Jak vybrat správné povlakování nástroje?
Jak vybrat správné povlakování nástroje?
Jak vybrat správné povlakování nástroje?
Jak vybrat správné povlakování nástroje pro vaši nástrojovou operaci?
Správná povrchová úprava nástrojů může prodloužit životnost, zkrátit časový cyklus a zajistit lepší výsledky dokončovacích prací. Výběr správného povlaku pro vysoko produkční aplikace může však být nejasným a náročným úkolem. Každý typ povlaku přináší během pracovního procesu své výhody a nevýhody. Nesprávná volba může vést ke kratší životnosti nástroje než u produktu, který není povlakován vůbec a může přinést více problémů než užitku.
Výrobci nástrojů a povlakovací společnosti nabízejí širokou škálu technologií nanášení povlaků včetně nanášení odpařením z pevné fáze (PVD, physical vapour deposition) a chemická depozice z plynné fáze (CVD, chemical vapor deposition). Existují i alternativní způsoby povrchových úprav. V tomto článku se budeme věnovat běžným povlakovacím atributům a oblíbeným možnostem z oblasti PVD a CVD. Každá z těchto charakteristik hraje hlavní roli při rozhodování se, jaká úprava bude pro aplikaci nejpřínosnější.
Povlakovací charakteristiky
Tvrdost
Tvrdost Vysoká tvrdost povrchu je jedním z hlavních způsobů, jak prodloužit životnost nástroje. Obecně řečeno platí, že čím tvrdší materiál či povrch nástroje je, tím déle vydrží. Karbonitrid titanu (TiCN) má například větší povrchovou tvrdost než nitrid titanu (TiN). Příměs karbonu dodává TiCN o 33% vyšší tvrdost mění tak hodnotu tvrdosti podle Vickerse (ČSN 42 0374) z hodnoty kolem 3000 až na 4000 v závislosti na výrobci. Nástroje s CVD diamantovými povlaky se svou tvrdostí okolo 9000 Vickersů vykazují 10x až 20x delší životnost oproti nástrojům s povlaky PVD. Tento typ povlaků je díky vysoké tvrdosti a schopnosti pracovat při dvoj- až trojnásobných rychlostech oproti nepovlakovaným nástrojům, vhodnou volbou pro oblast neželezných materiálů.
Odolnost vůči opotřebení
Jedná se o schopnost povlaku chránit vůči abrazi.
Kluzkost povrchu
Vysoký koeficient tření způsobuje zvýšení tepla, což vede ke kratší životnosti povlaku či k jeho selhání. Naopak nižší koeficient tření může životnost nástroje rapidně prodloužit. Míru tepla lze redukovat vytvořením takového povrchu, který je prostý jakýchkoliv nepravidelností. Po hladkém povrchu snadno odvádí třísky, což snižuje tvorbu tepla. Vyšší kluzkost povrchu rovněž umožňuje práci při vyšších rychlostech oproti produktům bez povlakování.
Oxidační teplota
Jedná se o bod, kdy dochází ke znehodnocení povrchové úpravy. Vyšší oxidační teplota vede k úspěšnějším operacím, pro než je charakteristické vysoké teplo. Přestože povrchy z kombinovaného nitridu titanu a hliníku (TiAlN) nevykazují při pokojové teplotě takovou tvrdost jako karbonitrid titanu (TiCN), jsou daleko efektivnější při aplikacích, kdy se uvolňuje teplo. TiAlN si uchovává svou tvrdost i při vyšších teplotách díky vrstvě oxidu hlinitého, který vzniká mezi povrchem nástroje a třískou. Tato vrstva odvádí teplo z nástroje do části třísky. Nástroje povlakované karbidy se ve srovnání s HSS obecně osvědčují při vyšších pracovních rychlostech. Tento fakt činí z TiAlN preferovanou volbu při povlakování karbidy. Vrtáky a frézy jsou nejčastěji povlakovány právě tímto typem PVD povrchové úpravy.
Anti-ahezivita
Tato vlastnost zabraňuje tomu, aby se na povrchu nástroje hromadil materiál, a to tak, že se zabraňuje chemické reaktivitě mezi nástrojem a obráběným materiálem. Následkem zvýšené adheze dochází totiž během procesu obrábění k nárůstku na břitu (BUE=„bulit up edge“). BUE je velice běžný při obrábění neželezných materiálů jako je hliník či mosaz. BUE může vést k odlamování nástroje či ke vzniku zmíněného nárůstku. Jakmile materiál začne lnout k nástroji, zachytává se dále ještě ve větší míře. Povlak se zvýšenými anti-adhezními vlastnostmi může být i řešením pro problematické situace s nedostatečnou kvalitou či koncentrací chladící kapaliny.
Bežné typy povlaků
- TiN – PVD povlak pro obecné použití. Zvyšuje tvrdost a má vysokou oxidační teplotu. Tento povlak skvěle pracuje spolu s HSS při obrábění a tváření.
- TiCN – Příměs uhlíku dodává tvrdost a kluzkost povrchu. Ideální pro HSS obráběcí nástroje.
- TiAlN a AlTiN – tvořící se vrstva oxidu hlinitého dodává nástroji životnost i při vysoko-tepelných aplikacích. Povrch je určen převážně pro karbidové nástroje, kde je zapotřebí pouze malé nebo žádné množství chladicí kapaliny. AlTiN se vyznačuje vyšší povrchovou tvrdostí nežli TiAlN a má jiné poměrné zastoupení hliníku a titanu. Je další volnou pro rychlořezné nástroje (HSM).
- CrN – anti-adhezivní vlastnosti tohoto povrchu jej předurčuje pro operace s rizikem BUE. Nejčastěji se setkáváme s tímto takřka neviditelným povlakem u HSS a karbidových nástrojů pro obrábění a tváření.
- Diamant – CVD proces povlakování, který se vyznačuje nejvyšším výkonem dostupným mezi neželeznými materiály. Je ideální pro obrábění a řezání grafitu a kompozitů s kovovou matricí (MMC, Metal Matrix Composites), atd. Diamantové povrchy by se neměli požívat pro obrábění ocelí. Generuje se totiž velké množství tepla, které destruuje vazby mezi nástrojem a povlakem.
Úspěšná volba povlaku
Efektivní volba povlaku závisí na mnoha faktorech. Lze však říci, že vždy existuje jedna či více voleb, které lze považovat za optimální. Výběr správného povlaku a jeho vlastností rozhoduje o úspěšné realizaci pracovní operace. Řezná hloubka, rychlost obrábění i chladící kapalina mohou mít současný vliv na to, jak bude povrch reagovat. Výrobci povlaků neustále zdokonalují povrchové úpravy, které následně lépe čelí teplu, tření a abrazi. Nejlepší volbou zůstává zeptat se svého prodejce HSS nástrojů či výrobce na nejnovější a nejlepší dostupné technologie v oblasti povlakování, které se budou pro vaši aplikaci hodit nejlépe.
