Tecnología de recubrimiento --- recubrimiento de herramientas

- Dec 18, 2018-

Tecnología de recubrimiento --- recubrimiento de herramientas

 

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A través de métodos químicos o físicos en la superficie de la herramienta para formar una determinada película (es decir, el proceso de recubrimiento), de modo que la herramienta de corte obtenga un excelente rendimiento integral de corte, a fin de cumplir con los requisitos del corte de alta velocidad; Desde la llegada de las herramientas de recubrimiento duro a principios de la década de 1970, la tecnología de deposición química de vapor (CVD) y la tecnología de deposición física de vapor (PVD) se han desarrollado sucesivamente, lo que ha abierto un nuevo capítulo en la historia de la mejora del rendimiento de la herramienta. En comparación con las herramientas no recubiertas, las herramientas recubiertas tienen ventajas significativas: pueden mejorar considerablemente la vida útil de las herramientas de corte; Mejorar efectivamente la eficiencia de corte; Mejorar la precisión de mecanizado y la calidad de la superficie de la pieza mecanizada obviamente; Reducir efectivamente el consumo de materiales de herramientas, reducir el costo de procesamiento; Reducir el uso de refrigerante, reducir el costo, propicio para la protección del medio ambiente.

 

Características del recubrimiento de la herramienta:

 

1. La aplicación de la tecnología de recubrimiento puede mejorar en gran medida la dureza de la superficie de la herramienta sin reducir la resistencia de la herramienta, y la dureza que se puede lograr ahora es cercana a 100 GPa;

2. Con el rápido desarrollo de la tecnología de recubrimiento, la estabilidad química y la resistencia a la oxidación a alta temperatura de la película se hacen más prominentes, lo que hace posible el corte a alta velocidad.

3. La película de lubricación tiene un buen rendimiento de lubricación en fase sólida, puede mejorar efectivamente la calidad del procesamiento, pero también es adecuada para el corte en seco;

4. Como el proceso final de fabricación de herramientas, la tecnología de recubrimiento tiene poco impacto en la precisión de la herramienta y puede usarse para procesos de recubrimiento repetidos.

 

Recubrimientos de uso común:

1, recubrimiento de nitruro de titanio: el nitruro de titanio (TiN) es un recubrimiento general de PVD, que puede mejorar la dureza de la herramienta y tiene una alta temperatura de oxidación. El recubrimiento se puede utilizar para herramientas de corte de acero de alta velocidad o herramientas de formación para obtener buenos resultados de mecanizado.

2, recubrimiento de nitruro de cromo: el recubrimiento de CrN tiene buena resistencia a la adhesión, lo que lo convierte en el recubrimiento preferido en el procesamiento del tumor de viruta. Con este recubrimiento casi invisible, las propiedades de mecanizado de HSS o herramientas de carburo y herramientas de conformado mejorarán enormemente.

3, revestimiento de diamante: los recubrimientos de diamante CVD para la herramienta de corte de procesamiento de materiales de metales no ferrosos proporcionan el mejor rendimiento, el procesamiento de grafito, compuestos de matriz de metal (MMC), aleación de aluminio con alto contenido de silicio y muchos otros materiales de alta abrasión, el recubrimiento ideal ( nota: las herramientas recubiertas con diamante puro no se pueden usar para procesar acero, porque el procesamiento del acero producirá una gran cantidad de calor de corte y, como consecuencia de una reacción química, arruinó la capa de adhesivo entre el recubrimiento y la herramienta de corte).

4. Recubrimiento de nitruro de titanio: el elemento de carbono agregado al recubrimiento de nitruro de titanio (TiCN) puede mejorar la dureza de la herramienta y obtener una mejor lubricidad de la superficie, lo que lo convierte en un recubrimiento ideal para herramientas de acero de alta velocidad.

5, nitruro de aluminio / nitruro de titanio / recubrimiento de nitruro de aluminio (TiAlN / AlTiN): la capa de óxido de aluminio formada en el recubrimiento de TiAlN / AlTiN puede mejorar efectivamente la vida útil de procesamiento a alta temperatura de la herramienta. El recubrimiento se puede utilizar para herramientas de corte de carburo principalmente para corte seco o semiseco. Los recubrimientos AlTiN ofrecen una mayor dureza superficial que los recubrimientos de TiAlN, dependiendo de la relación de aluminio a titanio contenido en los recubrimientos, lo que lo convierte en otra opción de recubrimiento viable para el mecanizado a alta velocidad.

6. Recubrimiento tipo diamante (DLC):

DLC tiene muchas características excelentes: alta dureza -60GPa o Hv6000 o superior; Coeficiente de baja fricción Excelente densidad de película; Buena estabilidad química y propiedades ópticas. El recubrimiento DLC aplicado a la herramienta muestra un rendimiento mucho más especial que otros recubrimientos duros. Las herramientas recubiertas con DLC incluyen principalmente: corte de grafito, corte de varios metales no ferrosos (como aleación de aluminio, aleación de cobre, etc.), materiales duros no metálicos (como acrílico, fibra de vidrio, materiales de PCB).

