Покрития за металорежещи инструменти

Начало > Инструменти, материали > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 1/2024 > 28.02.2024

  • Покритията са особено подходящи за инструменти от черни метали и материали, базирани на стомана – неръждаема стомана, високотемпературни сплави, чугун и др.

  • Те дават възможност за повишени скорости на рязане и удължават експлоатационния живот на инструмента

  • Най-разпространени от стандартните покрития са титанов нитрид, титанов алуминиев нитрид, алуминиево титанов нитрид и титанов карбоннитрид

 

 


Разпространена практика е повечето съвременни металорежещи инструменти да имат някакво покритие, нанесено върху субстрата. Важно е обаче да има баланс между качеството на субстрата и това на покритието. Една компания може да предлага най-добрите покрития, но без висококачествен субстрат, те биха били неефективни. Значимостта на качествения субстрат е ключова и за приложения, в които се използват инструменти без покритие.
Покритията са особено подходящи за инструменти от черни метали и материали, базирани на стомана – неръждаема стомана, високотемпературни сплави, чугун и др. Те дават възможност за повишени скорости на рязане и удължават експлоатационния живот на инструмента.

 

Химично парофазно отлагане

Химичното парофазно отлагане (CVD) е метод за получаване на покрития чрез термично индуцирани реакции. Режещият инструмент се поставя в CVD реактор, където се формират тънкослойни покрития в резултат на реакции между различни газове и нагрятата повърхност на субстрата на инструмента.
Едно типично CVD покритие обикновено е с дебелина от 17 до 20 mm, но може да достигне и 5 mm. Основно CVD покритията са титанов карбид (TiC), титанов карбонитрид (TiCN), титанов нитрид (TiN) и алуминиев оксид (Al2O3). CVD покритията са идеални за операции по общо струговане, по-специално в приложения със стомана и неръждаема стомана. Дебелината на покритието осигурява износоустойчивост, особено когато има износване на челната повърхност. Използват се също и за фрезоване на материали в класове ISO P, ISO M и ISO K.

 

Диамантени покрития

Диамантените покрития, дали с диамантено-подобен въглерод (DLC) или поликристален диамант (PCD), се нанасят чрез CVD процес. Тези покрития са идеални за изключително абразивни материали като графит или подсилени с въглеродни влакна полимери (CFRP).
DLC покритията са особено подходящи във високопроизводителни среди, където е важно да се отчете продължителността на експлоатационния живот на инструмента. Диамантените покрития могат да се използват и за алуминий с високо съдържание на силиций, който е силно абразивен. Множество пластини за нарязване на канали имат режещ ръб с връх с PCD покритие, особено за приложения при производството на медицинска техника.

 

Физическо отлагане на пари

При технологията на физическо отлагане на пари (PVD) парите кондензират върху повърхността на субстрата в условия на вакуум. Процесът протича при по-ниска температура в сравнение със CVD и следователно засяга характеристиките на субстрата в по-малка степен. Това прави технологията особено подходяща за дребнозърнести карбиди и други твърди материали.
PVD покритията обикновено се използват за струговане на неръждаема стомана и механична обработка на суперсплави като инконел и някои титанови сплави. Подходящи са също за процеси по нарязване на канали и фрезоване. Типично едно PVD покритие с дебелина около 5 mm.

 

Използвани материали

Много производители предлагат богата гама от технологии за покрития, оптимизирани за специфичното приложение – груба или финишна обработка, както и за материала, от който са изработени детайлите. Най-разпространени от стандартните покрития са TiN, титанов алуминиев нитрид (TiAlN), алуминиево титанов нитрид (AlTiN) и TiCN.

TiN е широко използвано стандартно покритие с универсално приложение. Може да се използва за стомана, месинг, чугун, както и за алуминий, но е нужно течно охлаждане. Предлага от 3 до 4 пъти по-дълъг живот на инструмента в сравнение с инструменти без покритие.

TiAlN е покритие с общо приложение, което е подходящо и за прекъснати срезове, при които инструментът не е в постоянен контакт с детайла. Това покритие поддържа твърдост при високи температури и устойчивост на окисление, високи скорости на рязане, като охлаждането не е от съществено значение за ефективността му. В някои приложения може да осигури 10 пъти по-дълъг живот на инструмента спрямо решения без покритие.

AlTiN е по-твърд, по гладък вариант на TiAlN, идеален за суха механична обработка и механична обработка на титанови сплави, инконел, неръждаеми сплави и чугун. Поддържа висока твърдост при много високи температури. Може да предложи до 14 пъти по-дълъг сервизен живот на инструмента в сравнение с инструменти без покритие.

TiCN е добро решение за пробиване и райбероване на чугун, алуминиеви сплави с високо съдържание на силиций, мед и абразивни материали. Има много висока степен на твърдост и добри якостни характеристики. При по-високи скорости на рязане е необходимо охлаждане на режещия ръб. Предлага петкратно удължен експлоатационен живот спрямо инструменти без покритие.

Все по-голяма популярност набират многослойните покрития. Те предлагат изключителна якост в много тънки слоеве, понякога с дебелина едва 1 – 2 nm. Едно от предимствата на многослойните покрития е това, че предотвратяват разпространението на пукнатини извън слоевете, в които са възникнали по време на механична обработка. Те дават също възможност за реализиране на множество химични състави, които да се наслоят в структурата на покритието, което означава и разширено поле на приложимост.


Вижте още от Инструменти, материали


Ключови думи: инструменти, металообработка, металорежещи инструменти, металообработка



Редактор на статията:

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

ДИЛЯНА ЙОРДАНОВА

Отговорен редактор

• Завършва специалност "Инженерна екология" в Химикотехнологичен и металургичен университет;


• Заема длъжността "Отговорен редактор" в издателство TLL Media от 2020 г.;

• Разполага с над 10 години опит в създаването на съдържание и писането на научни статии.

Контакт в LinkedIn


Top