סרט מסוים נוצר על פני הכלי בשיטות כימיות או פיזיקליות (כלומר תהליך ציפוי), כך שכלי החיתוך יכול להשיג ביצועי חיתוך מקיפים מעולים, ובכך לעמוד בדרישות של חיתוך במהירות גבוהה; מאז הופעתם של כלים מצופים קשיחים בתחילת שנות ה-1970, פותחו בזה אחר זה טכנולוגיית אדי כימית (CVD) וטכנולוגיית שקיעת אדים פיזית (PVD), מה שפותח פרק חדש בהיסטוריה לשיפור ביצועי הכלים. 

בהשוואה לכלים לא מצופים, לכלים מצופים יתרונות משמעותיים: זה יכול להאריך מאוד את חיי כלי החיתוך; לשפר ביעילות את יעילות החיתוך; לשפר את דיוק העיבוד ולשפר באופן משמעותי את איכות פני השטח של חומר העבודה המעובד; להפחית ביעילות כלים צריכת חומרים מפחיתה את עלויות העיבוד; מפחית את השימוש בנוזלי קירור, מפחית עלויות ותורם להגנת הסביבה.

תכונות של ציפוי כלי

1. טכנולוגיית הציפוי יכולה להגדיל מאוד את קשיות פני השטח של הכלי מבלי להפחית את חוזק הכלי, והקשיות שניתן להשיג כיום היא קרובה ל-100GPa;

2. עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית הציפוי, היציבות הכימית ועמידות החמצון בטמפרטורה גבוהה של הסרט הפכו לבולטות יותר, מה שמאפשר עיבוד חיתוך מהיר.

3. לסרט הסיכה יש תכונות סיכה טובות בשלב מוצק, שיכולות לשפר ביעילות את איכות העיבוד ומתאים גם לעיבוד חיתוך יבש;

4. כתהליך הסופי של ייצור הכלים, לטכנולוגיית הציפוי אין כמעט השפעה על דיוק הכלים וניתן לחזור על תהליכי ציפוי.

ציפויים בשימוש נפוץ

1. ציפוי טיטניום ניטריד: טיטניום ניטריד (TiN) הוא ציפוי PVD לשימוש כללי שיכול להגביר את קשיות הכלי ובעל טמפרטורת חמצון גבוהה יותר. ניתן להשתמש בציפוי עבור כלי חיתוך פלדה מהירים או כלי גיבוש כדי לקבל תוצאות עיבוד טובות מאוד.

2. ציפוי כרום ניטריד: עמידות ההידבקות הטובה של ציפוי CrN הופכת אותו לבחירה הראשונה בעיבוד הנוטה להצטברות. לאחר ציפוי ציפוי כמעט בלתי נראה זה, ביצועי העיבוד של כלי חיתוך מפלדה מהירים או כלי חיתוך וכלי יצירת קרביד מבוטנים ישתפרו מאוד.

3. ציפוי יהלום: ציפוי יהלום CVD יכול לספק את הביצועים הטובים ביותר לעיבוד כלים של חומרי מתכת לא ברזליים. זהו ציפוי אידיאלי לעיבוד גרפיט, חומרים מרוכבים מטריצות מתכת (MMC), סגסוגות אלומיניום סיליקון גבוהות וחומרים רבים אחרים בעלי שוחקים גבוהים (הערה: לא ניתן להשתמש בכלים מצופים יהלומים טהורים לעיבוד חלקי פלדה, מכיוון שכמות גדולה של חום חיתוך להיווצר בעת עיבוד חלקי פלדה, ויגרום להתרחשות תגובה כימית, אשר תהרוס את שכבת ההדבקה בין הציפוי לכלי).

4. ציפוי חנקן קרביד: יסוד הפחמן המתווסף לציפוי טיטניום קרביד (TiCN) יכול להגביר את קשיות הכלי ולקבל סיכה טובה יותר של פני השטח. זהו ציפוי אידיאלי עבור כלי פלדה מהירים.

