Den korrekte overfladebehandling af små runde skærende værktøjer kan forbedre værktøjets levetid, reducere bearbejdningscyklustiden og forbedre bearbejdet overfladekvalitet. Det kan dog være en forvirrende opgave at vælge den rigtige værktøjsbelægning til dine bearbejdningsbehov.
Hver belægning har både fordele og ulemper ved skæring. Hvis den forkerte belægning vælges, kan det resultere i en værktøjslevetid, der er kortere end for et ubelagt værktøj, og nogle gange endda give flere problemer.
Der er mange typer af værktøjsbelægninger tilgængelige, herunder PVD-belægninger, CVD-belægninger og kompositbelægninger, der veksler mellem PVD- og CVD-belægninger, som nemt kan fås fra værktøjsproducenter eller belægningsleverandører.
Denne artikel vil kort introducere nogle almindelige egenskaber ved værktøjsbelægninger og nogle almindeligt anvendte PVD- og CVD-belægningsvalgmuligheder. Hver belægningsegenskab spiller en vigtig rolle i at bestemme, hvilken belægning der er mest fordelagtig til skæring.
Belægningsegenskaber
1. Hårdhed
Høj overfladehårdhed forårsaget af belægningen er en af de bedste måder at forbedre værktøjets levetid på. Generelt gælder det, at jo hårdere materialet eller overfladen er, jo længere er værktøjets levetid.
Titaniumcarbid (TiCN) belægning har en højere hårdhed end titaniumnitrid (TiN) belægning. På grund af det øgede kulstofindhold er hårdheden af TiCN-belægningen steget med 33%, og dens hårdhed varierer fra omkring Hv3000 til 4000 (afhængigt af producenten).
Anvendelsen af CVD diamantbelægning med en overfladehårdhed på op til Hv9000 på skærende værktøjer har været relativt moden. Sammenlignet med PVD-belagte værktøjer er levetiden for CVD-diamantbelagte værktøjer øget med 10 til 20 gange. Den høje hårdhed og skærehastighed af diamantbelægninger kan øge skærehastigheden med 2 til 3 gange sammenlignet med ubelagte værktøjer, hvilket gør det til et godt valg til skæring af ikke--jernholdige materialer.
2. Slidstyrke
Slidstyrke refererer til belægningens evne til at modstå slid. Selvom hårdheden af nogle emnematerialer måske ikke er for høj, kan de elementer, der tilføjes under produktionsprocessen og de anvendte processer, få værktøjets skærkant til at revne eller sløve.
3. Overfladesmøring
Høje friktionskoefficienter øger skærevarmen, hvilket resulterer i en forkortet belægningslevetid eller endda fejl. Reduktion af friktionskoefficienten kan i høj grad forlænge værktøjets levetid. Fine og glatte eller regelmæssigt teksturerede belægningsoverflader hjælper med at reducere skærevarmen, fordi den glatte overflade tillader spåner at glide hurtigt af den forreste skærkant og reducere varmeudviklingen. Sammenlignet med ubelagte værktøjer kan coatede værktøjer med bedre overfladesmøreevne også bearbejdes ved højere skærehastigheder, hvilket yderligere undgår høj-temperatursmeltesvejsning med emnematerialet.
4. Oxidationstemperatur
Oxidationstemperaturen refererer til den temperatur, ved hvilken belægningen begynder at nedbrydes. Jo højere oxidationstemperaturen er, jo mere gunstig er den til skæring under høje temperaturforhold. Selvom stuetemperaturhårdheden af TiAlN-belægning kan være lavere end TiCN-belægningens, har den vist sig at være meget mere effektiv end TiCN ved høj-temperaturbehandling. Grunden til, at TiAlN belægning stadig kan bevare sin hårdhed ved høje temperaturer, er, at der kan dannes et lag af aluminiumoxid mellem værktøjet og spånen, som kan overføre varme fra værktøjet til emnet eller spånen. Sammenlignet med høj-stålværktøj har hårdmetalværktøjer normalt højere skærehastigheder, hvilket gør TiAlN til den foretrukne belægning til hårdmetalværktøjer. Hårdmetalbor og endefræsere bruger normalt denne PVD TiAlN-belægning.
5. Anti-vedhæftning
Belægningens anti-adhæsionsegenskab kan forhindre eller reducere den kemiske reaktion mellem værktøjet og det bearbejdede materiale og undgå aflejring af emnemateriale på værktøjet.
