lavorazione cnc · 2021-11-29

Technologia powlekania narzędzi

Na powierzchni narzędzia powstaje pewien film metodami chemicznymi lub fizycznymi (tj. proces powlekania), dzięki czemu narzędzie tnące może uzyskać doskonałą, wszechstronną wydajność cięcia, spełniając tym samym wymagania szybkiego cięcia; Od czasu pojawienia się narzędzi z twardą powłoką we wczesnych latach 1970-tych, technologia chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD) i fizycznego osadzania z fazy gazowej (PVD) były rozwijane jedna po drugiej, otwierając nowy rozdział w historii w zakresie poprawy wydajności narzędzi. 

W porównaniu z narzędziami niepowlekanymi, narzędzia powlekane mają znaczące zalety: mogą znacznie wydłużyć żywotność narzędzi skrawających; skutecznie poprawić wydajność cięcia; poprawić dokładność obróbki i znacznie poprawić jakość powierzchni obrabianego przedmiotu; skutecznie redukować narzędzia Zużycie materiałów obniża koszty obróbki; ogranicza zużycie chłodziw, obniża koszty i sprzyja ochronie środowiska.

Cechy powłoki narzędzia

1. Technologia powlekania może znacznie zwiększyć twardość powierzchni narzędzia bez zmniejszania wytrzymałości narzędzia, a twardość, którą można obecnie osiągnąć, jest bliska 100 GPa;

2. Wraz z szybkim rozwojem technologii powlekania stabilność chemiczna i odporność folii na utlenianie w wysokiej temperaturze stały się bardziej widoczne, umożliwiając szybkie cięcie.

3. Film smarujący ma dobre właściwości smarowania w fazie stałej, co może skutecznie poprawić jakość przetwarzania i nadaje się również do obróbki na sucho;

4. Jako ostateczny proces wytwarzania narzędzi, technologia powlekania prawie nie ma wpływu na dokładność narzędzia i może być powtarzalnym procesem powlekania.

Powszechnie stosowane powłoki

1. Powłoka z azotku tytanu: Azotek tytanu (TiN) to uniwersalna powłoka PVD, która może zwiększyć twardość narzędzia i ma wyższą temperaturę utleniania. Powłoka może być stosowana do narzędzi skrawających ze stali szybkotnącej lub narzędzi formujących w celu uzyskania bardzo dobrych wyników obróbki.

2. Powłoka z azotku chromu: Dobra odporność na adhezję powłoki CrN sprawia, że ​​jest to pierwszy wybór w przetwarzaniu podatnym na gromadzenie się. Po pokryciu tej prawie niewidocznej powłoki wydajność obróbki narzędzi skrawających ze stali szybkotnącej lub narzędzi skrawających i narzędzi formujących z węglika spiekanego zostanie znacznie poprawiona.

3. Powłoka diamentowa: powłoka diamentowa CVD może zapewnić najlepszą wydajność w obróbce narzędzi z metali nieżelaznych. Jest to idealna powłoka do obróbki grafitu, kompozytów z osnową metalową (MMC), stopów aluminium o wysokiej zawartości krzemu i wielu innych materiałów o wysokiej ścieralności (Uwaga: narzędzi z czystym diamentem nie można używać do obróbki części stalowych, ponieważ duża ilość ciepła powstają podczas obróbki części stalowych i powodują reakcję chemiczną, która zniszczy warstwę adhezyjną między powłoką a narzędziem).

Technologia powlekania narzędzi

4. Powłoka z węglika azotu: pierwiastek węglowy dodany do powłoki z węglika tytanu (TiCN) może zwiększyć twardość narzędzia i uzyskać lepszą smarowność powierzchni. Jest idealną powłoką dla narzędzi ze stali szybkotnącej.

5. Powłoka azotowo-aluminiowo-tytanowa lub azotowo-tytanowo-aluminiowa (TiAlN/AlTiN): Warstwa tlenku glinu utworzona w powłoce TiAlN/AlTiN może skutecznie poprawić żywotność narzędzia w wysokiej temperaturze. Narzędzia z węglików spiekanych używane głównie do cięcia na sucho lub półsuche mogą wybrać tę powłokę. Zgodnie ze stosunkiem aluminium do tytanu w powłoce, powłoka AlTiN może zapewnić wyższą twardość powierzchni niż powłoka TiAlN, więc jest to kolejny możliwy wybór powłoki w dziedzinie obróbki z dużą prędkością.