5. ציפוי חנקן-אלומיניום-טיטניום או חנקן-טיטניום-אלומיניום (TiAlN/AlTiN): שכבת תחמוצת האלומיניום הנוצרת בציפוי TiAlN/AlTiN יכולה לשפר ביעילות את חיי העיבוד של הכלי בטמפרטורה גבוהה. כלי קרביד צמנט המשמשים בעיקר לחיתוך יבש או חצי יבש יכולים לבחור ציפוי זה. על פי היחס בין אלומיניום לטיטניום בציפוי, ציפוי AlTiN יכול לספק קשיות פני השטח גבוהה יותר מאשר ציפוי TiAlN, כך שמדובר בבחירת ציפוי אפשרית נוספת בתחום העיבוד המהיר.

6. בנוסף, יש ציפוי פחמן דמוי יהלום (DLC):

ל-DLC מאפיינים מצוינים רבים: קשיות גבוהה -60GPa או מעל Hv6000; מקדם חיכוך נמוך -0.06; קומפקטיות סרט מעולה; יציבות כימית טובה ותכונות אופטיות טובות. הביצועים המיוחדים של ציפוי ה-DLC המוחל על הכלי עולים בהרבה על אלו של ציפויים קשים אחרים. היישומים העיקריים של כלים מצופים ב-DLC כוללים: חיתוך גרפיט, חיתוך של מתכות לא ברזליות שונות (כגון סגסוגות אלומיניום, סגסוגות נחושת וכו'), וחיתוך של חומרים קשים לא מתכתיים (כגון אקריליק, סיבי זכוכית, ו חומרי PCB).

מכיוון של-DLC יש מקדם חיכוך נמוך מאוד (0.05~0.2) ושימון עצמי, כלים מצופים ב-DLC הם הבחירה הטובה ביותר לחיתוך יבש. בהשוואה לכלים לא מצופים, ניתן להפחית את כוח החיתוך של כלים מצופים DLC ב-6% בתנאי חיתוך יבשים. בהשוואה לכלים מצופים אחרים (כגון TiN, TiAlN), ניתן להפחית את כוח החיתוך של כלים מצופים DLC ב-23% בתנאי חיתוך יבשים; זה גם בגלל שמקדם החיכוך הנמוך של DLC יכול לגרום לחיתוך מתכת (אלומיניום כוח החיתוך של חיתוך סגסוגת מופחת מאוד, ובכך מפחית מאוד את צריכת האנרגיה. בתנאי חיתוך עם נוזל קירור, כוח החיתוך של כלים מצופים DLC נמוך ב-18% מזה של כלים לא מצופים וכלים מצופים אחרים, וחספוס פני השטח של המתכת המעובדת יורד ב-Ra0.04~R0.23um), ומגיע ל-Ra0 .38.

טכנולוגיית ציפוי וידע בציפוי כלים

1. ציפוי טיטניום קרביד (TiCN) הוא בעל קשיות גבוהה יותר מאשר ציפוי טיטניום ניטריד (TiN). בשל תכולת הפחמן המוגברת, קשיות ציפוי TiCN גדלה ב-33%, וטווח הקשיות הוא כ-Hv3000-4000 (תלוי ביצרן).

