Panoramica generale dei rivestimenti degli utensili

Gli utensili da taglio rivestiti si riferiscono agli utensili che hanno un sottile strato di metallo refrattario o composti non metallici sulla loro superficie in metallo duro o acciaio ad alta velocità (HSS), il film può anche essere depositato su ceramica, diamante, nitruro di boro cubico (CBN) e altre lame di materiale superduro). Come barriera chimica e barriera termica, il film può ridurre la diffusione e le reazioni chimiche tra l'utensile e il pezzo, riducendo l'usura della mezzaluna. Gli utensili da taglio rivestiti hanno le caratteristiche di elevata durezza superficiale, buona resistenza all'usura, buona stabilità chimica, grande resistenza al calore e all'ossidazione, piccolo coefficiente di attrito e bassa conduttività termica e così via, questi vantaggi possono migliorare la vita dell'utensile di 3 ~ 5 volte rispetto al strumento non rivestito durante il taglio, inoltre, la velocità di taglio può essere migliorata dal 20% al 70%, la precisione di lavorazione può essere migliorata da 0,5 a 1 ei costi di consumo dell'utensile possono essere ridotti dal 20% al 50%. Di conseguenza, gli utensili da taglio rivestiti sono diventati il simbolo dei moderni utensili da taglio e il loro rapporto di utilizzo negli utensili da taglio è superiore al 50%. Allo stato attuale, tutti i tipi di utensili utilizzati per il taglio includono utensili da tornio, utensili di foratura, trapani, alesatori, maschiatori, cacciatrici, teste fresate, frese, utensili di formatura, frese e fresa per scanalatura, tutti possono utilizzare il processo di rivestimento per migliorare le prestazioni.  

Esistono quattro tipi di utensili rivestiti: utensili rivestiti in HSS, utensili in metallo duro rivestito, strumenti in ceramica rivestiti e lame in materiali superduri rivestiti (diamante o nitruro di boro cubico). Ma gli strumenti HSS rivestiti e gli utensili in metallo duro rivestiti sono i più utilizzati. I rivestimenti su dischi ceramici e super-duri sono materiali con una durezza inferiore rispetto al substrato. Lo scopo è quello di aumentare la resistenza alla frattura della superficie della lama (la tenacità alla frattura può essere migliorata del 10%), che può aiutare a ridurre lo sfaldamento e la rottura della lama ed espandere la gamma di applicazioni.

Metodo di rivestimento

Attualmente esistono due metodi di rivestimento comunemente usati nella produzione: metodo di deposizione fisica in fase di vapore (PVD) e metodo di deposizione chimica in fase di vapore (CVD). La temperatura di deposizione del PVD è di 500 ℃ , con uno spessore del rivestimento di 2 ~ 5 μ m. La temperatura di deposizione di CVD è 900 ℃ ~ 1100 ℃ , con lo spessore del rivestimento è 5 ~ 10 μ m, inoltre, l'attrezzatura di CVD è semplice e il rivestimento CVD è molto uniforme. Gli strumenti HSS sono comunemente usati come metodo PVD perché la temperatura di deposizione del PVD non supera la temperatura di rinvenimento dell'acciaio ad alta velocità. La maggior parte del carburo cementato utilizza il metodo CVD, poiché durante il rivestimento si formerà uno strato fragile di decarburazione (fase η) tra il rivestimento e il substrato a causa della sua elevata temperatura di deposizione. Negli ultimi dieci anni, con lo sviluppo della tecnologia di rivestimento, il metallo duro può anche utilizzare il metodo PVD. Come processo di rivestimento composito, la combinazione di PVD e CVD è denominata metodo PACVD (metodo CVD al plasma). Il metodo PECVD utilizza il plasma per promuovere le reazioni chimiche e la temperatura del rivestimento può essere ridotta al di sotto di 400 ℃ (attualmente la temperatura del rivestimento è stata ridotta a 180 ℃ ~ 200 ℃ ), il che garantisce che non vi siano diffusione, cambio di fase o reazione di scambio tra substrato di carburo cementato e il materiale di rivestimento e quindi per mantenere la durezza originale della lama. Questo metodo è particolarmente efficace per rivestimenti superhard a base di diamante e nitruro di boro cubico (CBN).

