Tecnologia de revestimento --- revestimento da ferramenta

Tecnologia de revestimento --- revestimento da ferramenta

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Através de métodos químicos ou físicos na superfície da ferramenta para formar um determinado filme (isto é, processo de revestimento), de modo que a ferramenta de corte para obter excelente desempenho de corte abrangente, de modo a cumprir os requisitos de corte de alta velocidade; Desde o advento das ferramentas de revestimento duro no início dos anos 70, a tecnologia de deposição de vapor químico (CVD) e a tecnologia de deposição de vapor físico (PVD) foram desenvolvidas sucessivamente, abrindo um novo capítulo na história da melhoria do desempenho da ferramenta. Em comparação com ferramentas não revestidas, as ferramentas revestidas têm vantagens significativas: podem melhorar muito a vida útil das ferramentas de corte; Melhore efetivamente a eficiência de corte; Melhorar a precisão de usinagem e a qualidade da superfície da peça usinada, obviamente; Efetivamente reduzir o consumo de materiais de ferramentas, reduzir o custo de processamento; Reduzir o uso de refrigerante, reduzir o custo, propício para a proteção ambiental.

Características do revestimento da ferramenta:

1. A aplicação da tecnologia de revestimento pode melhorar significativamente a dureza da superfície da ferramenta sem reduzir a resistência da ferramenta, e a dureza que pode ser alcançada agora é próxima de 100GPa;

2. Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de revestimento, a estabilidade química e a resistência à oxidação a altas temperaturas da película tornam-se mais proeminentes, o que torna possível o corte a alta velocidade.

3. O filme de lubrificação tem um bom desempenho de lubrificação em fase sólida, pode efetivamente melhorar a qualidade do processamento, mas também adequado para corte a seco;

4. Como processo final de fabricação de ferramentas, a tecnologia de revestimento tem pouco impacto na precisão da ferramenta e pode ser usada para o processo de revestimento repetido.

Revestimentos comumente usados:

1, revestimento de nitreto de titânio: nitreto de titânio (TiN) é um revestimento geral de PVD, que pode melhorar a dureza da ferramenta e tem uma alta temperatura de oxidação. O revestimento pode ser usado para ferramentas de corte de aço de alta velocidade ou ferramentas de conformação para obter bons resultados de usinagem.

2, revestimento de nitreto de cromo: revestimento CrN tem boa resistência à adesão, tornando-se o revestimento preferido no processamento de tumor de cavacos. Com este revestimento quase invisível, as propriedades de usinagem de ferramentas de HSS ou de carboneto e ferramentas de conformação serão grandemente aprimoradas.

3, revestimento de diamante: revestimentos de diamante CVD para material de metais não ferrosos ferramenta de corte de processamento fornece o melhor desempenho, o processamento de grafite, compósitos de matriz de metal (MMC), liga de alumínio de silício elevado, e muitos outros materiais de alta abrasão, o revestimento ideal Nota: Ferramentas revestidas com diamantes puros não podem ser usadas para processar aço, porque o processamento de aço produzirá um grande número de calor de corte e, causando uma reação química, arruinou a camada adesiva entre o revestimento e a ferramenta de corte).

4. Revestimento de nitreto de titânio: o elemento de carbono adicionado ao revestimento de nitreto de titânio (TiCN) pode melhorar a dureza da ferramenta e obter melhor lubrificação da superfície, tornando-a um revestimento ideal para ferramentas de aço de alta velocidade.

5, revestimento de nitreto de alumínio / nitreto de titânio / nitreto de alumínio (TiAlN / AlTiN): a camada de óxido de alumínio formada no revestimento de TiAlN / AlTiN pode efetivamente melhorar a vida de processamento de alta temperatura da ferramenta. O revestimento pode ser usado para ferramentas de corte de carboneto usadas principalmente para corte seco ou semi-seco. Os revestimentos AlTiN oferecem maior dureza superficial do que os revestimentos de TiAlN, dependendo da proporção de alumínio para titânio contida nos revestimentos, tornando-se outra opção de revestimento viável para usinagem de alta velocidade.

6. Revestimento tipo diamante (DLC):

DLC tem muitos recursos excelentes: alta dureza - 60GPa ou Hv6000 ou acima; Baixo coeficiente de atrito Excelente densidade de filme; Boa estabilidade química e propriedades ópticas. O revestimento DLC aplicado à ferramenta mostra um desempenho muito mais especial do que outros revestimentos duros. As ferramentas revestidas DLC incluem principalmente: corte por grafite, corte de vários metais não ferrosos (como liga de alumínio, liga de cobre, etc.), materiais duros não metálicos (como acrílico, fibra de vidro, materiais PCB) de corte.

