TEAM CUTTING TOOLS

Съдържание

Режещи инструменти – Какво е правилното покритие?

Около 95 процента от режещите ръбове на инструментите за твърдосплавен метал днес са с покритие. Увеличението на повърхностната твърдост увеличава устойчивостта на износване инструмента, намаляването на съпротивлението при плъзгане при отвеждането на стружки през ултра-гладки повърхности намалява склонността към наваряване и образуването на наслойка върху режещите ръбове, а изолиращия ефект на слоя увеличава термоустойчивостта. В резултат се постигат съществено по-високи времена на експлоатация.

За покритие се използват по същество два метода: PVD покритие (Physical Vapour Deposition) и CVD-Beschichtung (химическо отлагане на пари). 

Пример: AlTiN-покритие

CVD покрития

Химическото отлагане на пари (Chemical Vapor Deposition = CVD) е метод за изработване на покрития с ниско собствено напрежение посредством термично индуцирани химични реакции.  

Изходните материали за покритието се изпаряват и се подават в зоната на покритие в газообразно състояние. Газът след това или се разлага или взаимодейства с други изходни материали и след това се отлага на тънък слой върху субстрата. Това може да се извърши във вакуум или под атмосферно налягане.  

За да може да се осъществят реакции на повърхността, са необходими температури на субстрата до 1000 градуса по Целзий. Тези процеси могат да бъдат подпомогнати от плазма, която увеличава степента на реакцията, чрез което температурата на покритие може да бъде намалена.   

Процесът CVD се използва за нанасяне на покрития с дебелина от 5 до 12 µm, в някои случаи до 20 µm. Използваните материали са TiC, TiCN, TiN и алуминиев оксид (Al203). Покритията могат да бъдат нанасяни като еднослойни или многослойни. 

Свойства на CVD покритието

  • Ниско собствено напрежение на покритието
  • Много добро сцепление на слоя 
  • Високо допустимо натоварване
  • Възможни слоеве до 20 µm
  • Много добра хомогенност на покритието
  • Възможност за вътрешно покритие и сложни геометрии
  • Много добро действие като топлинен щит при по-дебели слоеве
  • При струговане и фрезоване на чугун са възможни скорости на рязане, които иначе могат да бъдат постигнати само с керамични режещи инструменти.
  • Високите температури на процеса довеждат до по-висока крехкост на твърдия метален субстрат и по този начин намаляват жилавостта на режещия ръб.
  • Дебелите слоеве от 20 µm водят до закръгляне и намаляват с това остротата на режещия ръб. 

Диамантено покритие

Покритието с диамант е една специална форма на CVD покритието: За тази цел въведеният водород се разпада на водородни радикали или чрез високи температури (2000 градуса по Целзий), или чрез плазмени възпламенявания. Тези радикали си взаимодействат с внесения газ съдържащ въглерод (обикновено метан, CH4), което води до натрупване на въглерод на повърхността на субстрата. Ако се спазват правилните параметри на процеса, този въглерод се отделя в кристалната форма на диаманта. Диамантените покрития са много подходящи за обработка на силно абразивни материали като графит или CFK детайли.

Области на приложение CVD

CVD покритията са първият избор, когато става въпрос за износоустойчивост, както обикновено обработките чрез струговане на неръждаеми стомани и свредловане в стомана, където дебелите CVD покрития осигуряват възможност за устойчивост срещу износване под формата на вдлъбнатини. Същото важи за видове фрезоване в ISO P, ISO M и ISO K. При свредловане обикновено се използват CVD класове във външния режещ ръб. 

При допълнителни въпроси, не се колебайте да използвате нашия консултантски отдел.

Можете да се свържете с нашия център за обслужване на клиенти от понеделник до петък от 8:00 до 16:40 часа.

PVD покрития

За разлика от CVD методите, PVD методите се базират на чисто физически методи на действие. Това е парообразен материал, който се кондензира по повърхността на субстрата. За да се гарантира, че частиците на парата достигат детайлите и не се губят чрез разсейване върху газовите частици, работата се извършва при вакуум. Тъй като производственият PVD процес се извършва при по-ниски температури от 400 до 600 градуса Целзий, свойствата на основния материал са по-малко засегнати, отколкото при CVD процеса. Затова жилавостта на специалните, финозърнести твърдосплавни метали до голяма степен се запазва.

При PVD покритието се различават основно четири варианта на покритие: Нанасяне чрез изпарение, катодно разпрашване (йонно разпрашаване), електродъгово изпаряване и йонно покритие. Йонното разпрашване е от най-голямо значение. С различните PVD варианти, почти всички метали и също така въглерод могат да бъдат отделяни в много чиста форма. Ако в процеса се подават реактивни газове като кислород, азот или въглеводороди, могат да бъдат отделяни също така оксиди, нитриди или карбониди.

