Правильная обработка поверхности небольших круглых режущих инструментов может увеличить срок службы инструмента, сократить время цикла обработки и улучшить качество обработанной поверхности. Однако выбор правильного покрытия инструмента для ваших нужд обработки может оказаться сложной задачей.
Каждое покрытие имеет как преимущества, так и недостатки при резке. Если выбрано неправильное покрытие, это может привести к тому, что срок службы инструмента будет ниже, чем у инструмента без покрытия, а иногда даже вызвать больше проблем.
Доступно множество типов покрытий для инструментов, включая покрытия PVD, покрытия CVD и композитные покрытия, которые чередуют покрытия PVD и CVD, которые можно легко получить у производителей инструментов или поставщиков покрытий.
В этой статье кратко представлены некоторые общие свойства покрытий инструментов и некоторые часто используемые варианты выбора покрытий PVD и CVD. Каждое свойство покрытия играет важную роль в определении того, какое покрытие наиболее полезно для резки.
Свойства покрытия
1. Твердость
Высокая твердость поверхности, обеспечиваемая покрытием, является одним из лучших способов увеличения срока службы инструмента. Вообще говоря, чем тверже материал или поверхность, тем дольше срок службы инструмента.
Покрытие из карбида титана (TiCN) имеет более высокую твердость, чем покрытие из нитрида титана (TiN). За счет повышенного содержания углерода твердость покрытия TiCN увеличилась на 33%, а его твердость колеблется примерно от Hv3000 до 4000 (в зависимости от производителя).
Применение алмазного покрытия CVD с поверхностной твердостью до Hv9000 на режущих инструментах является относительно зрелым. По сравнению с инструментами с PVD-покрытием срок службы инструментов с алмазным покрытием CVD увеличился в 10–20 раз. Высокая твердость и скорость резки алмазных покрытий позволяют увеличить скорость резания в 2–3 раза по сравнению с инструментами без покрытия, что делает их хорошим выбором для резки цветных металлов.
2. Износостойкость
Износостойкость – это способность покрытия противостоять износу. Хотя твердость некоторых материалов заготовок может быть не слишком высокой, элементы, добавленные в процессе производства и используемых процессов, могут привести к растрескиванию или затуплению режущей кромки инструмента.
3. Смазывающая способность поверхности
Высокие коэффициенты трения увеличивают теплоту резания, что приводит к сокращению срока службы покрытия или даже к его выходу из строя. Уменьшение коэффициента трения может значительно продлить срок службы инструмента. Тонкие и гладкие или равномерно текстурированные поверхности покрытия помогают снизить тепловыделение при резке, поскольку гладкая поверхность позволяет струге быстро соскальзывать с передней режущей кромки и уменьшать выделение тепла. По сравнению с инструментами без покрытия, инструменты с покрытием, обладающие лучшей смазывающей способностью поверхности, также могут обрабатываться на более высоких скоростях резания, что позволяет избежать высоко-сварки плавлением материала заготовки.
4. Температура окисления
Под температурой окисления понимается температура, при которой покрытие начинает разлагаться. Чем выше температура окисления, тем более благоприятна для резки в условиях высоких температур. Хотя твердость покрытия TiAlN при комнатной температуре может быть ниже, чем у покрытия TiCN, было доказано, что оно гораздо более эффективно, чем TiCN, при высокотемпературной-обработке. Причина, по которой покрытие TiAlN все еще может сохранять свою твердость при высоких температурах, заключается в том, что между инструментом и стружкой может образовываться слой оксида алюминия, который может передавать тепло от инструмента к заготовке или стружке. По сравнению с инструментами из быстрорежущей стали-твердосплавные инструменты обычно имеют более высокие скорости резания, что делает TiAlN предпочтительным покрытием для твердосплавных инструментов. Твердосплавные сверла и концевые фрезы обычно используют это PVD-покрытие TiAlN.
5. Анти-адгезия
Анти-свойство покрытия позволяет предотвратить или уменьшить химическую реакцию между инструментом и обрабатываемым материалом, а также избежать осаждения материала заготовки на инструменте.