Como o DLC possui um coeficiente de atrito muito baixo (0,05 a 0,2) e auto-lubrificação, a ferramenta revestida com DLC é a melhor escolha para corte a seco. Em comparação com a ferramenta sem revestimento, a força de corte da ferramenta de revestimento DLC pode ser reduzida em 6% sob a condição de corte a seco. . Em comparação com outras ferramentas revestidas (como TiN, TiAlN), a força de corte das ferramentas revestidas com DLC pode ser reduzida em 23% sob condições de corte a seco; Da mesma forma, o baixo coeficiente de atrito da DLC pode reduzir bastante a força de corte do corte de metal (corte da liga de alumínio), reduzindo assim o consumo de energia. Sob as condições de corte com refrigerante, a relação de força de corte das ferramentas revestidas DLC sem ferramentas revestidas e outras ferramentas revestidas diminuiu 18%, e a rugosidade da superfície de metal processada diminuiu de Ra0.04 ~ R0.23um) para Ra0.38.

Tecnologia de revestimento e conhecimento de revestimento de ferramentas:

1. O revestimento de carboneto de nitreto de titânio (TiCN) tem maior dureza do que o revestimento de nitreto de titânio (TiN). Devido ao aumento do teor de carbono, a dureza do revestimento de TiCN foi aumentada em 33%, e a faixa de dureza foi de cerca de 3000-3000 (dependendo do fabricante).

2. Revestimento de diamante CVD: a aplicação de revestimento de diamante CVD com dureza superficial até Hv9000 tem sido relativamente madura. Em comparação com as ferramentas revestidas com PVD, a vida útil das ferramentas revestidas com diamante CVD foi melhorada em 10 a 20 vezes. A alta dureza das ferramentas revestidas com diamante torna a velocidade de corte 2 - 3 vezes maior que a das ferramentas não revestidas, fazendo com que a temperatura de oxidação do diamante CVD se refira ao valor da temperatura no início da decomposição do revestimento. Quanto maior o valor da temperatura de oxidação, mais favorável é para o corte a alta temperatura. Embora o revestimento de TiAlN possa ter menor dureza à temperatura ambiente do que o revestimento de TiCN, ele provou ser muito mais eficaz do que o revestimento de TiCN no processamento de alta temperatura. A razão pela qual o revestimento de TiAlN ainda pode manter sua dureza em alta temperatura é que ele pode formar uma camada de óxido de alumínio entre a ferramenta e o chip, que pode transferir calor da ferramenta para a peça de trabalho ou o chip. Em comparação com os cortadores de HSS, as fresas de metal duro geralmente têm uma velocidade de corte mais alta, o que torna o TiAlN o revestimento preferido para as fresas de metal duro. As fresas revestidas com pedras revestidas com PVDTiAlN são geralmente usadas para fresas revestidas com pedras revestidas com PVDTiAlN em brocas de metal duro e fresas de topo.

3, a superfície da ferramenta do filme duro no material tem os seguintes requisitos: (1) alta dureza, boa resistência ao desgaste; (2) propriedades químicas são estáveis, não têm uma reação química com o material da peça de trabalho; Resistência ao calor e resistência à oxidação, o coeficiente de atrito é baixo e a matriz está firmemente presa. É difícil que um único material de revestimento atenda a todos os requisitos técnicos acima. O desenvolvimento de materiais de revestimento, foi a partir do revestimento de TiN único original, revestimento de TiC, passou pelo TiC - A12O3 um revestimento composto de TiN e TiCN, TiAlN e outro estágio de desenvolvimento de revestimento composto multivariado, agora o mais recente desenvolvimento de TiN / NbN , TiN / CN, e outros materiais de filme compósito multivariado, o desempenho do revestimento da ferramenta foi grandemente melhorado.

4, no processo de fabricação de ferramentas de revestimento, geralmente de acordo com a dureza do revestimento, resistência ao desgaste, resistência à oxidação de alta temperatura, lubrificação e resistência à adesão a alguns aspectos a escolher, incluindo a oxidação do revestimento e temperatura de corte é o mais diretamente relacionado as condições técnicas. Temperatura de oxidação refere-se ao revestimento começou a decompor o valor de temperatura, quanto maior o valor da temperatura de oxidação, o mais favorável o processo de corte em condições de alta temperatura. Embora o revestimento de TiAlN possa ter menor dureza à temperatura ambiente do que o revestimento de TiCN, ele provou ser muito mais eficaz do que o revestimento de TiCN no processamento de alta temperatura. O revestimento de TiAlN pode manter sua dureza em altas temperaturas porque pode formar uma camada de alumina entre a ferramenta e o chip, que pode transferir calor da ferramenta para a peça de trabalho ou o chip. Geralmente, os carbonetos são cortados em velocidades mais altas que os cortadores de HSS, o que torna o TiAlN o revestimento preferido para os carbonetos. Os revestimentos de PVDTiAlN são comumente usados para fresas de metal duro e fresas de topo.

