Покрытия режущего инструмента

Поверхность режущего инструмента подвергается наибольшему износу из-за частого контакта с другими плотными структурами. В связи с этим задачей производителей является подобрать не только твердый сплав для изготовления инструмента, но и найти оптимальное покрытие – по твердости, плотности, другим параметрам. Износостойкие покрытия режущего инструмента обеспечивают: 

• сохранение рельефа и глубины нарезки сверла, других предметов; 
• гарантию степени твердости при нагревании при контакте с разрезаемой поверхностью другого металла; 
• поддержание формы в продолжение всего срока службы. 

Большая часть режущих приспособлений изготавливают из твердых сплавов. Повышение производительности и существенное увеличение срока службы стало возможным после открытия технологии ионноплазменной технологии, которая предполагает нанесение стойкого покрытия. 

Способы нанесения покрытия на режущий инструмент

Существует два варианта нанесения верхнего слоя:

• физического осаждения; 
• химического осаждения. 

Российские производили используют PVD-способ нанесения итогового слоя на резьбу. Метод химического насаждения защитных покрытий требует использования дорогостоящих элементов. В процессе нанесения финишного покрытия требуется соблюдение определенного режима, контроля за работой рабочей камеры. Применение реагентов высокочувствительно к незначительным отклонениям любого показателя, поэтому процесс дорогостоящий и сложный. Намного проще применять магнетрон – тлеющий или дуговой разряд. Существуют следующие способы нанесения финишных покрытий: 

• ионизация; 
• гетерогенная реакция реакционного газа, ионов металла, атомов; 
• ионное распыление или испарение титана или сплавов. 

В результате формируются следующие виды твердых сплавов – карбонитридные, карбидные, нитридные. 

Параметры, влияющие на адгезию и структуру 

На режущие свойства, ровность укладки поверхностного слоя оказывают влияние: 

• использование ионной очистки основания; 
• повышение ионизации; 
• включение процесса легирования или ионного травления; 
• выбор скорости и оптимальность густоты потока частиц напыляемых частиц; 
• подбор температурного режима работы с поверхностным слоем; 
• форма основания, которое требует покрытия защитным слоем. 

С начала 80-х годов разработчики предпочитали то Tin-покрытия, то двуслойные карбидо-титановые напыления. Наиболее часто используемым составом стал многослойный TiCTiCNTiN. Понятие «слой» и «многослойность» относительно условно, так как технологии позволяют добиться хорошего соединения – без видимой границы между слоями и основание режущего инструмента. Несколько слоев предполагает применение разных элементов, структурных включений, которые значительно усиливают поверхность. В результате оснастка обладает: 

• повышенной трещиностойкостью; 
• прочностью, выдерживающий сильные удары; 
• значительно низким уровнем напряжений – внутри изделия и межфазных границах между подложкой и покрытием; 
• высоким уровнем адгезии. 

Современные виды твердых покрытий 

Для обеспечения отвода стружки, появляющейся в процессе резки, применяют твердосмазочные покрытия типа TiAlN/MoS2. Производители выделяют наиболее надежные покрытия с хорошим уровнем износостойкости и незначительным коэффициентом трения. Алмазоподобные высокотвердые наслоения на различную конфигурацию инструмента обладают не только достоинствами, но и одним важным недостатком – высоким уровнем внутренних напряжений. 

1. Из-за низкой теплопроводности происходит графитизация и вымывание прочного компонента. 
2. Повышенные напряжения внутри изделия приводят к отслоению при контактных нагрузках. 
3. Алмазоподобные износостойкие покрытия ограничивает работу верхним температурным уровнем – 250 0 С. 

Для полноценной работы инструмента требуется смазывающая охлаждающая жидкость. В условиях постоянной конкуренции предприятии находятся в постоянном поиске оптимального решения для эксплуатации и продления срока годности. Улучшение технических характеристик достигается путем снижения зернистости. Чем меньше зерно, тем лучше твердость, стойкость, ниже радиус скругления режущей кромки. Хорошие эксплуатационные характеристики демонстрирует состав TiAlN – твердость, гладкость, адгезию, трещиноустойчивость, устойчивость к ударам. В большинстве случаев отслоение происходит при переточке инструмента. 

Твердосмазочные покрытия 

Большинство производителей ориентированы на импортное оборудование, за производство к отечественным станкам берутся неохотно. Нанесением покрытий занимаются предприятия Москвы и Нижнего Новгорода. Помимо износостойких применяют твердосмазочные слои. Твердые смазки гарантируют охлаждение в процессе работы, снижают коэффициент трения, способствуют удалению стружки, снижению усилия при резке. 

Твердые сплавы с CVD-покрытием

Нанесенный слой среди распротсраненных видов твердых сплавов обладает следующими преимуществами: 

• гарантия стойкости при работе с труднообрабатываемыми поверхностями; 
• хорошая адгезия с основанием; 
• подходит для работы с конструкционными и низкоуглеродистыми сталями; 
• оптимально применим для предварительной обработки нержавеющих поверхностей инструмента; 
• противодействует образованию нароста; 
• обладает приемлемой износостойкостью. 

Твердые сплавы с PVD-покрытием

Поверхностный слой обладает следующими особенностями эксплуатации: 

• при повышении температуры гарантирует твердость, износостойкость; 
• мелкозернистая структура поверхностного слоя предполагает дает необходимую прочность режущей кромки; 
• подходит для обработки чугуна, жаропрочной, нержавеющей, углеродистой стали. 

Твердые сплавы без покрытия

Благодаря разнообразному структурному составу материалов производители выпускают широкий ассортимент. Методом порошковой металлургии выпускают твердосплавной инструмент, в состав которого входят – карбид титана, вольфрама, тантала с кобальтовой связкой. Вакуумные технологии предполагают процесс спекания, поэтому получают исключительно твердые, прочные, износостойкие материалы.