Jak wybrać odpowiednią powłokę narzędziową do swojej aplikacji obróbkowej

Istnieje szeroki wybór PVD (Physical Vapour Deposition), CVD (Chemical Vapour Deposition) i alternatywnych metod obróbki powierzchni, które są łatwo dostępne od producentów lub zakładów powlekania. Ten artykuł będzie lepiej kojarzył Cię z pewnymi typowymi cechami powłoki i niektórymi popularnymi wyborami PVD i CVD. Każda z tych cech odgrywa ważną rolę w określaniu, które leczenie może być najbardziej korzystne dla danego zastosowania.

Charakterystyka powłoki

Twardość

Wysoka twardość powierzchniowa powłoki jest jednym z najlepszych sposobów na zwiększenie żywotności narzędzia. Mówiąc ogólnie, im twardszy materiał lub powierzchnia, tym dłużej wytrzyma narzędzie. Karbo-azotek tytanu (TiCN) ma wyższą twardość powierzchni w porównaniu z azotkiem tytanu (TiN). Dodatek węgla daje TiCN o 33 procent większą twardość i zmienia zakres od około 3000 do 4000 Vickersa, w zależności od producenta. Przy twardości powierzchniowej w okolicach 9000 Vickers, diamentowe powłoki CVD, które zostały wyhodowane na narzędziach, wykazują 10 do 20 razy lepszą żywotność narzędzia w porównaniu z powłokami PVD. Jest to powłoka z wyboru do prac produkcyjnych w materiałach nieżelaznych, ze względu na jej wyższą twardość i zdolność do pracy z prędkością od dwóch do trzech razy większą od prędkości niepowlekanego oprzyrządowania.

Odporność na zużycie

Jest to zdolność powłoki do ochrony przed ścieraniem. Chociaż materiał nie musi być twardy, elementy i procesy dodane podczas produkcji mogą pomóc w rozbiciu krawędzi tnących lub tworzących płaty.

Surface Lubricity

Wysoki współczynnik tarcia powoduje wzrost temperatury, co prowadzi do krótszej trwałości powłoki lub uszkodzenia powłoki. Jednak niższy współczynnik tarcia może znacznie zwiększyć trwałość narzędzia. Ilość ciepła może zostać zmniejszona o powierzchnię, która nie ma zgrubień lub nierówności. Ta gładka powierzchnia pozwala na zsuwanie się wiórów z powierzchni narzędzia, generując mniej ciepła. Wyższa smarowność powierzchni może również umożliwić zwiększenie prędkości w porównaniu z wersjami niepowleczonymi. To dodatkowo chroni przed zatarciem materiału roboczego.

Temperatura utleniania

To jest punkt, w którym leczenie zaczyna się załamywać. Wyższa ocena temperatury utleniania poprawia sukces w aplikacjach o wysokiej temperaturze. Chociaż powłoka azotku tytanowo-glinowego (TiAlN) może nie być tak twarda jak TiCN w temperaturze pokojowej, okazuje się być znacznie bardziej skuteczna w zastosowaniach, w których generowane jest ciepło. Ta powłoka utrzymuje swoją twardość w wyższych temperaturach z powodu warstwy tlenku glinu, która tworzy się pomiędzy narzędziem a wiórem. Ta warstwa przenosi ciepło z narzędzia do części lub chipa. Narzędzia z węglików spiekanych generalnie pracują przy wyższych prędkościach w porównaniu do HSS. To sprawia, że TiAlN jest preferowanym wyborem podczas powlekania węglikiem. Wiertarki i frezy palcowe są zwykle pokryte tym rodzajem obróbki PVD.

Anti-Attizure

Właściwość ta zapobiega osadzaniu się materiału na narzędziu, zapobiegając mniejszej reaktywności chemicznej między narzędziem a materiałem tnącym. BUE (Built Up Edge) jest bardzo powszechny w materiałach nieżelaznych, takich jak aluminium czy mosiądz. BUE może prowadzić do wykruszenia narzędzia lub przewymiarowania jego części. Gdy materiał zacznie przylegać do narzędzia, nadal przyciąga. W przypadku obróbki aluminium za pomocą kranu formującego, osady aluminium rosną po każdym otworze. Ostatecznie, średnica podziałowa staje się tak powiększona, że część staje się zbyt duża i wymaga złomowania. Powłoka o zwiększonych właściwościach przeciw zatarciowi może nawet być pomocna tam, gdzie problem stanowi niska jakość lub koncentracja chłodziwa.

Powłoki wspólne

• Azotek tytanu (TiN)

Powłoka PVD ogólnego zastosowania, która zwiększa twardość i ma wysoką temperaturę utleniania. Ta powłoka działa doskonale podczas cięcia lub formowania za pomocą narzędzi HSS.

• Karbo-azotek tytanu (TiCN)

Dodatek węgla zwiększa twardość i lepszą smarowność powierzchni. Ta powłoka jest idealna do narzędzi skrawających HSS.

• Azotek tytanu (TiAlN lub AlTiN)

Uformowana warstwa tlenku glinu zapewnia lepsze trwałość tego narzędzia w zastosowaniach o wysokiej temperaturze. Ta powłoka jest wybierana przede wszystkim w przypadku narzędzi z węglików spiekanych, w których stosuje się mało chłodziwa lub nie. AlTiN oferuje wyższą twardość powierzchni niż TiAlN, a także różne zawartości procentowe aluminium i tytanu. To kolejna realna opcja w świecie HSM.

• Azotek chromu (CrN)

Właściwości przeciwzatarciowe tej powłoki sprawiają, że jest ona preferowana w sytuacjach, w których BUE jest powszechne. Narzędzia do cięcia i formowania HSS lub węglika będą widoczne w przypadku tej prawie niewidocznej powłoki.

• Diament

Proces CVD, który oferuje najwyższą wydajność dostępną w materiałach nieżelaznych. Idealny do cięcia grafitu, MMC (Metal Matrix Composites), aluminium o wysokiej zawartości krzemu i wielu innych materiałów ściernych (Uwaga: podczas obróbki stali nie należy stosować powłok z prawdziwego diamentu, ponieważ podczas cięcia stali generowane jest więcej ciepła, co powoduje reakcje chemiczne, które rozkładają wiązania, które utrzymują tę powłokę w narzędziu).

Powłoki do twardego frezowania, gwintowania i wiercenia są różne i zależą od zastosowania. Dostępne są również powłoki wielowarstwowe, które wiórkują do następnej warstwy zamiast podłoża narzędziowego, zapewniając dalszy wzrost trwałości narzędzia.