TEAM CUTTING TOOLS

Содержание

Режущие инструменты. Как выбрать подходящее покрытие?

Сегодня около 95 процентов твердосплавных режущих кромок имеют покрытие. Повышение твердости поверхности приводит к увеличению износостойкости инструмента, снижение сопротивления скольжению при отводе стружки за счет ультрагладких поверхностей уменьшает склонность к пластической деформации и наростообразованию, а за счет изолирующего действия покрытия повышается теплостойкость. В результате достигается значительно более высокая стойкость.

Покрытие наносится двумя основными способами: по технологии PVD (физическим осаждением из паровой фазы) и по технологии CVD (химическим осаждением из паровой фазы). 

Пример: Покрытие AlTiN

Покрытия CVD

Химическое осаждение из паровой фазы (Chemical Vapor Deposition = CVD) – это технология нанесения почти свободных от внутренних напряжений покрытий посредством термохимических реакций.  

Исходные компоненты для нанесения покрытия переводятся в газообразное состояние и в таком виде подводятся в зону нанесения. Затем компоненты в газообразном состоянии либо разлагаются, либо вступают в реакцию с другими исходными компонентами и осаждаются тонким слоем на субстрате. Процесс может протекать при пониженном или атмосферном давлении.  

В качестве условия для поверхностной реакции температура субстрата должна составлять до 1000 градусов Цельсия. Для оптимизации данных процессов может использоваться плазма, которая ускоряет реакцию, что позволяет снизить температуру нанесения покрытия.   

Технология CVD применяется для нанесения покрытий толщиной от 5 до 12 мкм, в некоторых случаях до 20 мкм. Для нанесения покрытия используются TiC, TiCN, TiN и оксиды алюминия (Al203). Покрытия могут наносится в один или несколько слоев. 

Свойства покрытия CVD

  • Слабые внутренние напряжения покрытия
  • Высокая прочность сцепления с основой 
  • Высокая допускаемая нагрузка
  • Толщина слоя до 20 мкм
  • Очень высокая однородность покрытия
  • Возможность нанесения покрытия на внутреннюю поверхность и реализации сложных геометрий
  • При большой толщине слоя очень хороший теплозащитный эффект
  • При точении и фрезеровании чугуна возможны скорости резания, доступные обычно только с использованием керамических пластин.
  • Высокие температуры, при которых протекает процесс, усиливают хрупкое разрушение твердосплавного субстрата и снижают прочность режущей кромки.
  • Большая толщина слоя 20 мкм приводит к скруглениям, что делает режущую кромку менее острой. 

Алмазное покрытие

Алмазное покрытие является особой разновидностью покрытия CVD: для его нанесения подаваемый газообразный водород под действием либо высоких температур (2000 градусов Цельсия), либо плазменного воспламенения распадается на водородные радикалы. Затем эти радикалы вступают в реакцию с подаваемым также углеродсодержащим газом (как правило, метаном, CH4), что приводит к осаждению углерода на поверхности субстрата. При точном соблюдении технологических параметров осаждение углерода происходит в форме кристаллов алмаза. Алмазные покрытия отлично подходят для обработки материалов, обладающих выраженными абразивными свойствами, таких как графит или углепластик.

Области применения покрытий CVD

Покрытия CVD оптимально подходят в тех случаях, когда требуется высокая износостойкость, например, при общей токарной обработке нержавеющих сталей и обработке отверстий в стали, поскольку толстые покрытия CVD обеспечивают устойчивость к кратерному износу. А также для обработки материалов групп ISO P, ISO M и ISO K. Для обработки отверстий сплавы с покрытием CVD обычно используются в наружной режущей кромке. 

Если у Вас остались вопросы, обратитесь к нам за консультацией.

Наш отдел обслуживания клиентов работает с понедельника по пятницу с 8:00 ч до 17:00 ч.

Покрытия PVD

Технология PVD, в отличие от метода CVD, основана на чисто физических процессах. При этом речь идет о конденсации пара наносимого материала на поверхности субстрата. Чтобы частицы пара достигали детали и не терялись в результате рассеяния, напыление происходит при пониженном давлении. Так как покрытие PVD наносится при более низких температурах, от 400 до 600 градусов Цельсия, отрицательное влияние на свойства субстрата меньше, чем при использовании метода CVD. Это позволяет в значительной степени сохранить прочность специальных, мелкозернистых твердых сплавов.

Покрытие PVD наносится четырьмя основными способами: напылением, реактивным (катодным) распылением, вакуумно-дуговым методом и ионным осаждением. Наиболее популярной является технология катодного распыления. Используя разные варианты PVD, можно в очень чистой форме напылять почти все металлы и углерод. В условиях подачи активных газов, таких как кислород, азот или углеводороды, можно напылять оксиды, нитриды или карбиды.

