Správná povrchová úprava malých kruhových řezných nástrojů může zlepšit životnost nástroje, zkrátit dobu obráběcího cyklu a zlepšit kvalitu obrobeného povrchu. Výběr správného povlaku nástroje pro vaše potřeby obrábění však může být matoucí úkol.
Každý povlak má při řezání výhody i nevýhody. Pokud je zvolen nesprávný povlak, může to mít za následek nižší životnost nástroje než u nepovlakovaného nástroje a někdy dokonce způsobit další problémy.
K dispozici je mnoho typů povlaků pro nástroje, včetně povlaků PVD, povlaků CVD a kompozitních povlaků, které střídají povlaky PVD a CVD, které lze snadno získat od výrobců nástrojů nebo dodavatelů povlaků.
Tento článek stručně představí některé běžné vlastnosti povlaků nástrojů a některé běžně používané možnosti výběru povlaků PVD a CVD. Každá vlastnost povlaku hraje důležitou roli při určování, který povlak je pro řezání nejvýhodnější.
Vlastnosti povlaku
1. Tvrdost
Vysoká povrchová tvrdost způsobená povlakem je jedním z nejlepších způsobů, jak zlepšit životnost nástroje. Obecně lze říci, že čím tvrdší materiál nebo povrch, tím delší životnost nástroje.
Povlak z karbidu titanu (TiCN) má vyšší tvrdost než povlak z nitridu titanu (TiN). Díky zvýšenému obsahu uhlíku se tvrdost povlaku TiCN zvýšila o 33 % a jeho tvrdost se pohybuje od cca Hv3000 do 4000 (v závislosti na výrobci).
Aplikace CVD diamantového povlaku s povrchovou tvrdostí až Hv9000 na řezné nástroje je poměrně vyspělá. Ve srovnání s nástroji s povlakem PVD se životnost nástrojů s povlakem CVD diamantem zvýšila 10 až 20krát. Vysoká tvrdost a řezná rychlost diamantových povlaků může zvýšit řeznou rychlost 2 až 3krát ve srovnání s nástroji bez povlaku, což z nich dělá dobrou volbu pro řezání neželezných-materiálů.
2. Odolnost proti opotřebení
Odolnost proti opotřebení se týká schopnosti povlaku odolávat opotřebení. Přestože tvrdost některých materiálů obrobků nemusí být příliš vysoká, prvky přidané během výrobního procesu a použité procesy mohou způsobit prasknutí nebo otupení řezné hrany nástroje.
3. Mazání povrchu
Vysoké koeficienty tření zvyšují řezné teplo, což má za následek zkrácení životnosti povlaku nebo dokonce selhání. Snížení koeficientu tření může výrazně prodloužit životnost nástroje. Jemné a hladké nebo pravidelně strukturované povrchy povlaku pomáhají snižovat řezné teplo, protože hladký povrch umožňuje třískám rychle sklouznout z předního řezného břitu a snížit tvorbu tepla. Ve srovnání s nástroji bez povlaku lze nástroje s povlakem s lepší povrchovou kluzností zpracovávat také při vyšších řezných rychlostech, čímž se dále zabrání vysokoteplotnímu tavnému svařování s materiálem obrobku.
4. Oxidační teplota
Oxidační teplotou se rozumí teplota, při které se povlak začíná rozkládat. Čím vyšší je oxidační teplota, tím je výhodnější pro řezání za vysokých teplot. I když tvrdost povlaku TiAlN při pokojové teplotě může být nižší než tvrdost povlaku TiCN, ukázalo se, že je mnohem účinnější než TiCN při zpracování při vysokých-teplotách. Důvodem, proč si povlak TiAlN může stále zachovat svou tvrdost při vysokých teplotách, je to, že mezi nástrojem a třískou může vzniknout vrstva oxidu hlinitého, která může přenášet teplo z nástroje na obrobek nebo třísku. Ve srovnání s nástroji z rychlořezné oceli mají nástroje z tvrdokovu obvykle vyšší řezné rychlosti, což z TiAlN činí preferovaný povlak pro nástroje z tvrdokovu. Tvrdokovové vrtáky a stopkové frézy obvykle používají tento povlak PVD TiAlN.
5. Anti-přilnavost
Anti{0}}adhezní vlastnost povlaku může zabránit nebo snížit chemickou reakci mezi nástrojem a zpracovávaným materiálem a zabránit usazování materiálu obrobku na nástroji.
