Desarrollo Tecnológico de Herramientas de Recubrimiento
① Porque el material de recubrimiento de la superficie tiene alta dureza, resistencia al desgaste y resistencia a altas temperaturas. Por lo tanto, en comparación con las herramientas sin recubrimiento (insertos), las herramientas recubiertas permiten velocidades de corte más altas, mejorando así la eficiencia del corte o pueden aumentar la vida útil de la herramienta a la misma velocidad de corte;
② Dado que el coeficiente de fricción entre el material de recubrimiento y el material que se procesa es pequeño, la fuerza de corte de la herramienta (hoja) recubierta es menor que la fuerza de corte de la herramienta (hoja) sin recubrimiento.
(3) Al utilizar herramientas recubiertas (cuchillas) para el procesamiento, la calidad de la superficie procesada de las piezas es mejor.
(4) Debido al buen rendimiento general de las herramientas de corte recubiertas (hojas), las hojas de carburo recubiertas tienen una buena versatilidad y una hoja de marca de carburo recubierta tiene una amplia gama de aplicaciones. En el pasado, la deposición química de vapor a alta temperatura (HTCVD) se utilizaba para el recubrimiento de superficies de herramientas de carburo. En un sistema de deposición de presión normal o presión negativa, H2 puro, CH4, N2, TiCl4, AlCl3, CO2 y otros gases se mezclan uniformemente de acuerdo con la composición del sedimento y luego se recubren con materiales duros a una cierta temperatura (generalmente 1000 ~ 1050°C) La superficie de la hoja de aleación, es decir, TiC, TiN, TiCN y Al2O3 se depositan en la superficie de la hoja. Hasta la fecha, HTCVD sigue siendo el proceso más utilizado. Además de HTCVD, también existe la deposición química de vapor por plasma (PCVD), que es otro método para recubrir la superficie de herramientas de carburo (insertos). Debido a la baja temperatura del recubrimiento (700~800℃), se reduce la resistencia a la flexión de la hoja. Dado que el coeficiente de expansión lineal del TiC es el más cercano al del material de la matriz, generalmente primero se recubre una capa delgada de TiC sobre la superficie de la matriz y luego se recubren TiN y Al2O3, como TiC/TiN/TiN.
Posteriormente se desarrollaron diversas combinaciones de recubrimientos multicapa. El autor investigó y contó productos de insertos de carburo recubiertos con CVD de Suecia, Alemania, Estados Unidos, Japón, Corea del Sur, Israel y China. Los materiales de revestimiento están disponibles en las siguientes combinaciones: TiCN/Al2O3, TiCN/TiC/TiN, TiCN/TiC/Al2O3, TiCN/Al2O3/TiN, TiCN/TiC/Al2O3/TiN. Se puede ver que en los últimos años, a menudo se usa TiCN o Estaño como capa inferior. Debido a que se ha mejorado el carburo cementado base, como la estructura del gradiente, es posible usar TiCN o TiN como capa inferior. Además, el recubrimiento de TiN no debe usarse solo, porque en comparación con el carburo cementado, la dureza del TiN no ha aumentado mucho y el TiN debe usarse en combinación con TiC, TiCN, Al2O3, etc. Los primeros recubrimientos PVD se fabricaban mediante evaporación al vacío y la capa de película a menudo era desigual y no estaba firmemente unida al sustrato. Posteriormente, se desarrollaron procesos de pulverización catódica con magnetrón al vacío y revestimiento iónico al vacío, con buenos resultados. Actualmente, los dos últimos métodos se utilizan principalmente para el recubrimiento de superficies de herramientas.
Al principio, el recubrimiento PVD sólo se utilizaba para herramientas de acero de alta velocidad y el estaño era casi el único material de recubrimiento. Posteriormente, se mejoró el proceso de recubrimiento y se desarrollaron una variedad de materiales de recubrimiento y recubrimientos multicapa, que también se utilizaron ampliamente en herramientas de corte de carburo. El efecto del recubrimiento ha mejorado mucho que antes. Los materiales de recubrimiento de TiN todavía se utilizan y los materiales de recubrimiento recientemente surgidos incluyen TiAlN y AlTiN, que tienen mejores efectos de aplicación que el TiN.
Europa tiene el nivel más alto de tecnología de recubrimiento PVD, a la cabeza de otros países y regiones. Entre los fabricantes conocidos se incluyen la alemana CemeCon Coating Technology Co., Ltd., Oerlkon Balzers, la alemana PVT Plasma Vacuum Technology, la danesa Unimerco, etc. Su equipo y tecnología de recubrimiento PVD son avanzados, tienen una amplia variedad de materiales de recubrimiento y sus herramientas de recubrimiento y otros productos tienen un buen rendimiento.