Свойства покрытия PVD

  • Высокая чистота покрытия
  • Небольшое тепловое воздействие на субстрат – для сохранения прочности
  • Возможность нанесения любых материалов
  • Малый допуск на толщину покрытия
  • Отличная адгезионная прочность (в том числе при нанесении на дополнительные промежуточные слои)
  • Сравнительно небольшая толщина покрытия 

Области применения покрытий PVD

Пластины с покрытием PVD благодаря их вязким и, несмотря на это, острым режущим кромкам рекомендуется использовать для обработки адгезивных материалов. Область применения таких материалов включает в себя все твердосплавные фрезы и сверла, а также большую часть пластин для обработки канавок, резьбонарезания и фрезерования. Кроме того, сплавы с покрытием PVD часто применяются при чистовой обработке, а также для режущей кромки в центральной зоне при обработке отверстий. 

Многослойное

Если требуется высокая прочность, предлагается многослойное покрытие. При этом наносятся до 2000 отдельных слоев, толщина которых составляет всего несколько нанометров. Многослойная структура покрытия предупреждает распространение внутрь возникающих при обработке микротрещин. Снимаемый материал не проникает в режущую кромку настолько быстро, чтобы вызвать ее разрушение. Поэтому многослойное покрытие обеспечивает более высокую стойкость. Помимо многослойной структуры важную роль играет самый верхний слой. В особенности цветные металлы склонны к наростообразованию, которое приводит к повышению усилий резания и температур и, следовательно, увеличивает интенсивность износа инструмента. Верхний слой с низким коэффициентом трения уменьшает подобные отрицательные эффекты. 

Какой инструментальный материал выбрать?

Для нанесения покрытия CVD, как правило, используются TiC, TiCN, TiN и оксиды алюминия (Al203). Используя разные варианты PVD, можно напылять почти все металлы и углерод. Для облегчения выбора мы предлагаем обзор свойств наиболее популярных соединений:

TiN: покрытие из нитрида титана

  • Наиболее популярное стандартное покрытие для универсального применения
  • Химическое соединение титана и азота
  • Нанотвердость: до 24 гигапаскалей (ГПа)
  • Толщина покрытия: 1-7 мкм
  • Коэффициент трения: 0,55 μ
  • Температура применения: 600 °C
  • Применение: сталь (Н/мм²) < 900, латунь и чугун
  • Алюминий только на стационарных станках и с усиленным охлаждением жидкостью
  • Рекомендуется подвод СОЖ
  • Повышение стойкости в три – четыре раза по сравнению с инструментами без покрытия

TiAlN: титан-алюминий-нитрид

  • Универсальное покрытие
  • В зависимости от области применения повышение стойкости до десятикратного
  • Высокая термостойкость и устойчивость к окислению
  • Высокая скорость резания
  • Химическое соединение титана, алюминия и азота
  • Нанотвердость: до 35 гигапаскалей (ГПа)
  • Толщина покрытия: 1-4 мкм
  • Коэффициент трения: 0,5 μ
  • Температура применения: 800 °C
  • Применение: сталь (Н/мм²) < 1.100, нержавеющая сталь (высококачественная сталь), титановые сплавы, чугун, алюминий, латунь, бронза и пластмассы
  • Подвод СОЖ необязателен

AlTiN: алюминий-титан-нитрид

  • В зависимости от области применения повышение стойкости до четырнадцатикратного
  • Очень высокая термостойкость и устойчивость к окислению
  • Химическое соединение алюминия, титана и азота
  • Нанотвердость: до 38 гигапаскалей (ГПа)
  • Толщина покрытия: 1-4 мкм
  • Коэффициент трения: 0,7 μ
  • Температура применения: 900 °C
  • Применение: сталь (Н/мм²) < 1.300, нержавеющая сталь (высококачественная сталь)
  • Подвод СОЖ необязателен

TiCN: титан-углерод-нитрид

  • В зависимости от области применения повышение стойкости до четырех- или пятикратного
  • Очень высокая твердость и при этом хорошая прочность
  • Химическое соединение титана, углерода и азота
  • Нанотвердость: до 32 ГПа
  • Толщина покрытия: 1-4 мкм
  • Коэффициент трения: 0,2 μ
  • Температура применения: 400 °C
  • Применение: сталь (Н/мм²) < 1.300, нержавеющая сталь (высококачественная сталь)
  • Подвод СОЖ требуется при повышенных скоростях резания