Den korrekta ytbehandlingen av små runda skärverktyg kan förbättra verktygets livslängd, minska bearbetningscykeltiden och förbättra bearbetad ytkvalitet. Men att välja rätt verktygsbeläggning för dina bearbetningsbehov kan vara en förvirrande uppgift.
Varje beläggning har både fördelar och nackdelar vid skärning. Om fel beläggning väljs kan det resultera i en verktygslivslängd som är lägre än för ett obestruket verktyg, och ibland till och med orsaka fler problem.
Det finns många typer av verktygsbeläggningar tillgängliga, inklusive PVD-beläggningar, CVD-beläggningar och kompositbeläggningar som alternerar PVD och CVD-beläggningar, som enkelt kan erhållas från verktygstillverkare eller beläggningsleverantörer.
Den här artikeln kommer kortfattat att introducera några vanliga egenskaper hos verktygsbeläggningar och några vanliga PVD- och CVD-beläggningsalternativ. Varje beläggningsegenskap spelar en viktig roll för att bestämma vilken beläggning som är mest fördelaktig för skärning.
Beläggningsegenskaper
1. Hårdhet
Hög ythårdhet orsakad av beläggningen är ett av de bästa sätten att förbättra verktygets livslängd. Generellt sett gäller att ju hårdare material eller yta är, desto längre livslängd.
Titankarbid (TiCN) beläggning har en högre hårdhet än titannitrid (TiN) beläggning. På grund av den ökade kolhalten har hårdheten hos TiCN-beläggningen ökat med 33 %, och dess hårdhet sträcker sig från cirka Hv3000 till 4000 (beroende på tillverkare).
Appliceringen av CVD-diamantbeläggning med en ythårdhet på upp till Hv9000 på skärverktyg har varit relativt mogen. Jämfört med PVD-belagda verktyg har livslängden för CVD-diamantbelagda verktyg ökat med 10 till 20 gånger. Den höga hårdheten och skärhastigheten hos diamantbeläggningar kan öka skärhastigheten med 2 till 3 gånger jämfört med obelagda verktyg, vilket gör det till ett bra val för skärning av icke-järnmaterial.
2. Slitstyrka
Slitstyrka hänvisar till beläggningens förmåga att motstå slitage. Även om hårdheten hos vissa material i arbetsstycket kanske inte är för hög, kan de element som tillsätts under produktionsprocessen och de processer som används göra att skärkanten på verktyget spricker eller blir trubbig.
3. Ytsmörjbarhet
Höga friktionskoefficienter ökar skärvärmen, vilket resulterar i en förkortad beläggningslivslängd eller till och med fel. Att minska friktionskoefficienten kan förlänga verktygets livslängd avsevärt. Fina och släta eller regelbundet strukturerade beläggningsytor hjälper till att minska skärvärmen eftersom den släta ytan gör att spånen snabbt glider av den främre skäreggen och minskar värmeutvecklingen. Jämfört med obelagda verktyg kan belagda verktyg med bättre ytsmörjbarhet också bearbetas vid högre skärhastigheter, vilket ytterligare undviker hög-temperatursvetsning med arbetsstyckets material.
4. Oxidationstemperatur
Oxidationstemperaturen avser den temperatur vid vilken beläggningen börjar brytas ned. Ju högre oxidationstemperaturen är, desto gynnsammare är den för skärning under höga temperaturer. Även om hårdheten hos TiAlN-beläggningen i rumstemperatur kan vara lägre än den för TiCN-beläggningen, har den visat sig vara mycket effektivare än TiCN vid bearbetning vid hög-temperatur. Anledningen till att TiAlN-beläggningen fortfarande kan behålla sin hårdhet vid höga temperaturer är att ett lager av aluminiumoxid kan bildas mellan verktyget och spånan, som kan överföra värme från verktyget till arbetsstycket eller spånan. Jämfört med höghastighetsstålverktyg har hårdmetallverktyg vanligtvis högre skärhastigheter, vilket gör TiAlN till den föredragna beläggningen för hårdmetallverktyg. Hårdmetallborrar och pinnfräsar använder vanligtvis denna PVD TiAlN-beläggning.
5. Anti-vidhäftning
Beläggningens anti-vidhäftningsegenskaper kan förhindra eller minska den kemiska reaktionen mellan verktyget och det bearbetade materialet och undvika avsättning av arbetsstyckets material på verktyget.
