Kesici takım kaplamaları, kesici takımların sürtünme ve aşınma özelliklerini iyileştirir; bu nedenle kesme işlemlerinde vazgeçilmezdirler. Uzun yıllardır, yüzey işleme teknolojisi sağlayıcıları, kesici takımların aşınma direncini, işleme verimliliğini ve kullanım ömrünü iyileştirmek için özelleştirilmiş kaplama çözümleri geliştirmektedir. Buradaki benzersiz zorluk, dört unsurun dikkat edilmesi ve optimize edilmesinden kaynaklanmaktadır: (i) kesici takım yüzeylerinin kaplama öncesi ve sonrası işlenmesi; (ii) kaplama malzemeleri; (iii) kaplama yapıları; ve (iv) kaplanmış kesici takımlar için entegre işleme teknolojisi.
Kesici takım aşınma kaynakları
Kesme işlemi sırasında, kesici takım ile iş parçası malzemesi arasındaki temas bölgesinde bazı aşınma mekanizmaları meydana gelir. Örneğin, talaş ile kesme yüzeyi arasındaki yapışma aşınması, iş parçası malzemesindeki sert noktalar nedeniyle takımın aşındırıcı aşınması ve sürtünme kaynaklı kimyasal reaksiyonlardan kaynaklanan aşınma (mekanik etki ve yüksek sıcaklıklar nedeniyle malzemenin kimyasal reaksiyonları). Bu sürtünme gerilimleri kesici takımın kesme kuvvetini azalttığı ve takım ömrünü kısalttığı için, esas olarak kesici takımın işleme verimliliğini etkiler.
Yüzey kaplaması sürtünme etkisini azaltırken, kesici takımın taban malzemesi kaplamayı destekler ve mekanik stresi emer. Geliştirilmiş sürtünme sistemi performansı, verimliliği artırmanın yanı sıra malzeme tasarrufu ve enerji tüketimini de azaltabilir.
Kaplamanın işleme maliyetlerini düşürmedeki rolü
Kesici takım ömrü, üretim döngüsünde önemli bir maliyet faktörüdür. Diğer şeylerin yanı sıra, kesici takım ömrü, bir makinenin bakım gerektirmeden önce kesintisiz olarak işleme yapabildiği süre olarak tanımlanabilir. Kesici takım ömrü ne kadar uzun olursa, üretim kesintilerinden kaynaklanan maliyetler o kadar düşük olur ve makinenin yapması gereken bakım işi o kadar az olur.
Çok yüksek kesme sıcaklıklarında bile, kaplama sayesinde kesici takımın kullanım ömrü uzatılabilir ve böylece işleme maliyetleri önemli ölçüde azaltılabilir. Ayrıca, kesici takım kaplaması yağlama sıvılarına olan ihtiyacı da azaltabilir. Bu durum sadece malzeme maliyetlerini düşürmekle kalmaz, aynı zamanda çevreyi korumaya da yardımcı olur.
Kaplama öncesi ve sonrası işlemlerin verimlilik üzerindeki etkisi
Modern kesme işlemlerinde, kesici takımların yüksek basınçlara (>2 GPa), yüksek sıcaklıklara ve sürekli termal stres döngülerine dayanması gerekir. Kesici takımın kaplanmasından önce ve sonra uygun bir işlemden geçirilmesi şarttır.
Kesici takım kaplamasından önce, kaplama işlemine hazırlık amacıyla çeşitli ön işlem yöntemleri kullanılabilir ve bu da kaplamanın yapışma özelliğini önemli ölçüde iyileştirir. Kaplama ile birlikte çalışarak, kesici kenarın hazırlanması kesme hızını ve ilerleme hızını artırabilir ve kesici takım ömrünü uzatabilir.
Kaplama sonrası işlemler (kenar hazırlığı, yüzey işleme ve yapılandırma), özellikle talaş oluşumu (iş parçası malzemesinin takımın kesme kenarına yapışması) nedeniyle oluşabilecek erken aşınmayı önlemek açısından, kesici takımın optimizasyonunda belirleyici bir rol oynar.
Kaplama ile ilgili hususlar ve seçim
Kaplama performansına yönelik gereksinimler çok farklı olabilir. Kesici kenar sıcaklığının yüksek olduğu işleme koşullarında, kaplamanın ısıya dayanıklı aşınma özellikleri son derece önemli hale gelir. Modern kaplamaların ayrıca şu özelliklere de sahip olması beklenmektedir: mükemmel yüksek sıcaklık performansı, oksidasyon direnci, yüksek sertlik (yüksek sıcaklıklarda bile) ve nanoyapılı katmanların tasarımı yoluyla mikroskobik tokluk (plastisite).