Quando si adotta il metodo CVD, il tagliente ha bisogno del trattamento passivante in anticipo (il raggio del cerchio arrotondato è solitamente 0,02-0,08 mm e la resistenza del tagliente aumenta con l'allargamento del raggio del cerchio smussato). Quindi, il filo di lama non è nitido come la lama non rivestita. Di conseguenza, gli utensili da taglio che richiedono taglienti affilati dovrebbero utilizzare il metodo PVD. Il rivestimento può non solo depositarsi sulla lama di taglio generale, ma anche sullo strumento solido e ora può essere rivestito con utensili in metallo duro saldato. L'adozione del metodo PCVD su punte in carburo cementato può rendere la vita delle frese 10 volte più lunga rispetto alla fresa in acciaio ad alta velocità, l'efficienza può essere migliorata fino a 5 volte.

Materiali di rivestimento

I materiali di rivestimento devono soddisfare i requisiti di elevata durezza, buona resistenza all'usura, buona stabilità chimica, nessuna reazione chimica con il materiale del pezzo, buon calore e resistenza all'ossidazione, basso coefficiente di attrito, buona adesione con il substrato e così via. Chiaramente, un singolo materiale di rivestimento è difficile da soddisfare i requisiti di cui sopra. Pertanto, il materiale di rivestimento duro è entrato in una nuova fase che sviluppa film spesso, rivestimento composito e rivestimento multicomponente dall'inizio di un singolo TiC, TiN, Al ₂ O ₃ . La composizione dei nuovi rivestimenti TiCN, TiAlN, TiAlN multipli, ultrasottili, super multistrato e rivestimenti TiC, TiN, Al ₂ O ₃ e nuova matrice di deformazione anti-plastica compiono progressi significativi nel miglioramento della resistenza del rivestimento , la forza di legame del rivestimento e del substrato, la resistenza all'usura del rivestimento, ecc.

Allo stato attuale, la tecnologia che ricopriva il film di diamante sul substrato di carburo cementato ha raggiunto una svolta, può migliorare in modo completo le prestazioni dello strumento. Il materiale di rivestimento duro più maturo e più utilizzato è il TiN, ma la forza di adesione tra rivestimento TiN e substrato è inferiore al rivestimento TiC, il rivestimento TiN è facile da rimuovere e la durezza è inferiore a TiC. Quando la temperatura di taglio è elevata, il rivestimento TiN è facilmente ossidabile e ablato. Il rivestimento in TiC ha una durezza e resistenza all'usura più elevate, oltre a una buona resistenza all'ossidazione, ma è fragile con scarsa resistenza all'impatto. TiCN ha i vantaggi di TiC e TiN, può controllare le proprietà TiCN cambiando continuamente la composizione di C e N durante il processo di rivestimento e quindi forma una struttura multistrato con diverse composizioni, riducendo così lo stress interno del rivestimento, migliorare la robustezza, aumentare lo spessore del rivestimento, prevenire la crescita della fessura e ridurre lo sfaldamento. Il rivestimento a base di TiCN è adatto per la lavorazione di acciaio ordinario, acciaio legato, acciaio inossidabile e ghisa resistente all'usura, ecc. La velocità di rimozione del materiale può essere aumentata di 2 o 3 volte durante la lavorazione.

TiAlN, CrN, TiAlCrN sono materiali di rivestimento duro di nuova concezione negli ultimi anni. Le pale rivestite TiAlN sono state commercializzate. Con una buona stabilità chimica e resistenza all'usura all'ossidazione, la durata dell'utensile è 3-4 volte superiore rispetto al rivestimento TiN durante la lavorazione di acciaio ad alta lega, acciaio inossidabile, lega di titanio e lega di nichel. Inoltre, se vi è una concentrazione di alluminio adatta nel rivestimento TiAlN, verrà formato uno strato di film protettivo inerte rigido tra la superficie dell'utensile di taglio e l'interfaccia del chip, con un buon isolamento termico, questo film può essere utilizzato efficacemente per il taglio ad alta velocità. CrN è un tipo di rivestimento privo di titanio adatto per il taglio di titanio, leghe di titanio, rame, alluminio e altri materiali teneri con una buona stabilità chimica e assenza di collosità. TiAlCrN è un rivestimento con struttura a gradiente con elevata tenacità e durezza, nonché un piccolo coefficiente di attrito, è adatto per fresa, piano di cottura, rubinetto e altri utensili, le prestazioni di taglio sono significativamente migliori del TiN.