Ved bearbejdning af ikke-jernholdige metaller (såsom aluminium, messing osv.), opstår der ofte opbyggede-kanter på værktøjet, hvilket forårsager værktøjsspåner eller afvigelse af emnestørrelsen. Når materialet, der bearbejdes, begynder at klæbe til værktøjet, vil vedhæftningen fortsætte med at udvide sig.
Ved bearbejdning af aluminium-emner med formehaner, vil det aluminium, der klæber til hanen, stige, efter hvert hul er bearbejdet, og til sidst bliver tapdiameteren for stor, hvilket medfører, at emnestørrelsesafvigelsen bliver skrottet. Belægninger med gode anti--vedhæftningsegenskaber kan spille en god rolle selv ved bearbejdningstilfælde med dårlig kølemiddelydelse eller utilstrækkelig koncentration.
Almindelig anvendte belægninger
1. Titaniumnitridbelægning (TiN)
TiN er en generel-PVD-belægning, der kan øge værktøjets hårdhed og har en høj oxidationstemperatur. Denne belægning kan opnå meget gode bearbejdningsresultater, når den bruges til høj-stålskæreværktøjer eller formværktøjer.
2. Titaniumcarbidnitridbelægning (TiCN)
Kulstofelementet tilføjet til TiCN-belægningen kan øge værktøjets hårdhed og opnå bedre overfladesmøring, hvilket gør det til en ideel belægning til højhastighedsstålværktøjer.
3. Nitrogen Aluminium Titanium eller Nitrogen Titanium Aluminium Coating (TiAlN/AlTiN)
Aluminiumoxidlaget dannet i TiAlN/AlTiN-belægningen kan effektivt forbedre værktøjets bearbejdningslevetid ved høje-temperaturer. Denne belægning kan bruges til hårdmetalværktøjer, der hovedsageligt anvendes til tør- eller semi--tør skæring. Afhængigt af forholdet mellem aluminium og titanium indeholdt i belægningen, kan AlTiN-belægning give højere overfladehårdhed end TiAlN-belægning, så det er en anden anvendelig belægningsmulighed inden for bearbejdning med høj-hastighed.
4. Nitrogen Chrom Aluminium Coating (AlCrN)
AlCrN-belægningens gode anti-adhæsionsegenskab gør den til den foretrukne belægning i bearbejdning, der er udsat for opbygget-kant. Efter påføring af denne næsten usynlige belægning vil bearbejdningsydelsen af højhastighedsstålværktøjer eller hårdmetalværktøjer og formeværktøjer blive væsentligt forbedret.
5. Diamant
CVD-diamantbelægninger giver optimal ydeevne til bearbejdningsværktøjer til ikke--jernholdigt materiale og er ideelle til bearbejdning af grafit, metalmatrix-kompositter (MMC), aluminiumslegeringer med højt siliciumindhold og mange andre meget slibende materialer (bemærk: rene diamantbelagte værktøjer kan ikke bruges til bearbejdning af ståldele, fordi bearbejdning af ståldele, der forårsager en kemisk reaktion mellem bearbejdning og ødelæggelse af en kemisk reaktion mellem ståldelene belægningen og værktøjet).
Forskellige belægninger er velegnede til hård fræsning, anboring og boring, og hver har sin egen specifikke anvendelse. Derudover kan der anvendes fler-lagsbelægninger, som har andre belægninger indlejret mellem overfladelaget og værktøjssubstratet for yderligere at forbedre værktøjets levetid.
Vellykket påføring af belægninger
Den omkostningseffektive-påføring af belægninger kan afhænge af mange faktorer, men for hver specifik bearbejdningsanvendelse er der normalt kun én eller få levedygtige belægningsmuligheder.
Det korrekte valg af belægning og dens egenskaber kan betyde forskellen mellem en væsentlig forbedring af bearbejdningsydelsen og næsten ingen forbedring. Skæredybde, skærehastighed og kølevæske kan alle påvirke påføringen af værktøjsbelægninger.
Fordi der er mange variabler i bearbejdningen af et emnemateriale, er en af de bedste måder at bestemme, hvilken belægning der skal bruges, gennem testskæring. Belægningsleverandører udvikler konstant flere nye belægninger for yderligere at forbedre belægningens høje temperaturbestandighed, friktion og slidstyrke. Det er altid en god ting at verificere anvendelsen af de nyeste og bedste værktøjsbelægninger i bearbejdning med belægnings(værktøjs)producenten.