Algunas fábricas extranjeras de herramientas de carburo y acero de alta velocidad conocidas tienen herramientas de corte recubiertas (hojas), pero la mayoría de los equipos y la tecnología de recubrimiento se compran o cooperan con empresas profesionales de tecnología de recubrimiento en lugar de ser desarrollados por ellos mismos. . Se informa que los equipos de recubrimiento PVD de la compañía sueca Sandvik y la compañía israelí iscar fueron comprados a la compañía Orie Cambal Chas. China debería hacer lo mismo. Esta es una manera buena y rápida. Por ejemplo, la fábrica de herramientas número 1 de Harbin en China cooperó con la empresa PVT alemana para establecer Harbin Gongyi Prewett Coatings Co., Ltd. Origen Kangbalzas tiene 77 centros de recubrimiento en todo el mundo, uno en Sujinhan, China, y fabricantes de herramientas en ciudades y regiones vecinas de China. Los recubrimientos se realizan en estas ciudades y regiones. El equipo de recubrimiento de la fábrica de carburo cementado de Hunan Zhuzhou y la fábrica de carburo cementado de la Gran Muralla de Sichuan Zigong se importan del extranjero. Las películas de diamante (10 μm) se pueden depositar sobre la superficie de carburo cementado o herramientas de acero de alta velocidad mediante deposición química de vapor con alambre caliente, deposición química de vapor por pulverización de plasma y combustión con llama. Las propiedades mecánicas y físicas de la película de diamante CVD se encuentran entre las del diamante natural y el diamante PCD policristalino prensado en caliente, y pueden procesar eficazmente metales no ferrosos.
Si se aumenta el tiempo de deposición se puede depositar una película gruesa con un espesor superior a 0,5 mm sobre el sustrato o sustrato (normalmente una oblea de silicio). La película gruesa se despega del sustrato, se corta en pequeños trozos de cierta forma y luego se suelda a la cuchilla del sustrato (generalmente una herramienta de carburo) para su uso posterior. El rango de aplicación de las herramientas de diamante de película gruesa CVD es mayor que el de las herramientas de recubrimiento de película delgada. En CIMT2007, muchas empresas de herramientas nacionales y extranjeras tienen productos de herramientas con recubrimiento de diamante de película delgada CVD, pero sólo unos pocos fabricantes tienen productos de película gruesa. Beijing Dongfangtiandi Superhard Material Tools Co., Ltd. puede producir productos de herramientas de película gruesa de diamante y tiene muchos años de experiencia. Las herramientas de corte de película gruesa tienen una amplia gama de aplicaciones y pueden procesar diversos metales no ferrosos, materiales duros no metálicos y materiales compuestos reforzados con partículas. El Departamento de Física de la Universidad de Wuhan utilizó pulverización catódica con magnetrón reactivo de CC para depositar una película de recubrimiento súper dura de nitruro de carbono (CxNy) en la superficie de la herramienta. El espesor es de solo unas pocas micras y la dureza es de 40 ~ 50 GPa. Las cuchillas recubiertas de CxNy pueden cortar metales ferrosos y no ferrosos.
Fórmula
El rendimiento de corte de herramientas de corte (insertos) de carburo y acero recubierto de alta velocidad se ha estudiado durante mucho tiempo y se han realizado muchos experimentos científicos. Algunos datos experimentales son los siguientes:
① En las mismas condiciones de corte, la vida útil de las hojas de herramientas recubiertas es de 3 a 5 veces mayor que la de las herramientas sin recubrimiento (hoja). En las mismas condiciones de corte y la misma vida útil de la herramienta, la velocidad de corte de las herramientas recubiertas es entre 20 y 30 veces mayor que la de las herramientas sin recubrimiento.
② En las mismas condiciones de corte, la fuerza de corte de las herramientas recubiertas (insertos) es menor que la de las herramientas no recubiertas. En comparación con las plaquitas no recubiertas, la fuerza de corte principal Fc se puede reducir de 3 a 4, y la Fc de las plaquitas recubiertas de TiN o TiC/TiN se puede reducir en aproximadamente 6, especialmente la reducción de la fuerza de avance Ff y la fuerza de profundidad de corte Fp. El efecto de reducción de los insertos recubiertos de Al2O3 y la fuerza de corte es similar al de los insertos recubiertos de TiN.
③El autor ha utilizado herramientas de película gruesa de diamante recubiertas de CVD para procesar aleaciones de silicio y aluminio, diversos duraluminios, latón con plomo, cobre libre de oxígeno, yoduro de titanio y materiales compuestos reforzados con fibras y partículas. , y ha logrado buenos resultados. Pero las herramientas de ultraprecisión no son tan efectivas como las herramientas de diamante natural.
④El autor utiliza brocas de acero de alta velocidad recubiertas de CxNy para perforar agujeros en acero de alta resistencia. En comparación con las brocas sin recubrimiento, la vida útil de las brocas recubiertas aumenta de 7 a 9 veces. El recubrimiento CxNy en otras herramientas de corte de acero de alta velocidad también tiene efectos significativos. Además, el efecto del recubrimiento de CxNy en insertos de carburo para tornear acero no es ideal y la vida útil no es más larga que la de los insertos de carburo recubiertos de TiC ordinarios.
En comparación con los países desarrollados, todavía existe una gran brecha en la tecnología de recubrimiento de herramientas de China y la cantidad de herramientas recubiertas solo representa alrededor del 20% de todas las herramientas. Entre ellos, las máquinas herramienta CNC y los centros de mecanizado se utilizan con más frecuencia, pero rara vez se utilizan en máquinas herramienta normales que no son CNC debido a factores como la comprensión de los problemas y el precio. Se deben hacer esfuerzos para mejorar el nivel de la tecnología de recubrimiento de herramientas y la tecnología de aplicación, promover vigorosamente la aplicación de herramientas recubiertas y promover la mejora del procesamiento de corte y los niveles de fabricación mecánica.