5. Do ponto de vista da tecnologia de aplicação: além da temperatura de corte, a profundidade de corte, a velocidade de corte e o líquido refrigerante podem ter um impacto no efeito de aplicação do revestimento da ferramenta.

Progresso de materiais de revestimento comuns e tecnologia de revestimento superhard:

O TiN é o material de revestimento duro mais maduro e amplamente utilizado. Actualmente, os países industrializados revestimento TiN taxa de utilização da ferramenta de aço de alta velocidade tem sido responsável por ferramenta de aço de alta velocidade 50% a 70%, alguns não-reafiação complexo taxa de utilização da ferramenta ultrapassou 90%. Devido aos altos requisitos técnicos das modernas ferramentas de corte de metal, o revestimento de TiN é cada vez mais incapaz de se adaptar. Má resistência à oxidação do revestimento de TiN, o uso da temperatura de 500 ℃ , a oxidação óbvia e a camada de membrana de ablação, e também não pode satisfazer a necessidade. TiC tem maior microdureza, por isso a resistência ao desgaste deste material é melhor. Ao mesmo tempo, está firmemente preso ao substrato. Na preparação de revestimento multicamada resistente ao desgaste, o TiC é frequentemente usado como o filme subjacente em contato com o substrato. É um material de revestimento muito comum na ferramenta de revestimento.

TiCN e TiAlN e o desempenho da ferramenta de revestimento para um nível superior. O TiCN pode reduzir a tensão interna do revestimento, melhorar a tenacidade do revestimento, aumentar a espessura do revestimento, evitar a difusão de rachaduras e reduzir a quebra da aresta de corte. O TiCN é definido como a principal camada resistente ao desgaste da ferramenta revestida, o que pode melhorar significativamente a vida útil da ferramenta. TiAlN estabilidade química é bom, desgaste anti-oxidação, processamento de aço de alta liga, aço inoxidável, liga de qin, liga de níquel, vida de ferramenta de revestimento de TiN aumentada por 3-4 vezes. Se houver uma alta concentração de Al no revestimento de TiAlN, um A12O3 de grau não muito fino será gerado na superfície do revestimento durante o corte, formando uma película protetora inerte e dura. A ferramenta revestida pode ser usada de forma mais eficaz para o corte em alta velocidade. O carboneto de titânio dopado com oxigénio TiCNO tem uma microdureza e estabilidade química muito elevadas, o que pode produzir a função equivalente ao revestimento composto de TiC 10 A12O3.

Entre os materiais de filme duro mencionados acima, existem três tipos de microdureza HV que podem exceder 50GPa: filme de diamante, nitreto de boro cúbico CBN e nitreto de carbono.

Muitos dos depósitos de temperatura de filme de diamante para 600 ℃ 900 ℃ , então a tecnologia utilizada na deposição de filmes de diamante na superfície de ferramentas de corte de metal duro. A comercialização de ferramentas de carboneto de diamante é uma grande conquista da tecnologia de revestimento nos últimos anos.

O CBN é o segundo apenas em diamante na dureza e condutividade térmica, excelente estabilidade térmica, na atmosfera, não ocorre aquecimento a 1000 ℃ de óxido. O CBN possui propriedades químicas extremamente estáveis para metais ferrogrupos. Ao contrário do diamante, que não é adequado para o processamento de aço, o CBN pode ser amplamente utilizado para acabamento e retificação de produtos de aço. Além da excelente resistência ao desgaste, o revestimento de CBN pode ser usado para processar aço resistente ao calor, liga de titânio e aço temperado a uma velocidade de corte relativamente alta. Também pode ser usado para cortar rolos duros com alta dureza, materiais de têmpera carbonizados e liga si-al que é muito severa para o desgaste da ferramenta. Os métodos de CVD e PVD são usados principalmente para sintetizar filmes finos de CBN por fase gasosa de baixa pressão. CVD inclui PCVD de transporte de produtos químicos, PCVD de aquecimento assistido por fio quente, ECR - CVD, etc. O PVD possui revestimento de feixe de íon reativo, revestimento eletrolítico reativo, deposição assistida por feixe de íon eletrolítico a laser e assim por diante. A tecnologia de síntese da CBN ainda tem muito trabalho a fazer em pesquisa básica e tecnologia de aplicação, incluindo mecanismo de reação e processo de formação de filme, diagnóstico de plasma e análise de espectrometria de massa, determinação das melhores condições de processo, desenvolvimento de equipamentos de alta eficiência, etc. .

O nitreto de carbono pode ter uma dureza igual ou maior que a do diamante. O sucesso da síntese de nitreto de carbono é um exemplo notável de engenharia molecular. Como material super duro, espera-se que o nitreto de carbono tenha muitas outras propriedades físicas e químicas valiosas.