Zarządzanie procesem produkcyjnym, zarządzanie produkcją
Narzedziownie.pl - portal dla firm produkujących formy wtryskowe, tłoczniki, wykrojniki i inne narzędzia

Drukuj | Prześlij link znajomemu | Wyszukaj w serwisie

Twarde powłoki ochronne ostrza narzędzi skrawających

Nowe trendy w zakresie obróbki skrawaniem stawiają najwyższe wymagania w stosunku do narzędzi skrawających i materiałów na ich ostrza. Oprócz powszechnie znanych materiałów skrawanych jak stal i żeliwo zostały ostatnio wprowadzone takie materiały jak wzmocnione aluminium, magnez, żeliwo lub grafit. Jednocześnie są coraz częściej stosowane technologie o specjalnych wymaganiach np. obróbka z dużymi prędkościami skrawania, obróbka bez użycia chłodziwa i obróbka materiałów twardych. Aby narzędzia mogły sprostać nowym wymaganiom, muszą być pokryte powłokami odpowiadającymi nowym zadaniom produkcyjnym.

Powłoki ochronne na ostrzach narzędzi skrawających stosuje się już od kilkudziesięciu lat. Celem ich zastosowania jest ograniczenie zużywania się ostrzy narzędzi przez:
  • zwiększenie ich twardości,
  • zmniejszenie współczynnika tarcia w strefie styku ostrza z wiórem i ostrza z przedmiotem obrabianym,
  • ograniczenie dyfuzji i podatności na chemiczne oddziaływanie,
  • oraz, co nie jest jednoznacznie ustalone, zmianę rozkładu strumienia cieplnego w strefie skrawania.

Z punktu widzenia składu chemicznego są to najczęściej azotki, węgliki, borki, węglikoazotki i krzemki, trudnotopliwych metali IV÷VI grupy okresowego układu pierwiastków, tlenek glinu oraz syntetyczne materiały na bazie diamentu i regularnego azotku boru, a także ich mieszaniny. Technika cienkich warstw, umożliwiająca syntezę i osadzanie twardych, cienkich warstw na roboczych powierzchniach ostrzy, jest jednym z najbardziej spektakularnych osiągnięć w dziedzinie narzędzi skrawających. Generalnie w odniesieniu do narzędzi skrawających rozróżnia się obecnie dwie grupy technik dobrze ugruntowanych w praktyce przemysłowej nanoszenia powłok, są to:
  • PVD (Physical Vapour Deposition) - fizyczne osadzanie z pary,
  • CVD (Chemical Vapour Deposition) - chemiczne osadzanie z pary.

Technika CVD zajęła trwałe miejsce w praktyce procesów technologicznych narzędzi skrawających. Szczególne sukcesy odnotowywane są w przypadku nanoszenia warstw TiN, TiC, Ti(C,N) na płytki z węglików spiekanych. Otrzymywany tą metodą azotek tytanu ma złotą barwę. Chropowatość powłok grubszych od 4-5µm wynosi Ra=0,32-0,63µm, a cieńszych od 4-5µm zależy od chropowatości podłoża, którą dość znacznie poprawia. Powłoka ma charakter polikrystalicznych równoosiowych ziaren o wymiarach wzrastających w miarę oddalania się od podłoża. Charakterystyczną cechą powłok azotkowych jest na ogół wyraźna granica rozdziału powłoka - podłoże, w odróżnieniu od powłoki węglika tytanu, wykazującej przeważnie strefę przejściową pomiędzy powłoką a podłożem. Towarzysząca procesowi wysoka temperatura (powyżej 1000oC) sprzyja dobrej przyczepności powłoki do podłoża, nie powodując zmian struktury węglika. Technika CVD nie zdaje egzaminu w odniesieniu do gotowych narzędzi ze stali szybkotnących ze względu na niedopuszczalną wysoką temperaturę procesu. W tym przypadku zastosowanie może mieć grupa technik PVD. Istotą tych technik jest proces próżniowy, w którym parujący metal np. tytan, reaguje z gazem np. azotem, tworząc twardą warstewkę ma powierzchni narzędzia. Najważniejszą cechą procesu jest stosunkowo niska temperatura, nie naruszająca struktury materiału narzędzia ani jego tolerancji wymiarowych. Pojecie PVD wiąże się z szeregiem metod zaliczanych do tej techniki. Grupa technik PVD wykazuje na świecie dynamiczny rozwój. W chwili obecnej większość narzędzi ze stali szybkotnących oferowanych przez wyspecjalizowanych producentów ma warstwę wierzchnią konstytuowaną za pomocą techniki cienkich warstw.

