يمكن أن تؤدي المعالجة السطحية الصحيحة لأدوات القطع الدائرية الصغيرة إلى تحسين عمر الأداة وتقليل وقت دورة المعالجة وتحسين جودة السطح المُشكَّل. ومع ذلك، فإن اختيار طلاء الأداة المناسب لاحتياجات التشغيل الخاصة بك يمكن أن يكون مهمة مربكة.
كل طلاء له مزايا وعيوب في القطع. إذا تم تحديد الطلاء الخاطئ، فقد يؤدي ذلك إلى عمر افتراضي للأداة أقل من عمر الأداة غير المطلية، بل ويسبب في بعض الأحيان المزيد من المشكلات.
هناك العديد من أنواع طلاءات الأدوات المتاحة، بما في ذلك الطلاءات PVD، والطلاءات CVD، والطلاءات المركبة التي تتناوب بين الطلاءات PVD وCVD، والتي يمكن الحصول عليها بسهولة من الشركات المصنعة للأدوات أو موردي الطلاء.
ستقدم هذه المقالة بإيجاز بعض الخصائص الشائعة لطلاءات الأدوات وبعض خيارات اختيار طلاء PVD وCVD شائعة الاستخدام. تلعب كل خاصية طلاء دورًا مهمًا في تحديد الطلاء الأكثر فائدة للقطع.
خصائص الطلاء
1. الصلابة
تعد صلابة السطح العالية الناتجة عن الطلاء إحدى أفضل الطرق لتحسين عمر الأداة. بشكل عام، كلما كانت المادة أو السطح أصعب، زاد عمر الأداة.
يتمتع طلاء كربيد التيتانيوم (TiCN) بصلابة أعلى من طلاء نيتريد التيتانيوم (TiN). بسبب زيادة محتوى الكربون، زادت صلابة طبقة TiCN بنسبة 33%، وتتراوح صلابتها من حوالي Hv3000 إلى 4000 (اعتمادًا على الشركة المصنعة).
لقد كان تطبيق الطلاء الماسي CVD بصلابة سطحية تصل إلى Hv9000 على أدوات القطع ناضجًا نسبيًا. بالمقارنة مع الأدوات المطلية بـ PVD، فقد زاد عمر الأدوات المطلية بالألماس CVD بمقدار 10 إلى 20 مرة. يمكن للصلابة العالية وسرعة القطع لطلاءات الماس أن تزيد من سرعة القطع بمقدار 2 إلى 3 مرات مقارنة بالأدوات غير المطلية، مما يجعلها خيارًا جيدًا لقطع المواد غير الحديدية.
2. مقاومة التآكل
تشير مقاومة التآكل إلى قدرة الطلاء على مقاومة التآكل. على الرغم من أن صلابة بعض مواد قطع العمل قد لا تكون عالية جدًا، إلا أن العناصر المضافة أثناء عملية الإنتاج والعمليات المستخدمة قد تتسبب في تشقق حافة القطع للأداة أو كللها.
3. مداهنة السطح
تعمل معاملات الاحتكاك العالية على زيادة حرارة القطع، مما يؤدي إلى تقصير عمر الطلاء أو حتى فشله. يمكن أن يؤدي تقليل معامل الاحتكاك إلى إطالة عمر الأداة بشكل كبير. تساعد الأسطح المطلية الناعمة والناعمة أو المنتظمة على تقليل حرارة القطع لأن السطح الأملس يسمح للرقائق بالانزلاق بسرعة من حافة القطع الأمامية وتقليل توليد الحرارة. بالمقارنة مع الأدوات غير المطلية، يمكن أيضًا معالجة الأدوات المطلية ذات تشحيم أفضل للسطح بسرعات قطع أعلى، مما يؤدي أيضًا إلى تجنب اللحام بالصهر بدرجة حرارة عالية مع مادة قطعة العمل.
4. درجة حرارة الأكسدة
تشير درجة حرارة الأكسدة إلى درجة الحرارة التي يبدأ عندها الطلاء في التحلل. كلما ارتفعت درجة حرارة الأكسدة، كلما كان القطع أكثر ملاءمة تحت ظروف درجات الحرارة المرتفعة. على الرغم من أن صلابة طلاء TiAlN في درجة حرارة الغرفة قد تكون أقل من صلابة طلاء TiCN، فقد ثبت أنه أكثر فعالية من TiCN في معالجة درجات الحرارة العالية-. السبب وراء استمرار طلاء TiAlN في الحفاظ على صلابته عند درجات الحرارة المرتفعة هو أنه يمكن تشكيل طبقة من أكسيد الألومنيوم بين الأداة والرقاقة، والتي يمكنها نقل الحرارة من الأداة إلى قطعة العمل أو الشريحة. بالمقارنة مع-الأدوات الفولاذية عالية السرعة، تتميز أدوات الكربيد عادةً بسرعات قطع أعلى، مما يجعل TiAlN الطلاء المفضل لأدوات الكربيد. عادةً ما تستخدم مثاقب الكربيد والمطاحن النهائية طلاء PVD TiAlN.
5. مكافحة-الالتصاق
يمكن لخاصية مقاومة الالتصاق- للطلاء أن تمنع أو تقلل التفاعل الكيميائي بين الأداة والمواد المعالجة وتجنب ترسب مادة قطعة العمل على الأداة.