6. Ponadto istnieje powłoka węglowa podobna do diamentu (DLC):

DLC ma wiele doskonałych właściwości: wysoka twardość -60GPa lub powyżej Hv6000; niski współczynnik tarcia -0.06; doskonała zwartość folii; dobra stabilność chemiczna i dobre właściwości optyczne. Specjalne właściwości powłoki DLC zastosowanej na narzędziu znacznie przewyższają inne twarde powłoki. Główne zastosowania narzędzi powlekanych DLC to: cięcie grafitu, cięcie różnych metali nieżelaznych (takich jak stopy aluminium, stopy miedzi itp.) oraz cięcie twardych materiałów niemetalicznych (takich jak akryl, włókno szklane, materiały PCB).

Ponieważ DLC ma bardzo niski współczynnik tarcia (0.05 ~ 0.2) i jest samosmarujący, narzędzia pokryte DLC są najlepszym wyborem do cięcia na sucho. W porównaniu z narzędziami niepowlekanymi, siłę skrawania narzędzi z powłoką DLC można zmniejszyć o 6% w warunkach skrawania na sucho. W porównaniu z innymi narzędziami powlekanymi (takimi jak TiN, TiAlN), siłę skrawania narzędzi powlekanych DLC można zmniejszyć o 23% w warunkach skrawania na sucho; dzieje się tak również dlatego, że niski współczynnik tarcia DLC może powodować cięcie metalu (aluminium Siła skrawania stopu jest znacznie zmniejszona, co znacznie zmniejsza zużycie energii. W warunkach skrawania z chłodziwem siła skrawania narzędzi z powłoką DLC jest o 18% niższa niż narzędzia niepowlekane i inne narzędzia powlekane, a chropowatość powierzchni obrabianego metalu zmniejsza się o Ra0.04 ~ R0.23um), osiągając Ra0.

Technologia powlekania i wiedza na temat powlekania narzędzi

1. Powłoka z węglika tytanu (TiCN) ma wyższą twardość niż powłoka z azotku tytanu (TiN). Dzięki zwiększonej zawartości węgla twardość powłoki TiCN wzrasta o 33%, a zakres twardości to około Hv3000-4000 (w zależności od producenta).

2. Powłoka diamentowa CVD: Powłoka diamentowa CVD o twardości powierzchni do Hv9000 była stosunkowo dojrzała w stosowaniu narzędzi. W porównaniu z narzędziami z powłoką PVD, żywotność narzędzi z powłoką diamentową CVD jest zwiększona o 10-20 razy. Wysoka twardość narzędzi z powłoką diamentową powoduje, że prędkość skrawania jest 2-3 razy wyższa niż w przypadku narzędzi niepowlekanych, dzięki czemu temperatura utleniania diamentu CVD odnosi się do wartości temperatury, w której powłoka zaczyna się rozkładać. Im wyższa temperatura utleniania, tym korzystniejsze jest cięcie w warunkach wysokiej temperatury. Chociaż normalna twardość temperaturowa powłoki TiAlN może być niższa niż powłoki TiCN, udowodniono, że jest ona znacznie skuteczniejsza niż TiCN w obróbce wysokotemperaturowej. Powodem, dla którego powłoka TiAlN może utrzymywać swoją twardość w wysokich temperaturach, jest to, że pomiędzy narzędziem a wiórem może powstać warstwa tlenku glinu, która może przenosić ciepło z narzędzia na obrabiany przedmiot lub wiór. W porównaniu z narzędziami ze stali szybkotnącej prędkość skrawania narzędzi z węglików jest zwykle wyższa, co sprawia, że ​​TiAlN jest preferowaną powłoką dla narzędzi z węglików. Wiertła z węglików spiekanych i frezy palcowe zwykle wykorzystują tę powłokę PVDTiAlN do kamienia. Noże stały się dobrym wyborem do cięcia materiałów nieżelaznych i niemetalicznych.