Při obrábění ne-železných kovů (jako je hliník, mosaz atd.) se na nástroji často objevují nánosy{2}}ostří, které způsobují vylamování nástroje nebo odchylky velikosti obrobku. Jakmile se obráběný materiál začne lepit na nástroj, adheze se bude dále rozšiřovat.
Při obrábění hliníkových obrobků tvářecími závitníky se hliník přilnutý k závitníku po obrobení každého otvoru zvětší a nakonec se průměr závitníku příliš zvětší, což způsobí vyřazení odchylky velikosti obrobku. Povlaky s dobrými-adhezními vlastnostmi mohou hrát dobrou roli i při obrábění se špatným výkonem chladicí kapaliny nebo nedostatečnou koncentrací.
Běžně používané nátěry
1. Povlak z nitridu titanu (TiN)
TiN je všeobecný-nátěr PVD, který může zvýšit tvrdost nástroje a má vysokou oxidační teplotu. S tímto povlakem lze dosáhnout velmi dobrých výsledků obrábění při použití pro řezné nástroje z vysokorychlostní oceli nebo tvářecí nástroje-.
2. Povlak z nitridu karbidu titanu (TiCN)
Uhlíkový prvek přidaný do povlaku TiCN může zvýšit tvrdost nástroje a získat lepší kluznost povrchu, což z něj činí ideální povlak pro nástroje z rychlořezné oceli.
3. Dusíková hliníková titanová nebo dusíková titanová hliníková vrstva (TiAlN/AlTiN)
Vrstva oxidu hlinitého vytvořená v povlaku TiAlN/AlTiN může účinně zlepšit životnost nástroje při obrábění při vysokých{0}}teplotách. Tento povlak lze použít pro tvrdokovové nástroje, které se používají hlavně pro suché nebo polo{2}}suché řezání. V závislosti na poměru hliníku a titanu obsaženého v povlaku může povlak AlTiN poskytnout vyšší tvrdost povrchu než povlak TiAlN, takže jde o další životaschopnou možnost povlakování v oblasti vysokorychlostního obrábění.
4. Dusíkochromový hliníkový povlak (AlCrN)
Dobré anti{0}}adhezivní vlastnosti povlaku AlCrN z něj činí preferovaný povlak při obrábění náchylný k vytváření-hran. Po aplikaci tohoto téměř neviditelného povlaku se výrazně zlepší obráběcí výkon nástrojů z rychlořezné oceli nebo tvrdokovových nástrojů a tvářecích nástrojů.
5. Diamant
CVD diamantové povlaky poskytují optimální výkon pro nástroje pro obrábění neželezných materiálů a jsou ideální pro obrábění grafitu, kompozitů s kovovou matricí (MMC), slitin hliníku s vysokým obsahem křemíku a mnoha dalších vysoce abrazivních materiálů (poznámka: nástroje s čistým diamantem nelze použít pro obrábění ocelových dílů, protože obrábění ocelových dílů generuje velké řezné teplo a způsobuje chemickou reakci, která ničí povlak nástroje a adhezi).
Pro tvrdé frézování, závitování a vrtání jsou vhodné různé povlaky a každý má své specifické použití. Kromě toho lze použít více{1}}vrstvé povlaky, které mají mezi povrchovou vrstvou a substrátem nástroje zabudovány další povlaky, které dále prodlužují životnost nástroje.
Úspěšná aplikace nátěrů
Nákladově-efektivní aplikace povlaků může záviset na mnoha faktorech, ale pro každou konkrétní aplikaci obrábění obvykle existuje pouze jedna nebo několik schůdných možností povlakování.
Správná volba povlaku a jeho vlastností může znamenat rozdíl mezi výrazným zlepšením výkonu obrábění a téměř žádným zlepšením. Hloubka řezu, řezná rychlost a chladicí kapalina mohou ovlivnit aplikaci povlaků nástrojů.
Protože při obrábění materiálu obrobku existuje mnoho proměnných, jedním z nejlepších způsobů, jak určit, který povlak použít, je zkušební řezání. Dodavatelé povlaků neustále vyvíjejí další nové povlaky, aby dále zlepšili odolnost povlaku vůči vysokým teplotám, tření a odolnost proti opotřebení. Vždy je dobré ověřit si u výrobce povlaku (nástroje) aplikaci nejnovějších a nejlepších povlaků nástrojů při obrábění.