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Debido a que el DLC tiene un coeficiente de fricción muy bajo (0.05 ~ 0.2) y autolubricación, la herramienta recubierta con DLC es la mejor opción para el corte en seco. En comparación con la herramienta sin revestimiento, la fuerza de corte de la herramienta de revestimiento DLC se puede reducir en un 6% en condiciones de corte en seco. . En comparación con otras herramientas recubiertas (como TiN, TiAlN), la fuerza de corte de las herramientas recubiertas con DLC se puede reducir en un 23% en condiciones de corte seco; De manera similar, el bajo coeficiente de fricción del DLC puede reducir en gran medida la fuerza de corte del corte de metal (corte de aleación de aluminio), lo que reduce considerablemente el consumo de energía. En las condiciones de corte con refrigerante, la relación de fuerza de corte de las herramientas recubiertas con DLC sin herramientas recubiertas y otras herramientas recubiertas disminuyó en un 18%, y la rugosidad de la superficie metálica procesada disminuyó en Ra0.04 ~ R0.23um) a Ra0.38.

 

Tecnología de recubrimiento y conocimiento de recubrimiento de herramientas:

 

1. El recubrimiento de carburo de nitruro de titanio (TiCN) tiene mayor dureza que el recubrimiento de nitruro de titanio (TiN). Debido al mayor contenido de carbono, la dureza del recubrimiento de TiCN se incrementó en un 33% y el rango de dureza fue de aproximadamente hv3000-4000 (según el fabricante).

 

2. Recubrimiento de diamante CVD: la aplicación del recubrimiento de diamante CVD con dureza superficial hasta Hv9000 ha sido relativamente madura. En comparación con las herramientas recubiertas con PVD, la vida útil de las herramientas recubiertas con diamante CVD se ha mejorado entre 10 y 20 veces. La alta dureza de las herramientas recubiertas con diamante hace que la velocidad de corte sea 2 - 3 veces mayor que la de las herramientas no recubiertas, lo que hace que la temperatura de oxidación del diamante CVD se refiera al valor de la temperatura al comienzo de la descomposición del recubrimiento. Cuanto más alto es el valor de la temperatura de oxidación, más favorable es para el corte a alta temperatura. Aunque el recubrimiento de TiAlN puede tener una menor dureza a temperatura ambiente que el recubrimiento de TiCN, ha demostrado ser mucho más efectivo que el recubrimiento de TiCN en el procesamiento a alta temperatura. La razón por la que el recubrimiento de TiAlN aún puede mantener su dureza a alta temperatura es que puede formar una capa de óxido de aluminio entre la herramienta y el chip, que puede transferir el calor de la herramienta a la pieza de trabajo o al chip. En comparación con los cortadores HSS, los cortadores de carburo generalmente tienen una velocidad de corte más alta, lo que hace que el TiAlN sea el recubrimiento preferido para los cortadores de carburo. Los cortadores recubiertos de piedra recubiertos con PVDTiAlN se utilizan generalmente para los cortadores recubiertos de piedra recubiertos con PVDTiAlN en brocas de carburo y fresas de fresado.

 

3, la superficie de la herramienta de la película dura sobre el material tiene los siguientes requisitos: (1) alta dureza, buena resistencia al desgaste; (2) las propiedades químicas son estables, no tienen una reacción química con el material de la pieza de trabajo; La resistencia al calor y la resistencia a la oxidación, el coeficiente de fricción es bajo y la matriz está firmemente unida. Es difícil que un solo material de recubrimiento cumpla con todos los requisitos técnicos anteriores. El desarrollo de materiales de recubrimiento, ha sido del recubrimiento original de TiN único, el recubrimiento de TiC, ha pasado por TiC - A12O3, un recubrimiento compuesto de TiN y TiCN, TiAlN y otras etapas de desarrollo de recubrimientos compuestos multivariados, ahora el último desarrollo de TiN / NbN. En TiN / CN y en otros materiales de película compuesta multivariable, el rendimiento del recubrimiento de la herramienta se ha mejorado considerablemente.

 

4, en el proceso de fabricación de herramientas de recubrimiento, generalmente de acuerdo con la dureza del recubrimiento, resistencia al desgaste, resistencia a la oxidación a alta temperatura, lubricación y resistencia a la adhesión en algunos aspectos a elegir, incluida la oxidación del recubrimiento y la temperatura de corte. Las condiciones técnicas. La temperatura de oxidación se refiere a que el recubrimiento comenzó a descomponer el valor de la temperatura, cuanto más alto es el valor de la temperatura de oxidación, más favorable es el proceso de corte en condiciones de alta temperatura. Aunque el recubrimiento de TiAlN puede tener una menor dureza a temperatura ambiente que el recubrimiento de TiCN, ha demostrado ser mucho más efectivo que el recubrimiento de TiCN en el procesamiento a alta temperatura. El recubrimiento de TiAlN puede mantener su dureza a altas temperaturas porque puede formar una capa de alúmina entre la herramienta y el chip, que puede transferir el calor de la herramienta a la pieza de trabajo o al chip. Los carburos generalmente se cortan a velocidades más altas que las cortadoras HSS, lo que hace que TiAlN sea el recubrimiento preferido para carburos. Los recubrimientos PVDTiAlN se usan comúnmente para fresas de carburo y fresas de extremo.