3. Twardy film na powierzchni narzędzia ma następujące wymagania dla materiału: ① Wysoka twardość i dobra odporność na zużycie; ② Stabilna wydajność chemiczna, brak reakcji chemicznej z materiałem przedmiotu obrabianego; ⑧Odporność na ciepło i odporność na utlenianie, niski współczynnik tarcia, silna przyczepność do podłoża. Pojedynczy materiał powłokowy jest trudny do spełnienia powyższych wymagań technicznych. Rozwój materiałów powłokowych przeszedł od początkowej pojedynczej powłoki TiN i powłoki TiC do powłoki kompozytowej TiC-A12O3-TiN i etapu rozwoju TiCN, TiAlN i innych wielokrotnych powłok kompozytowych. Obecnie najnowsze osiągnięcia TiN/NbN, TiN/CN i innych wieloelementowych materiałów kompozytowych znacznie poprawiły wydajność powłok narzędziowych.

4. W procesie produkcji narzędzi powlekanych wybór opiera się na ogół na twardości powłoki, odporności na zużycie, odporności na utlenianie w wysokiej temperaturze, smarności i antyadhezyjności. Wśród nich odporność powłoki na utlenianie ma największe znaczenie dla temperatury skrawania. Bezpośrednio związane warunki techniczne. Temperatura utleniania odnosi się do temperatury, w której powłoka zaczyna się rozkładać. Im wyższa temperatura utleniania, tym korzystniejsze jest cięcie w warunkach wysokiej temperatury. Chociaż normalna twardość temperaturowa powłoki TiAlN może być niższa niż powłoki TiCN, udowodniono, że jest ona znacznie skuteczniejsza niż TiCN w obróbce wysokotemperaturowej. Powodem, dla którego powłoka TiAlN może utrzymywać swoją twardość w wysokich temperaturach, jest to, że pomiędzy narzędziem a wiórami może powstać warstwa tlenku glinu, która może przenosić ciepło z narzędzia na obrabiany przedmiot lub wióry. W porównaniu z narzędziami ze stali szybkotnącej prędkość skrawania narzędzi z węglików jest zwykle wyższa, co sprawia, że ​​TiAlN jest preferowaną powłoką dla narzędzi z węglików. Wiertła z węglików spiekanych i frezy palcowe zwykle wykorzystują tę powłokę PVDTiAlN.

5. Z perspektywy technologii aplikacji: Oprócz temperatury skrawania, głębokość skrawania, prędkość skrawania i chłodziwo mogą mieć wpływ na efekt nakładania powłok narzędzi.

Postęp powszechnie stosowanych materiałów powłokowych i technologii super twardych powłok

Wśród twardych materiałów powłokowych TiN jest najbardziej dojrzałym i szeroko stosowanym. Obecnie stopień wykorzystania narzędzi ze stali szybkotnącej powlekanych TiN w krajach rozwiniętych przemysłowo stanowi od 50% do 70% narzędzi ze stali szybkotnącej, a stopień wykorzystania niektórych skomplikowanych narzędzi, których nie można przeszlifować, przekroczył 90% . Ze względu na wysokie wymagania techniczne nowoczesnych narzędzi skrawających, powłoki TiN są coraz bardziej niezdolne do adaptacji. Odporność na utlenianie powłoki TiN jest słaba. Gdy temperatura użytkowania dochodzi do 500°C, folia jest oczywiście utleniana i ablowana, a jej twardość nie spełnia potrzeb. TiC ma wyższą mikrotwardość, dzięki czemu odporność na zużycie tego materiału jest lepsza. Jednocześnie mocno przylega do podłoża. Podczas przygotowywania wielowarstwowych powłok odpornych na ścieranie, TiC jest często używany jako warstwa pod spodem w kontakcie z podłożem. Jest to bardzo powszechny materiał powłokowy w narzędziach powlekanych.

Rozwój TiCN i TiAlN podniósł wydajność narzędzi powlekanych na wyższy poziom. TiCN może zmniejszyć naprężenia wewnętrzne powłoki, poprawić wytrzymałość powłoki, zwiększyć grubość powłoki, zapobiec rozprzestrzenianiu się pęknięć i zmniejszyć odpryskiwanie narzędzia. Ustawienie TiCN jako głównej warstwy odpornej na zużycie powlekanego narzędzia może znacznie wydłużyć żywotność narzędzia. TiAlN ma dobrą stabilność chemiczną i odporność na utlenianie. Podczas obróbki stali wysokostopowej, stali nierdzewnej, stopu tytanu i stopu niklu może wydłużyć żywotność 3-4 razy niż narzędzia pokryte TiN. Jeżeli w powłoce TiAlN występuje wyższe stężenie Al, podczas cięcia na powierzchni powłoki utworzy się bardzo cienka warstwa niestacjonarnego A12O3, tworząc twardą obojętną warstwę ochronną. Powlekane narzędzie może być wykorzystywane bardziej efektywnie Obróbka wysokoobrotowa. Domieszkowany tlenem węglik tytanu TiCNO ma wysoką mikrotwardość i stabilność chemiczną i może wytwarzać powłokę kompozytową równoważną TiC ​​+ A12O3.