При обработке цветных-черных металлов (таких как алюминий, латунь и т. д.) на инструменте часто возникают наросты-на режущей кромке, что приводит к выкрашиванию инструмента или отклонению размера заготовки. Как только обрабатываемый материал начнет прилипать к инструменту, адгезия будет продолжать расширяться.
При обработке алюминиевых заготовок формовочными метчиками количество алюминия, прилипшего к метчику, увеличивается после обработки каждого отверстия, и, в конечном итоге, диаметр метчика становится слишком большим, что приводит к списанию отклонения размера заготовки. Покрытия с хорошими анти-адгезионными свойствами могут сыграть хорошую роль даже при обработке с плохой эффективностью СОЖ или недостаточной ее концентрацией.
Часто используемые покрытия
1. Покрытие из нитрида титана (TiN).
TiN – это PVD-покрытие-общего назначения, которое повышает твердость инструмента и имеет высокую температуру окисления. Это покрытие позволяет добиться очень хороших результатов обработки при использовании режущих инструментов из быстрорежущей стали или формовочных инструментов.
2. Покрытие из карбида-нитрида титана (TiCN).
Углеродный элемент, добавленный в покрытие TiCN, может повысить твердость инструмента и улучшить смазывающую способность поверхности, что делает его идеальным покрытием для инструментов из быстрорежущей-стали.
3. Азот-алюминий-титан или азотно-титан-алюминиевое покрытие (TiAlN/AlTiN).
Слой оксида алюминия, образующийся в покрытии TiAlN/AlTiN, может эффективно увеличить срок службы инструмента при высокотемпературной обработке. Это покрытие можно использовать для твердосплавных инструментов, используемых в основном для сухой или полусухой резки. В зависимости от соотношения алюминия и титана, содержащихся в покрытии, покрытие AlTiN может обеспечить более высокую твердость поверхности, чем покрытие TiAlN, поэтому это еще один жизнеспособный вариант покрытия в области высокоскоростной обработки.
4. Азотно-хромо-алюминиевое покрытие (AlCrN).
Хорошие анти-адгезионные свойства покрытия AlCrN делают его предпочтительным покрытием при механической обработке, склонной к образованию наростов на кромке. После нанесения этого почти невидимого покрытия производительность обработки инструментами из быстрорежущей стали, твердосплавными инструментами и формовочными инструментами значительно улучшится.
5. Алмаз
Алмазные покрытия CVD обеспечивают оптимальную производительность инструментов для обработки цветных металлов-и идеально подходят для обработки графита, композитов с металлической матрицей (MMC), алюминиевых сплавов с высоким содержанием кремния и многих других высокоабразивных материалов (примечание: инструменты с чистым алмазным покрытием нельзя использовать для обработки стальных деталей, поскольку обработка стальных деталей генерирует большое количество тепла при резке и вызывает химическую реакцию, которая разрушает слой сцепления между покрытием и инструментом).
Различные покрытия подходят для твердого фрезерования, нарезания резьбы и сверления, и каждое из них имеет свое особое применение. Кроме того, можно использовать много-слойные покрытия, в которых между поверхностным слоем и основой инструмента внедрены другие покрытия для дальнейшего увеличения срока службы инструмента.
Успешное нанесение покрытий
Экономически-эффективное применение покрытий может зависеть от многих факторов, но для каждого конкретного применения обработки обычно существует только один или несколько подходящих вариантов покрытия.
Правильный выбор покрытия и его характеристик может означать разницу между значительным улучшением производительности обработки и практически отсутствием улучшения. Глубина резания, скорость резания и охлаждающая жидкость могут влиять на нанесение покрытий инструмента.
Поскольку при обработке материала заготовки существует множество переменных, один из лучших способов определить, какое покрытие использовать, — это пробная резка. Поставщики покрытий постоянно разрабатывают новые покрытия для дальнейшего улучшения их термостойкости, устойчивости к трению и износу. Всегда полезно уточнить применение новейших и лучших покрытий инструмента при механической обработке у производителя покрытия (инструмента).