 

5. Desde la perspectiva de la tecnología de aplicación: además de la temperatura de corte, la profundidad de corte, la velocidad de corte y el refrigerante pueden tener un impacto en el efecto de aplicación del recubrimiento de la herramienta.

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El progreso de los materiales de recubrimiento comunes y la tecnología de recubrimiento superduro:

TiN es el material de recubrimiento duro más maduro y más utilizado. En la actualidad, la tasa de utilización de la herramienta de acero de alta velocidad de recubrimiento de TiN de los países desarrollados industrialmente ha representado la herramienta de acero de alta velocidad del 50% al 70%, y una tasa de utilización de la herramienta compleja sin rectificación ha superado el 90%. Debido a los altos requisitos técnicos de las modernas herramientas de corte de metal, el revestimiento TiN es cada vez más incapaz de adaptarse. La pobre resistencia a la oxidación del recubrimiento de TiN, el uso de la temperatura de 500 , la oxidación obvia y la capa de membrana de ablación, y tampoco puede satisfacer la necesidad. El TiC tiene mayor microdureza, por lo que la resistencia al desgaste de este material es mejor. Al mismo tiempo, está firmemente unido al sustrato. En la preparación de un revestimiento de capas múltiples resistente al desgaste, el TiC se usa a menudo como la película subyacente en contacto con el sustrato. Es un material de recubrimiento muy común en la herramienta de recubrimiento.

 

El desarrollo de TiCN y TiAlN, y el rendimiento de la herramienta de recubrimiento a un nivel superior. TiCN puede reducir la tensión interna del recubrimiento, mejorar la tenacidad del recubrimiento, aumentar el grosor del recubrimiento, evitar la difusión de grietas y reducir la rotura del filo de corte. TiCN se establece como la capa principal resistente al desgaste de la herramienta recubierta, lo que puede mejorar significativamente la vida útil de la herramienta. La estabilidad química de TiAlN es buena, desgaste por oxidación, procesamiento de acero de alta aleación, acero inoxidable, aleación de qin, aleación de níquel, vida de la herramienta de recubrimiento de TiN aumentada en 3-4 veces. Si hay una alta concentración de Al en el recubrimiento de TiAlN, se generará un A12O3 muy fino sin grado en la superficie del recubrimiento durante el corte, formando una película protectora inerte dura. La herramienta recubierta se puede utilizar más eficazmente para el corte a alta velocidad. El carburo de titanio dopado con oxígeno TiCNO tiene una microdureza y una estabilidad química muy altas, que pueden producir la función equivalente al recubrimiento compuesto TiC 10 A12O3.

 

Entre los materiales de película dura mencionados anteriormente, hay tres tipos de microdureza HV que pueden superar los 50GPa: película de diamante, nitruro de boro cúbico CBN y nitruro de carbono.

 

Muchos de los depósitos de temperatura de la película de diamante para 600 900 , por lo que la tecnología utilizada en la deposición de película de diamante en la superficie de herramientas de corte de carburo cementado. La comercialización de la herramienta de carburo de diamante es un gran logro de la tecnología de recubrimiento en los últimos años.

 

CBN es el segundo lugar después del diamante en cuanto a dureza y conductividad térmica, excelente estabilidad térmica, en la atmósfera, no se calienta a 1000 óxido. CBN tiene propiedades químicas extremadamente estables para los metales del ferrogrupo. A diferencia del diamante, que no es adecuado para el procesamiento de acero, el CBN puede utilizarse ampliamente para el acabado y rectificado de productos de acero. Además de una excelente resistencia al desgaste, el recubrimiento de CBN se puede utilizar para procesar acero resistente al calor, aleación de titanio y acero endurecido a una velocidad de corte relativamente alta. También se puede usar para cortar rodillos duros con alta dureza, materiales de enfriamiento carbonizados y aleación de aluminio que es muy severa para el desgaste de la herramienta. Los métodos de CVD y PVD se utilizan principalmente para sintetizar películas delgadas de CBN por fase gaseosa a baja presión. El CVD incluye PCVD de transporte químico, PCVD de calentamiento asistido por hilo, ECR - CVD, etc. El PVD tiene un revestimiento reactivo de haz de iones, un revestimiento reactivo sin electricidad, deposición asistida por láser de rayos de iones de iones, etc. La tecnología de síntesis de CBN todavía tiene mucho trabajo por hacer en investigación básica y tecnología de aplicación, incluyendo mecanismo de reacción y proceso de formación de película, diagnóstico de plasma y análisis de espectrometría de masas, determinación de las mejores condiciones de proceso, desarrollo de equipos de alta eficiencia, etc. .

 

El nitruro de carbono puede tener una dureza igual o mayor que la del diamante. El éxito de la síntesis de nitruro de carbono es un ejemplo notable de ingeniería molecular. Como un material súper duro, se espera que el nitruro de carbono tenga muchas otras propiedades físicas y químicas valiosas.