Эта статья представляет собой длинную статью о покрытии инструмента, которая отвечает на четыре вопроса: какова технология покрытия поверхности инструмента, какие обычно используются покрытия, каковы характеристики покрытий и области применения покрытий. Те, кто специализируются на механической обработке, продолжают смотреть на это в прошлом.

Обзор покрытия инструмента

Технология покрытия поверхности инструмента представляет собой технологию модификации поверхности, разработанную в соответствии с требованиями рынка. С момента своего появления в 1960-х годах эта технология широко использовалась в производстве металлорежущих инструментов. Особенно после появления технологии высокоскоростной резки технология нанесения покрытий была быстро разработана и применена и стала одной из ключевых технологий производства высокоскоростного режущего инструмента. Эта технология образует определенную пленку на поверхности инструмента химическими или физическими методами, так что режущий инструмент может получить отличные всесторонние характеристики резания, чтобы соответствовать требованиям высокоскоростной резки.

Таким образом, технология покрытия поверхности режущих инструментов имеет следующие характеристики:

1. Технология покрытия может значительно улучшить твердость поверхности инструмента без снижения прочности инструмента. В настоящее время твердость может приближаться к 100 ГПа;

2. С быстрым развитием технологии нанесения покрытий химическая стабильность и стойкость к высокотемпературному окислению пленки становятся все более заметными, что делает возможной высокоскоростную обработку;

3. Смазочная пленка имеет хорошие характеристики твердой смазки, что может эффективно улучшить качество обработки, а также подходит для сухой резки;

4. Как заключительный процесс изготовления инструмента, технология покрытия мало влияет на точность инструмента и может выполнять повторяющийся процесс нанесения покрытия.

Преимущества режущих инструментов с покрытием: это может значительно увеличить срок службы режущих инструментов; Эффективно повысить эффективность резки; Очевидно улучшить качество поверхности обрабатываемой детали; Эффективно сократить расход инструментальных материалов и снизить стоимость обработки; Сократите использование охлаждающей жидкости, уменьшите стоимость и содействуйте защите окружающей среды.

Правильная обработка поверхности небольших круглых инструментов может увеличить срок службы инструмента, сократить время цикла обработки и улучшить качество обрабатываемой поверхности. Однако выбор правильного покрытия инструмента в соответствии с потребностями обработки может быть запутанной и трудоемкой работой. Каждое покрытие имеет как преимущества, так и недостатки при резке. Если выбрано неподходящее покрытие, срок службы инструмента может быть ниже, чем у инструментов без покрытия, а иногда даже привести к большему количеству проблем, чем до покрытия.

В настоящее время существует множество видов покрытий для инструментов, в том числе покрытие PVD, покрытие CVD и композитное покрытие с попеременным покрытием PVD и CVD, которые можно легко получить у производителей инструментов или поставщиков покрытий. В этой статье будут представлены некоторые общие свойства покрытий инструментов и некоторые распространенные варианты покрытий PVD и CVD. Каждая характеристика покрытия играет очень важную роль в определении того, какое покрытие наиболее выгодно для механической обработки.

Общие покрытия

1. Покрытие из нитрида титана (TIN)

Олово — это универсальное PVD-покрытие, которое может повысить твердость инструмента и иметь высокую температуру окисления. Покрытие можно использовать для режущих инструментов из быстрорежущей стали или формовочных инструментов для получения хороших результатов обработки.

2. Покрытие из нитрида хрома (CRN)

Покрытие CrN обладает хорошей адгезионной стойкостью, что делает его оптимальным выбором для обработки стружки. После нанесения этого почти невидимого покрытия обрабатываемость инструментов из быстрорежущей стали или инструментов из цементированного карбида и формовочных инструментов будет значительно улучшена.

3. Алмазное покрытие

Алмазное покрытие CVD может обеспечить наилучшие характеристики инструментов для обработки материалов из цветных металлов. Это идеальное покрытие для обработки графита, композитов с металлической матрицей (MMC), алюминиевого сплава с высоким содержанием кремния и многих других высокоабразивных материалов. образующиеся при обработке стальных деталей, приводящие к химическим реакциям, повреждающим клеевой слой между покрытием и инструментом).

4. Оборудование для нанесения покрытий

Покрытия, подходящие для твердого фрезерования, нарезания резьбы и сверления, различны и имеют свои особые случаи применения. Кроме того, могут использоваться многослойные покрытия, а между поверхностным слоем и матрицей инструмента встраиваются другие покрытия, что позволяет еще больше увеличить срок службы инструмента.

5. Покрытие из карбида нитрида титана (TiCN)

Углеродный элемент, добавленный в покрытие TiCN, может повысить твердость инструмента и улучшить смазывающую способность поверхности. Это идеальное покрытие для инструментов из быстрорежущей стали.

