขัดเงาสารเคลือบ
สารเคลือบที่มีอะลูมิเนียมเป็นส่วนประกอบ (เช่น AlTiN) นิยมใช้เป็นสารเคลือบสำหรับเครื่องมือตัดในอุตสาหกรรมการตัดเฉือน ภายใต้การทำงานของอุณหภูมิการตัดที่สูง สารเคลือบที่มีอะลูมิเนียมเป็นส่วนประกอบเหล่านี้สามารถสร้างชั้นออกไซด์ของอะลูมิเนียมที่บางและหนาแน่น ซึ่งจะสร้างใหม่เรื่อยๆ ในระหว่างการตัดเฉือน และช่วยปกป้องสารเคลือบและวัสดุพื้นผิวที่อยู่ด้านล่างจากการกัดกร่อนจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน
ความแข็งและความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของสารเคลือบสามารถปรับเปลี่ยนได้โดยการเปลี่ยนปริมาณอะลูมิเนียมและโครงสร้างของสารเคลือบ ตัวอย่างเช่น การเพิ่มปริมาณอะลูมิเนียม การใช้โครงสร้างระดับนาโน หรือการผสมโลหะในปริมาณน้อย (เช่น การผสมกับธาตุที่มีปริมาณต่ำ) สามารถช่วยเพิ่มความต้านทานการเกิดออกซิเดชันของสารเคลือบได้
นอกเหนือจากองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุเคลือบแล้ว การเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของสารเคลือบยังส่งผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพของสารเคลือบ ประสิทธิภาพของเครื่องมือตัดที่แตกต่างกันนั้นขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของธาตุต่างๆ ในโครงสร้างจุลภาคของสารเคลือบ
ในปัจจุบัน สามารถนำชั้นเคลือบเดี่ยวหลายชั้นที่มีองค์ประกอบทางเคมีแตกต่างกันมาผสมผสานกันเป็นชั้นเคลือบผสมเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่ต้องการ แนวโน้มนี้จะยังคงพัฒนาต่อไปในอนาคต โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านระบบการเคลือบและกระบวนการเคลือบแบบใหม่ๆ เช่น เทคโนโลยีการเคลือบแบบไฮบริด HI3 (High Ionization Triple) ซึ่งเป็นการผสมผสานกระบวนการเคลือบที่มีไอออนสูงสามกระบวนการเข้าด้วยกัน
สารเคลือบไทเทเนียม-ซิลิคอน (TiSi) เป็นสารเคลือบอเนกประสงค์ที่มีคุณสมบัติในการขึ้นรูปที่ดีเยี่ยม สามารถใช้ในการแปรรูปเหล็กที่มีความแข็งสูงและมีปริมาณคาร์ไบด์แตกต่างกัน (ความแข็งแกนกลางสูงถึง HRC 65) และเหล็กที่มีความแข็งปานกลาง (ความแข็งแกนกลาง HRC 40) โครงสร้างของสารเคลือบสามารถปรับให้เหมาะสมกับการใช้งานในการขึ้นรูปที่แตกต่างกันได้ ดังนั้น เครื่องมือตัดที่เคลือบด้วยไทเทเนียม-ซิลิคอนจึงสามารถใช้ในการตัดและแปรรูปวัสดุชิ้นงานได้หลากหลาย ตั้งแต่เหล็กอัลลอยสูง เหล็กอัลลอยต่ำ ไปจนถึงเหล็กชุบแข็งและโลหะผสมไทเทเนียม การทดสอบการตัดผิวสำเร็จสูงบนชิ้นงานแบน (ความแข็ง HRC 44) แสดงให้เห็นว่าเครื่องมือตัดที่เคลือบแล้วสามารถยืดอายุการใช้งานได้เกือบสองเท่าและลดความหยาบของพื้นผิวได้ประมาณ 10 เท่า
สารเคลือบที่ใช้ไทเทเนียมและซิลิคอนเป็นส่วนประกอบหลัก ช่วยลดขั้นตอนการขัดผิวในภายหลัง สารเคลือบดังกล่าวคาดว่าจะถูกนำไปใช้ในกระบวนการผลิตที่มีความเร็วในการตัดสูง อุณหภูมิคมตัดสูง และอัตราการกำจัดโลหะสูง
สำหรับสารเคลือบ PVD บางชนิด (โดยเฉพาะสารเคลือบไมโครอัลลอย) บริษัทผู้ผลิตสารเคลือบยังทำงานร่วมกับผู้ผลิตอย่างใกล้ชิดเพื่อวิจัยและพัฒนาโซลูชันการประมวลผลพื้นผิวที่เหมาะสมที่สุดหลากหลายรูปแบบ ดังนั้นจึงสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการตัดเฉือน การใช้งานเครื่องมือตัด คุณภาพการตัดเฉือน และปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัสดุ สารเคลือบ และการตัดเฉือนได้อย่างมีนัยสำคัญ และสามารถนำไปใช้ได้จริง การทำงานร่วมกับพันธมิตรผู้ผลิตสารเคลือบมืออาชีพ ผู้ใช้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้งานเครื่องมือของตนตลอดอายุการใช้งานได้
–บทความนี้เผยแพร่โดยผู้ผลิตเครื่องเคลือบสุญญากาศกว่างตงเจิ้นหัว
วันที่เผยแพร่: 29 กุมภาพันธ์ 2024