Powyższe powłoki w zależności od ich składu chemicznego charakteryzują się zewnętrzną barwą np: złotą, czerwono-brązową, szaro-niebieską, czarno-niebieską, szarą, srebrną itp. Średni wzrost trwałości powlekanych frezów ślimakowych i dłutaków modułowych wynosi 300% (w porównaniu z narzędziami konwencjonalnymi) Warstwy na bazie TiN znalazły poza tym powszechne zastosowanie w takich grupach narzędzi jak: wiertła kręte - wzrost trwałości ok. 4 razy podczas obróbki stali węglowych, ok. 5 razy podczas obróbki żeliwa oraz ok. 9 razy podczas obróbki stali nierdzewnej; gwintowniki - wzrost trwałości 2-7 razy; rozwiertaki - wzrost trwałości 3-6 razy; pogłębiacze czołowe i stożkowe - wzrost trwałości 2-4 razy; przeciągacze - wzrost trwałości - do ok. 3 razy podczas obróbki stali węglowej i nawet ponad 20 razy podczas obróbki stali chromowo molibdenowej. Jeszcze szersze zastosowanie znalazła technika cienkich warstw w przypadku konstytuowania warstwy wierzchniej płytek z węglików spiekanych. Są to powłoki jedno lub wielowarstwowe, składające się przede wszystkim z TiN, TiC, Ti(C,N) i Al2O3.

W chwili obecnej zdecydowanie dominują powłoki złożone, które można podzielić na:
  • wieloskładnikowe, np.: (Ti, V)C, (Ti, Zr)C, Ti(C,N),
  • gradientowe – wielowarstwowe, np.: TiC - Ti(C,N) – Al2O3 – Ti(C,N) – TiN,
  • multinanowarstwowe – od kilku do tysiąca pojedynczych warstw o grubości nanometrowej, np.: TiN – TiB2,
  • metastabilne, otrzymywane w wyniku syntezy faz nierównowagowych (metastabilnych), np.: (Ti,Al.)N,
  • wielofazowe – np. amorficzna warstwa TiC – TiB2 .

W trakcie projektowania powłoki wielowarstwowej poszczególne warstwy układa się uwzględniając ich właściwości, np. warstwa:
  • TiN - zapewnia mały współczynnik tarcia i dobrą adhezje do podłoża,
  • Al2O3 - stabilność cieplną, odporność na zużywanie ścierne,
  • Ti(C,N) - twardość, odporność na łuszczenie się, odporność na zużywanie ścierne.

Obecnie każda firma produkująca narzędzia skrawające posiada swoje własne rozwiązania pokryć ostrzy skrawających - warstwy supertwarde i warstwy przeciwnarostowe, poślizgowe. Bardzo ciekawe rozwiązania powłok posiadają firmy takie jak, np. GÜHRING, WALTER, KENNAMETAL i inne. Dla osiągnięcia prawidłowej wydajności obróbki, trwałości i niezawodności narzędzi wymagany jest prawidłowy i staranny dobór powłoki w zależności od rodzaju obrabianego materiału, parametrów obróbki i rodzaju chłodzenia. Jednakże, aby wybrać optymalną powłokę, zaleca się na początku przetestowanie kilku narzędzi pokrytych różnymi powłokami mogącymi najefektywniej spełniać wymagania obróbki.


Liczba wyświetleń tego artykułu: 89687

Artykuł pochodzi ze strony: www.Narzedziownie.pl
© 2005 - Galactica Sp.j.