6. Азот-алюминий-титан или азот-титан-алюминий (TiAlN/AlTiN)

Слой оксида алюминия, сформированный в покрытии TiAlN/AlTiN, может эффективно увеличить срок службы режущих инструментов при высокотемпературной обработке. Покрытие может использоваться для инструментов из цементированного карбида, в основном используемых для сухой или полусухой резки. В соответствии с различной долей алюминия и титана в покрытии покрытие AlTiN может обеспечить более высокую твердость поверхности, чем покрытие TiAlN, поэтому это еще один приемлемый выбор покрытия в области высокоскоростной обработки.

Свойства покрытия

1. Твердость

Высокая твердость поверхности, обеспечиваемая покрытием, является одним из лучших способов увеличить срок службы инструмента. Вообще говоря, чем выше твердость материала или поверхности, тем дольше срок службы инструмента. Покрытие из карбида нитрида титана (TiCN) имеет более высокую твердость, чем покрытие из нитрида титана (TIN). За счет увеличения содержания углерода твердость покрытия TiCN повышена на 33%, а диапазон изменения ее твердости составляет порядка hv3000~4000 (в зависимости от производителя). Применение алмазного покрытия CVD с поверхностной твердостью до hv9000 в режущих инструментах является относительно зрелым. По сравнению с инструментами с покрытием PVD срок службы инструментов с алмазным покрытием CVD увеличивается в 10–20 раз. Высокая твердость и скорость резания алмазного покрытия могут быть в 2-3 раза выше, чем у инструментов без покрытия, что делает его хорошим выбором для резки цветных металлов.

2. Температура окисления

Температура окисления относится к температуре, при которой покрытие начинает разлагаться. Чем выше температура окисления, тем более благоприятна резка при высокой температуре. Хотя твердость покрытия TiAlN при комнатной температуре может быть ниже, чем у покрытия TiCN, было доказано, что оно намного эффективнее, чем TiCN, при высокотемпературной обработке. Причина, по которой покрытие TiAlN может сохранять свою твердость при высокой температуре, заключается в том, что оно может образовывать слой оксида алюминия между инструментом и стружкой, который может передавать тепло от инструмента к заготовке или стружке. По сравнению с инструментами из быстрорежущей стали скорость резания инструментов из цементированного карбида обычно выше, что делает TiAlN предпочтительным покрытием для инструментов из цементированного карбида. Это PVD-покрытие обычно используется для твердосплавных сверл и концевых фрез.

3. Износостойкость

Износостойкость относится к способности покрытия сопротивляться износу. Хотя твердость некоторых материалов заготовки может быть не слишком высокой, добавленные элементы и процесс, принятый в производственном процессе, могут привести к растрескиванию или затуплению режущей кромки инструмента.

4. Смазывающая способность поверхности

Высокий коэффициент трения увеличит тепловыделение при резке, что приведет к сокращению срока службы покрытия и даже к выходу его из строя. Снижение коэффициента трения может значительно увеличить срок службы инструмента. Тонкая и гладкая поверхность покрытия или регулярная текстура помогают снизить тепловыделение при резании, поскольку гладкая поверхность может быстро соскальзывать стружку с передней поверхности и уменьшать тепловыделение. По сравнению с инструментами без покрытия, инструменты с покрытием с улучшенной смазкой поверхности также могут обрабатываться с более высокой скоростью резания, что дополнительно позволяет избежать высокотемпературной сварки плавлением с материалами заготовки.

5. Адгезионная стойкость

Антиадгезионное покрытие может предотвратить или уменьшить химическую реакцию между инструментом и обрабатываемым материалом и избежать отложения материала заготовки на инструменте. При обработке цветных металлов (таких как алюминий, латунь и т. д.) на инструменте часто происходит накопление стружки, что приводит к разрушению кромки инструмента или выходу размера заготовки за пределы допуска. Как только обрабатываемый материал начинает прилипать к инструменту, адгезия будет продолжать расширяться. Например, при обработке алюминиевой заготовки формовочным метчиком алюминий, прилипший к метчику, будет увеличиваться после обработки каждого отверстия, и, наконец, диаметр метчика станет слишком большим, что приведет к чрезмерному допуску и браку размера заготовки. Покрытия с хорошей адгезией могут играть хорошую роль даже в случаях обработки с плохими характеристиками охлаждающей жидкости или недостаточной концентрацией.

Нанесение покрытий

Достижение рентабельности нанесения покрытий может зависеть от многих факторов, но обычно существует только один или несколько возможных вариантов покрытия для каждого конкретного применения обработки. Правильный выбор покрытия и его характеристик может означать разницу между значительным улучшением и практически отсутствием улучшения технологичности. Глубина резания, скорость резания и охлаждающая жидкость могут повлиять на эффект нанесения покрытия на инструмент.

Поскольку при обработке материала заготовки существует множество переменных, одним из лучших способов определить, какое покрытие выбрать, является пробная резка. Поставщики покрытий постоянно разрабатывают новые покрытия для дальнейшего улучшения их стойкости к высоким температурам, трения и износостойкости. Всегда полезно работать с производителями покрытий (инструментов), чтобы проверить применение новейших и лучших покрытий инструментов при механической обработке.