Свойства на PVD

  • Висока чистота на слоевете
  • Ниско термично въздействие върху субстрата - запазва се жилавостта
  • Различни материали за покрития
  • Тесни допуски за дебелината на слоевете
  • Отлична якост на сцепление (също през допълнителни междинни слоеве)
  • сравнително малки дебелини на слоя 

Области на приложение PVD

Класовете с PVD покритие се препоръчват за адхезивни материали поради техните жилави, но въпреки това остри режещи ръбове. Областите на приложение включват всички изцяло твърдосплавни фрези и свредла, както и голям брой видове за прорязване, резбонарязване и фрезоване. Класовете с PVD покрития намират широко приложение при довършителни операции, както и като клас обработващи центри при свредловане. 

Multilayer

Когато се изисква висока гъвкавост, се предлага многопластово покритие. Нанасят се до 2000 отделни пласта, всеки с дебелина само няколко нанометра. Многопластовата структура на слоя предотвратява пукнатините, които възникват по време на обработката, да се разпространяват навътре. Отстраненият материал не може да проникне през режещия ръб толкова бързо, че да го разруши. С многопластови покрития може да се постигнат следователно по-дълги времена на експлоатация. Освен структурата на слоя, е важен горният пласт (най-горният слой). По-специално NE-метали са склонни да образуват натрупване на наслойка по режещите ръбове, което увеличава силите и температурите на рязане и с това износването на инструмента. С горни пластове с ниско триене този проблем е сведен до минимум. 

Кой режещ материал за какво е подходящ?

При CVD покритието използваните материали обикновено са TiC, TiCN, TiN и алуминиеви оксиди (Al203). С различните PVD варианти, почти всички метали и също така въглерод могат да бъдат отделяни. За ориентиране тук ще намерите обзор на свойствата на най-често използваните съединения:

TiN: Титаново-нитритно покритие

  • Най-използваното и универсално приложимо стандартно покритие
  • Химично съединение на титан и азот
  • Нано твърдост: до 24 гигапаскала (GPa)
  • Дебелина на слоя: 1-7 μm
  • Коефициент на триене: 0,55 μ
  • Температура на приложение: 600°C
  • Приложение: Стомана (N/mm²) < 900, месинг и чугун
  • В алуминий само със стационарни металообработващи машини и принудително течно охлаждане
  • Охлаждането е препоръчително
  • Срокът за експлоатация на инструмента е три до четири пъти по-дълъг от този на инструментите без покритие

TiAlN: Титаново- алуминиево-нитритно покритие

  • Цялостно покритие
  • В зависимост от приложението, до десет пъти по-дълги периоди на издръжливост
  • Висока термоустойчивост и устойчивост на окисляване
  • Висока скорост на рязане
  • Химично съединение на титан, алуминий и азот
  • Нано твърдост: до 35 гигапаскала (GPa)
  • Дебелина на слоя: 1-4 μm
  • Коефициент на триене: 0,5 μ
  • Температура на приложение: 800°C
  • Приложение: Стомана (N/mm²) < 1100, неръждаема стомана (благородна стомана), титанови сплави, чугун, алуминий, месинг, бронз и пластмаса
  • Охлаждането не е абсолютно необходимо

AlTiN: Алуминиево-титаново-нитритно покритие

  • В зависимост от приложението, до четиринадесет пъти по-дълги срокове на експлоатация
  • Много високи термоустойчивост и устойчивост на окисляване
  • Химично съединение на алуминий, титан и азот
  • Нано твърдост: до 38 гигапаскала (GPa)
  • Дебелина на слоя: 1-4 μm
  • Коефициент на триене: 0,7 μ
  • Температура на приложение: 900°C
  • Приложение: Стомана (N/mm²) < 1300, неръждаема стомана (благородна стомана)
  • Охлаждането не е абсолютно необходимо

TiCN: Титан-въглерод-нитритно покритие

  • В зависимост от приложението от четири до пет пъти по-дълги срокове на експлоатация
  • Много висока твърдост и същевременно добра жилавост
  • Химично съединение на титан, въглерод и азот
  • Нано твърдост: до 32 GPa
  • Дебелина на слоя: 1-4 μm
  • Коефициент на триене: 0,2 μ
  • Температура на приложение: 400°C
  • Приложение: Стомана (N/mm²) < 1300, неръждаема стомана (благородна стомана)
  • Охлаждане при високи скорости на рязане е необходимо