Nástroje na třískové obrábění

Nástroje pro třískové obrábění - Jaký povlak je správný?

Téměř 95 procent břitů řezných TK nástrojů se dnes povlakuje. V případě zvýšení tvrdosti povrchu vzroste otěruodolnost nástroje, snížení třecího odporu při odvádění třísky díky mimořádně hladkému povrchu minimalizuje vytváření nárůstků a izolační účinek povlaku zvyšuje žáruvzdornost. Díky výše uvedeným přednostem lze docílit podstatně delší životnost.

Pro povlakování se v podstatě používají dvě metody: povlakování PVD (Physical Vapour Deposition) a povlakování CVD (Chemical Vapour Deposition). 

Příklad: Povlak AlTiN

Povlaky CVD

Chemická depozice z plynné fáze (Chemical Vapor Deposition = CVD) je metoda používaná pro výrobu povlaků, které vykazují nízké vlastní pnutí, prostřednictvím vyvolání tepelných chemických reakcí.  

Výchozí látky pro povlakování se odpaří a v plynném skupenství se přivádějí do oblasti povlakování. Plyn se poté buď rozkládá nebo reaguje s dalšími výchozími látkami a následně se usazuje na substrátu a vytváří tenký film. Tento proces může probíhat ve vakuu nebo při působení atmosférickém tlaku.  

Aby se mohly nastartovat reakce na povrchu, musí se dosáhnout zahřátí substrátu až na teplotu 1000 stupňů Celsia. Tyto procesy lze urychlit pomocí plazmy, která zvyšuje reaktivitu, čímž lze snížit teplotu povlakování.   

Proces CVD se používá pro depozici povlaků o tloušťce od 5 do 12 µm, v mnohých případech až do 20 µm. Používanými materiály jsou TiC, TiCN, TiN a oxidy hliníku (Al203). Povlaky lze nanášet jako jednotlivé nebo několikanásobné vrstvy. 

Vlastnosti povlaku CVD

  • nízké hodnoty vlastního pnutí povlaku
  • velmi dobrá přilnavost vrstvy 
  • možnost vysokého zatížení
  • vrstvy až do 20 µm
  • velmi homogenní povlak
  • možnost vnitřního povlakování a dosažení komplexních geometrií
  • silnější vrstvy velmi dobře fungují jako tepelný štít
  • při soustružení a frézování litiny lze dosahovat takových řezných rychlostí, které připadají v úvahu pouze při používání řezné keramiky.
  • vysoké procesní teploty zapříčiňují intenzivnější křehnutí tvrdokovového substrátu a snižují tak houževnatost břitu.
  • Silné vrstvy povlaku činící 20 µm způsobují zaoblování a snižují tak ostrost řezné hrany. 

Diamantový povlak

Povlak s diamantem je speciální provedení povlaku CVD: Aplikovaný vodíkový plyn se přitom štěpí na vodíkové radikály, a to působením vysokých teplot (2000 stupňů Celsia) nebo zapálením plazma plynů. Tyto radikály poté reagují společně s rovněž aplikovaným vodíkovým plynem (většinou metan, CH4), v důsledku čehož se na povrchu substrátu vrství uhlík. Pokud se dodrží správné procesní parametry, tento uhlík sedimentuje v krystalické podobě diamantu. Diamantové povlaky jsou velmi vhodné pro obrábění značně abrazivních materiálů, jako je grafit nebo kompozitní materiály.

Oblast použití CVD

Povlaky CVD jsou první volbou, když se klade velký zřetel na otěruodolnost, tak jak je tomu při soustružení nerezavějících ocelí a vrtání oceli, kde silné vrstvy CVD vykazují odolnost proti vymílání. Rovněž v případě frézovacích sort v ISO P, ISO M a ISO K. Při vrtání se sorty CVD běžně používají ve vnějším břitu. 

Budete-li mít další dotazy, pak se prosím obraťte na naše informační centrum.

Náš zákaznický servis je dostupný od pondělí do pátku v čase od 7:00 do 19:00

Povlaky PVD

Metody povlakování PVD jsou na rozdíl od metod CVD čistě fyzikální povahy. Jedná se přitom o materiál v plynné podobě, který kondenzuje na povrchu substrátu. Aby se částice páry dostaly až k povrchu a neztrácely se rozptylováním na molekulách plynu, používá se podtlak. Jelikož proces výroby PVD probíhá při teplotách nižších než 400 až 600 stupňů Celsia, k ovlivňování vlastností základního materiálu nedochází v tak značné míře jako v případě metody CVD. Proto zůstává houževnatost speciálních, jemnozrnných tvrdokovů i nadále zachována.