Vid bearbetning av icke-järnmetaller (som aluminium, mässing, etc.) uppstår ofta uppbyggda-kanter på verktyget, vilket orsakar verktygsflisning eller avvikelser i arbetsstyckets storlek. När materialet som bearbetas börjar fästa vid verktyget kommer vidhäftningen att fortsätta att expandera.
Vid bearbetning av aluminiumarbetsstycken med formtappar kommer aluminiumet som fästs på kranen att öka efter att varje hål har bearbetats, och slutligen blir gängdiametern för stor, vilket gör att arbetsstyckets storleksavvikelse skrotas. Beläggningar med goda anti-vidhäftningsegenskaper kan spela en bra roll även vid bearbetningstillfällen med dålig kylvätskeprestanda eller otillräcklig koncentration.
Vanligt använda beläggningar
1. Titannitridbeläggning (TiN)
TiN är en allmän-PVD-beläggning som kan öka verktygets hårdhet och har en hög oxidationstemperatur. Denna beläggning kan uppnå mycket goda bearbetningsresultat när den används för höghastighetstål skärverktyg eller formverktyg.
2. Titankarbidnitridbeläggning (TiCN)
Kolelementet som läggs till TiCN-beläggningen kan öka verktygets hårdhet och få bättre ytsmörjbarhet, vilket gör det till en idealisk beläggning för höghastighetsstålverktyg.
3. Nitrogen Aluminium Titan eller Nitrogen Titanium Aluminium Beläggning (TiAlN/AlTiN)
Aluminiumoxidskiktet som bildas i TiAlN/AlTiN-beläggningen kan effektivt förbättra verktygets livslängd vid hög-bearbetning. Denna beläggning kan användas för hårdmetallverktyg som huvudsakligen används för torr eller halv-torr skärning. Beroende på förhållandet mellan aluminium och titan som finns i beläggningen, kan AlTiN-beläggning ge högre ythårdhet än TiAlN-beläggning, så det är ett annat hållbart beläggningsalternativ inom området för höghastighetsbearbetning.
4. Nitrogen Chromium Aluminium Coating (AlCrN)
Den goda anti-vidhäftningsegenskapen hos AlCrN-beläggning gör den till den föredragna beläggningen vid bearbetning som är utsatt för uppbyggd-kant. Efter applicering av denna nästan osynliga beläggning kommer bearbetningsprestandan för höghastighetstålverktyg eller hårdmetallverktyg och formverktyg att förbättras avsevärt.
5. Diamant
CVD-diamantbeläggningar ger optimal prestanda för bearbetningsverktyg för icke-järnhaltigt material och är idealiska för bearbetning av grafit, metallmatriskompositer (MMC), aluminiumlegeringar med hög kiselhalt och många andra mycket nötande material (observera: rena diamantbelagda verktyg kan inte användas för bearbetning av ståldelar eftersom bearbetning av ståldelar genererar värme och förstör kemisk reaktion mellan ståldelar beläggningen och verktyget).
Olika beläggningar är lämpliga för hård fräsning, gängning och borrning, och var och en har sin egen specifika applikation. Dessutom kan fler-skiktsbeläggningar användas, som har andra beläggningar inbäddade mellan ytskiktet och verktygssubstratet för att ytterligare förbättra verktygets livslängd.
Framgångsrik applicering av beläggningar
Kostnads-effektiv applicering av beläggningar kan bero på många faktorer, men för varje specifik bearbetningstillämpning finns det vanligtvis bara ett eller några få användbara beläggningsalternativ.
Rätt val av beläggning och dess egenskaper kan betyda skillnaden mellan en betydande förbättring av bearbetningsprestanda och nästan ingen förbättring. Skärdjup, skärhastighet och kylvätska kan alla påverka appliceringen av verktygsbeläggningar.
Eftersom det finns många variabler i bearbetningen av ett arbetsstyckesmaterial, är ett av de bästa sätten att avgöra vilken beläggning som ska användas genom provskärning. Beläggningsleverantörer utvecklar ständigt fler nya beläggningar för att ytterligare förbättra beläggningens höga temperaturbeständighet, friktion och slitstyrka. Det är alltid bra att verifiera appliceringen av de senaste och bästa verktygsbeläggningarna vid bearbetning med beläggnings(verktygs)tillverkaren.