Wśród wyżej wymienionych twardych materiałów powłokowych istnieją trzy rodzaje twardych materiałów powłokowych, których mikrotwardość HV może przekraczać 50 GPa: powłoka diamentowa, regularny azotek boru CBN i azotek węgla.

Wiele warstw diamentowych osadza się w temperaturze od 600°C do 900°C, więc ta technika jest często stosowana do osadzania warstw diamentowych na powierzchni narzędzi z węglika spiekanego. Komercjalizacja narzędzi diamentowych z węglików spiekanych jest głównym osiągnięciem w technologii powlekania w ostatnich latach.

CBN ustępuje tylko diamentowi pod względem twardości i przewodności cieplnej. Posiada doskonałą stabilność termiczną i nie utlenia się po podgrzaniu do 1000°C w atmosferze. CBN ma wyjątkowo stabilne właściwości chemiczne dla metali z grupy żelaza. W przeciwieństwie do diamentu, który nie nadaje się do obróbki stali, może być szeroko stosowany do wykańczania i szlifowania wyrobów stalowych. Oprócz doskonałej odporności na zużycie, powłoka CBN może również przetwarzać stal żaroodporną, stop tytanu i stal hartowaną przy stosunkowo dużej prędkości skrawania, a także może ciąć schłodzone walce o wysokiej twardości, materiały utwardzone zmieszane z węglem i zużycie narzędzi. Bardzo poważne stopy Si-Al itp. Metody niskociśnieniowej syntezy w fazie gazowej folii CBN obejmują głównie metody CVD i PVD. CVD obejmuje transport chemiczny PCVD, ogrzewanie wspomagane gorącym drutem PCVD, ECR-CVD itp.; PVD obejmuje powlekanie reaktywną wiązką jonów, aktywne reaktywne naparowywanie, osadzanie wspomagane wiązką jonów z parowaniem laserowym itp. W zakresie podstawowych badań i technologii zastosowań technologii syntezy CBN, w tym mechanizmu reakcji i procesu tworzenia filmu, pozostaje jeszcze wiele do zrobienia, diagnostyka plazmy i analiza spektrometrii masowej, określenie optymalnych warunków procesu oraz opracowanie wysokowydajnych urządzeń.

Azotek węgla może mieć twardość dorównującą lub przewyższającą twardość diamentu. Sukces syntezy azotku węgla jest znakomitym przykładem inżynierii molekularnej. Jako materiał supertwardy oczekuje się, że azotek węgla będzie miał wiele innych cennych właściwości fizycznych i chemicznych. Badanie chlorku węgla stało się gorącym tematem w dziedzinie materiałoznawstwa na świecie.

Link do tego artykułu: Technologia powlekania narzędzi

Oświadczenie o przedruku: Jeśli nie ma specjalnych instrukcji, wszystkie artykuły na tej stronie są oryginalne. Proszę wskazać źródło przedruku: https://www.cncmachiningptj.com/,thanks!


Technologia powlekania narzędziMetalowa blacha, beryl, stal węglowa, magnez, 3D drukowanie, precyzja Obróbka CNC usługi dla przemysłu ciężkiego, budowlanego, rolniczego i hydraulicznego. Nadaje się do tworzyw sztucznych i rzadkich obróbka stopów. Może toczyć części o średnicy do 15.7 cala. Procesy obejmują obróbka szwajcarskaprzeciąganie, toczenie, frezowanie, wytaczanie i gwintowanie. Zapewnia również polerowanie metali, malowanie, szlifowanie powierzchni i wał usługi prostowania. Zakres produkcji wynosi do 50,000 XNUMX sztuk. Nadaje się do śrub, złączy, Łożyskopompa, biegobudowa skrzyniowa, suszarka bębnowa i podajnik obrotowy zawór Applications.PTJ opracuje strategię z Tobą, aby zapewnić najbardziej opłacalne usługi, które pomogą Ci osiągnąć swój cel, Zapraszamy do kontaktu z nami ( [email protected] ) bezpośrednio do nowego projektu.