V případě povlakování PVD rozlišujeme zejména čtyři varianty povlakování: depozice v parní fázi, depozice katodickým obloukem (naprašování), vypařování elektrickým obloukem a iontové pokovování. Největší význam má naprašování. Pomocí různých variant PVD lze provádět depozici téměř všech kovů i uhlíku ve velmi čisté podobě. Pokud se do procesu přivádějí reaktivní plyny jako je kyslík, dusík nebo uhlovodíky, pak lze odlučovat i oxidy, nitridy nebo karbonidy.

Vlastnosti PVD

  • vysoká čistota vrstev
  • nepatrné změny vlastností substrátu v důsledku působení tepla - houževnatost zůstává zachována
  • libovolné vrstvené materiály
  • malá tolerance tloušťky vrstvy
  • vynikající přilnavost (i přes dodatečné mezivrstvy)
  • srovnatelně nízké tloušťky vrstvy 

Oblast použití PVD

Sorty povlakované metodou PVD doporučujeme na základě jejich houževnatých, ovšem přesto ostrých řezných hran pro obrábění adhezivních materiálů. Oblasti použití zahrnují veškeré TK frézy a vrtáky i většinu sort pro upichování, řezání závitů a frézování. Sorty povlakované metodou PVD se kromě toho ve značné míře používají při dokončovacím obrábění i jako středové břitové destičky při vrtání. 

Multivrstvý povlak

Pokud se požaduje vysoká houževnatost, pak se nabízí multivrstvý povlak. Přitom se nanáší až 2000 jednotlivých vrstev, přičemž každá z nich vykazuje tloušťku pouze několik nanometrů. Vícevrstvá struktura zabrání šíření trhlin vznikajících při obrábění směrem dovnitř. Odebíraný materiál nemůže tak rychle vnikat do břitu a vylamovat jej. Díky vícevrstvé struktuře povlaku se proto docílí delší životnosti. Kromě vlastní struktury vrstvy je důležitá nejsvrchnější vrstva („toplayer“). Tak mají především neželezné kovy tendenci k vytváření nárůstků, které zvyšují řezné síly i teploty a tím opotřebení nástroje. Pomocí otěruodolných horních vrstev se tento problém minimalizuje. 

K čemu je vhodný konkrétní řezný materiál?

V případě povlakování CVD se zpravidla používají materiály jako TiC, TiCN, TiN a oxidy hliníku (Al203). Pomocí různých variant PVD lze odlučovat téměř veškeré kovy i uhlík. Pro orientaci zde uvádíme přehled vlastností nejběžnějších sloučenin:

TiN: povlak nitridu titanu

  • nejčastěji používaný standardní povlak s možností univerzálního použití
  • chemická sloučenina titanu a dusíku
  • nanotvrdost: až 24 gigapascalů (GPa)
  • tloušťka vrstvy: 1-7 μm
  • koeficient tření: 0,55 μ
  • aplikační teplota: 600 °C
  • použití: ocel (N/mm²) < 900, mosaz a litina
  • v hliníku pouze na stacionárních obráběcích strojích a s výkonnějším chlazením
  • doporučujeme chlazení
  • trojnásobně až čtyřnásobně delší životnost ve srovnání s nepovlakovanými nástroji

TiAlN: povlak nitridu titanu a hliníku

  • univerzální povlak
  • v závislosti na použití až desetinásobně delší životnost
  • vysoká žáruvzdornost a odolnost proti oxidaci
  • vysoká řezná rychlost
  • chemická sloučenina titanu, hliníku a dusíku
  • nanotvrdost: až 35 gigapascalů (GPa)
  • tloušťka vrstvy: 1-4 μm
  • koeficient tření: 0,5 μ
  • aplikační teplota: 800 °C
  • použití: ocel (N/mm²) < 1.100, nerezavějící ocel, slitiny titanu, litina, hliník, mosaz, bronz a plast
  • chlazení není bezpodmínečně nutné

AlTiN: povlak nitridu hliníku a titanu

  • v závislosti na použití až čtrnáctinásobně delší životnost
  • velmi vysoká žáruvzdornost a odolnost proti oxidaci
  • chemická sloučenina hliníku, titanu a dusíku
  • nanotvrdost: až 38 gigapascalů (GPa)
  • tloušťka vrstvy: 1-4 μm
  • koeficient tření: 0,7 μ
  • aplikační teplota: 900 °C
  • použití: ocel (N/mm²) < 1.300, nerezavějící ocel
  • chlazení není bezpodmínečně nutné

TiCN: povlak karbonitridu titanu

  • v závislosti na použití čtyřnásobně až pětinásobně delší životnost
  • velmi vysoká tvrdost a současně dobrá houževnatost
  • chemická sloučenina titanu, uhlíku a dusíku
  • nanotvrdost: až 32 GPa
  • tloušťka vrstvy: 1-4 μm
  • koeficient tření: 0,2 μ
  • aplikační teplota: 400 °C
  • použití: ocel (N/mm²) < 1.300, nerezavějící ocel
  • chlazení je v případě vyšších řezných rychlostí nutné