عند معالجة المعادن غير الحديدية (مثل الألومنيوم والنحاس وما إلى ذلك)-غالبًا ما تحدث حافة أعلى على الأداة، مما يتسبب في تقطيع الأداة أو انحراف حجم قطعة العمل. بمجرد أن تبدأ المادة التي يتم تصنيعها في الالتصاق بالأداة، سيستمر الالتصاق في التوسع.
عند معالجة قطع عمل الألومنيوم باستخدام صنابير التشكيل، فإن الألومنيوم الملتصق بالصنبور سيزيد بعد تشكيل كل ثقب، وأخيرًا يصبح قطر الصنبور كبيرًا جدًا، مما يتسبب في إلغاء انحراف حجم قطعة العمل. يمكن للطلاءات ذات الخصائص الجيدة المضادة للالتصاق- أن تلعب دورًا جيدًا حتى في حالات التشغيل الآلي ذات الأداء الضعيف لسائل التبريد أو التركيز غير الكافي.
الطلاءات شائعة الاستخدام
1. طلاء نيتريد التيتانيوم (TiN)
TiN عبارة عن طلاء PVD للأغراض العامة- ويمكن أن يزيد من صلابة الأداة ويتميز بدرجة حرارة أكسدة عالية. يمكن أن يحقق هذا الطلاء نتائج تصنيع جيدة جدًا عند استخدامه لأدوات قطع الفولاذ أو أدوات التشكيل عالية السرعة.
2. طلاء نيتريد التيتانيوم (TiCN)
يمكن لعنصر الكربون المضاف إلى طلاء TiCN أن يزيد من صلابة الأداة ويحصل على تشحيم أفضل للسطح، مما يجعله طلاءًا مثاليًا للأدوات الفولاذية عالية السرعة-.
3. طلاء ألومنيوم تيتانيوم نيتروجين أو طلاء ألومنيوم تيتانيوم نيتروجين (TiAlN/AlTiN)
يمكن لطبقة أكسيد الألومنيوم المتكونة في طبقة TiAlN/AlTiN أن تحسن بشكل فعال من عمر التشغيل الآلي للأداة عند درجة الحرارة العالية. يمكن استخدام هذا الطلاء لأدوات الكربيد المستخدمة بشكل رئيسي في القطع الجاف أو شبه الجاف-. اعتمادًا على نسبة الألومنيوم والتيتانيوم الموجودة في الطلاء، يمكن أن يوفر طلاء AlTiN صلابة سطحية أعلى من طلاء TiAlN، لذا فهو خيار طلاء آخر قابل للتطبيق في مجال -التصنيع عالي السرعة.
4. طلاء الألومنيوم بالكروم والنيتروجين (AlCrN)
إن خاصية مقاومة الالتصاق- الجيدة لطلاء AlCrN تجعله الطلاء المفضل في الآلات المعرضة للتطور-. بعد تطبيق هذا الطلاء غير المرئي تقريبًا، سيتم تحسين أداء التصنيع للأدوات الفولاذية عالية السرعة-أو أدوات الكربيد وأدوات التشكيل بشكل كبير.
5. الماس
توفر الطلاءات الماسية CVD أداءً مثاليًا لأدوات تصنيع المواد غير الحديدية وهي مثالية لتصنيع الجرافيت ومركبات المصفوفة المعدنية (MMC) وسبائك الألومنيوم عالية السيليكون والعديد من المواد الأخرى شديدة الكشط (ملاحظة: لا يمكن استخدام الأدوات المطلية بالألماس النقي في تصنيع الأجزاء الفولاذية نظرًا لأن تصنيع الأجزاء الفولاذية يولد الكثير من حرارة القطع ويسبب تفاعلًا كيميائيًا يدمر طبقة الالتصاق بين الطلاء والأداة).
تعتبر الطلاءات المختلفة مناسبة للطحن الصلب والنقر والحفر، ولكل منها تطبيقها الخاص. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام طبقات الطلاء المتعددة-، والتي تحتوي على طبقات طلاء أخرى مدمجة بين الطبقة السطحية والركيزة الأساسية للأداة لتحسين عمر الأداة بشكل أكبر.
التطبيق الناجح للطلاءات
قد يعتمد تطبيق الطلاء الفعال من حيث التكلفة على العديد من العوامل، ولكن بالنسبة لكل تطبيق تصنيع محدد، يوجد عادةً خيار واحد فقط أو عدد قليل من خيارات الطلاء القابلة للتطبيق.
يمكن أن يعني الاختيار الصحيح للطلاء وخصائصه الفرق بين التحسن الكبير في أداء المعالجة وعدم وجود تحسن تقريبًا. يمكن أن يؤثر عمق القطع وسرعة القطع وسائل التبريد على تطبيق طلاءات الأدوات.
نظرًا لوجود العديد من المتغيرات في تصنيع مادة الشغل، فإن إحدى أفضل الطرق لتحديد الطلاء المطلوب استخدامه هي من خلال قطع الاختبار. يعمل موردو الطلاء باستمرار على تطوير المزيد من الطلاءات الجديدة لزيادة تحسين مقاومة الطلاء لدرجات الحرارة العالية والاحتكاك ومقاومة التآكل. من الجيد دائمًا التحقق من تطبيق أحدث وأكبر طلاءات الأدوات في التصنيع مع الشركة المصنعة للطلاء (الأداة).