Verimli kesici takımlar için, optimize edilmiş kaplama yapışması ve artık gerilimlerin makul dağılımı iki belirleyici faktördür. Birincisi, alt tabaka malzemesi ile kaplama malzemesi arasındaki etkileşim dikkate alınmalıdır. İkincisi, kaplama malzemesi ile işlenecek malzeme arasında mümkün olduğunca az yakınlık olmalıdır. Uygun bir takım geometrisi kullanılarak ve kaplama parlatılarak, kaplama ile iş parçası arasındaki yapışma olasılığı önemli ölçüde azaltılabilir.
Alüminyum bazlı kaplamalar (örneğin AlTiN), kesme endüstrisinde yaygın olarak kesici takım kaplaması olarak kullanılır. Yüksek kesme sıcaklıklarının etkisi altında, bu alüminyum bazlı kaplamalar, işleme sırasında sürekli olarak kendini yenileyen ince ve yoğun bir alüminyum oksit tabakası oluşturarak, kaplamayı ve altındaki alt tabaka malzemesini oksidatif saldırıdan korur.
Kaplamanın sertliği ve oksidasyon direnci performansı, alüminyum içeriği ve kaplama yapısı değiştirilerek ayarlanabilir. Örneğin, alüminyum içeriğinin artırılması, nano yapılar veya mikro alaşımlama (yani düşük içerikli elementlerle alaşımlama) kullanılarak kaplamanın oksidasyon direnci iyileştirilebilir.
Kaplama malzemesinin kimyasal bileşimine ek olarak, kaplama yapısındaki değişiklikler de kaplamanın performansını önemli ölçüde etkileyebilir. Farklı kesici takım performansları, kaplama mikro yapısındaki çeşitli elementlerin dağılımına bağlıdır.
Günümüzde, istenen performansı elde etmek için farklı kimyasal bileşimlere sahip birkaç tek kaplama katmanı birleştirilerek kompozit bir kaplama katmanı oluşturulabiliyor. Bu eğilim gelecekte de gelişmeye devam edecek; özellikle de üç yüksek iyonize kaplama işlemini bir araya getiren HI3 (Yüksek İyonizasyon Üçlüsü) ark buharlaştırma ve püskürtme hibrit kaplama teknolojisi gibi yeni kaplama sistemleri ve kaplama süreçleri sayesinde.
Çok yönlü bir kaplama olarak, titanyum-silikon bazlı (TiSi) kaplamalar mükemmel işlenebilirlik sunar. Bu kaplamalar, farklı karbür içeriklerine sahip yüksek sertlikteki çeliklerin (çekirdek sertliği HRC 65'e kadar) ve orta sertlikteki çeliklerin (çekirdek sertliği HRC 40) işlenmesinde kullanılabilir. Kaplama yapısının tasarımı, farklı işleme uygulamalarına göre uyarlanabilir. Sonuç olarak, titanyum silikon bazlı kaplamalı kesici takımlar, yüksek alaşımlı, düşük alaşımlı çeliklerden sertleştirilmiş çeliklere ve titanyum alaşımlarına kadar geniş bir yelpazedeki iş parçası malzemelerinin kesilmesi ve işlenmesinde kullanılabilir. Düz iş parçaları (sertlik HRC 44) üzerinde yapılan yüksek hassasiyetli kesme testleri, kaplamalı kesici takımların ömrünü neredeyse iki katına çıkarabildiğini ve yüzey pürüzlülüğünü yaklaşık 10 kat azaltabildiğini göstermiştir.
Titanyum-silikon bazlı kaplama, daha sonraki yüzey parlatma işlemlerini en aza indirir. Bu tür kaplamaların, yüksek kesme hızları, yüksek kenar sıcaklıkları ve yüksek metal kaldırma oranlarına sahip işlemlerde kullanılması beklenmektedir.
Bazı diğer PVD kaplamalar (özellikle mikro alaşımlı kaplamalar) için, kaplama şirketleri ayrıca çeşitli optimize edilmiş yüzey işleme çözümlerini araştırmak ve geliştirmek için işlemcilerle yakın işbirliği yapmaktadır. Bu nedenle, işleme verimliliğinde, kesici takım kullanımında, işleme kalitesinde ve malzeme, kaplama ve işleme arasındaki etkileşimde önemli iyileştirmeler mümkün ve pratik olarak uygulanabilir. Profesyonel bir kaplama ortağıyla çalışarak, kullanıcılar aletlerinin kullanım ömrü boyunca kullanım verimliliğini artırabilirler.
Yayın tarihi: 07.11.2022