2. ציפוי יהלום CVD: ציפוי יהלום CVD עם קשיות פני השטח של עד Hv9000 היה בוגר יחסית ביישום כלים. בהשוואה לכלים מצופים PVD, אורך החיים של כלים מצופים יהלום CVD גדל פי 10-20. הקשיות הגבוהה של כלים מצופים יהלומים גורמת למהירות החיתוך פי 2-3 מזו של כלים לא מצופים, כך שטמפרטורת החמצון של יהלום CVD מתייחסת לערך הטמפרטורה כאשר הציפוי מתחיל להתפרק. ככל שטמפרטורת החמצון גבוהה יותר, כך היא מועילה יותר לחיתוך בתנאי טמפרטורה גבוהים. למרות שקשיות הטמפרטורה הרגילה של ציפוי TiAlN עשויה להיות נמוכה מזו של ציפוי TiCN, הוכח שהוא יעיל הרבה יותר מ-TiCN בעיבוד בטמפרטורה גבוהה. הסיבה לכך שציפוי ה-TiAlN יכול לשמור על קשיותו בטמפרטורות גבוהות היא שיכולה להיווצר שכבה של תחמוצת אלומיניום בין הכלי לשבב, ושכבת תחמוצת האלומיניום יכולה להעביר חום מהכלי אל חומר העבודה או השבב. בהשוואה לכלי פלדה מהירים, מהירות החיתוך של כלי קרביד היא בדרך כלל גבוהה יותר, מה שהופך את TiAlN לציפוי המועדף עבור כלי קרביד. מקדחי קרביד וחרסי קצה משתמשים בדרך כלל בציפוי אבן ציפוי PVDTiAlN זה. סכינים הפכו לבחירה טובה לחיתוך חומרים לא ברזליים ולא מתכתיים.

3. הסרט הקשיח על פני הכלי כולל את הדרישות הבאות לחומר: ① קשיות גבוהה ועמידות בפני שחיקה טובה; ②ביצועים כימיים יציבים, ללא תגובה כימית עם חומר העבודה; ⑧ עמידות בחום ועמידות בחמצון, מקדם חיכוך נמוך, הידבקות חזקה למצע המתן. קשה לחומר ציפוי יחיד לעמוד בדרישות הטכניות לעיל. הפיתוח של חומרי ציפוי עבר מציפוי TiN יחיד וציפוי TiC לציפוי המרוכב TiC-A12O3-TiN ושלב הפיתוח של TiCN, TiAlN וציפויים מרובים אחרים. כעת הפיתוח האחרון של TiN/NbN, TiN/CN וחומרי סרטים מרוכבים מרובי אלמנטים אחרים שיפרו מאוד את הביצועים של ציפויי כלים.

4. בתהליך הייצור של כלים מצופים, הבחירה מתבססת בדרך כלל על קשיות הציפוי, עמידות בפני שחיקה, עמידות לחמצון בטמפרטורה גבוהה, סיכה ואנטי הדבקה. ביניהם, עמידות החמצון של הציפוי היא הרלוונטית ביותר לטמפרטורת החיתוך. תנאים טכניים הקשורים ישירות. טמפרטורת החמצון מתייחסת לטמפרטורה שבה הציפוי מתחיל להתפרק. ככל שטמפרטורת החמצון גבוהה יותר, כך היא מועילה יותר לחיתוך בתנאי טמפרטורה גבוהים. למרות שקשיות הטמפרטורה הרגילה של ציפוי TiAlN עשויה להיות נמוכה מזו של ציפוי TiCN, הוכח שהוא יעיל הרבה יותר מ-TiCN בעיבוד בטמפרטורה גבוהה. הסיבה לכך שציפוי TiAlN יכול לשמור על קשיותו בטמפרטורות גבוהות היא שניתן ליצור שכבה של תחמוצת אלומיניום בין הכלי לשבבים, ושכבת תחמוצת האלומיניום יכולה להעביר חום מהכלי לחומר העבודה או השבבים. בהשוואה לכלי פלדה מהירים, מהירות החיתוך של כלי קרביד היא בדרך כלל גבוהה יותר, מה שהופך את TiAlN לציפוי המועדף עבור כלי קרביד. מקדחי קרביד וטחנות קצה משתמשים בדרך כלל בציפוי PVDTiAlN זה.

5. מנקודת המבט של טכנולוגיית היישום: בנוסף לטמפרטורת החיתוך, עומק החיתוך, מהירות החיתוך ונוזל הקירור עשויים להשפיע על השפעת היישום של ציפוי כלי עבודה.

התקדמות של חומרי ציפוי נפוצים וטכנולוגיית ציפוי סופר קשיח

בין חומרי הציפוי הקשים, TiN הוא הבוגר והנפוץ ביותר. נכון לעכשיו, שיעור הניצול של כלי פלדה מהירים מצופים TiN במדינות מפותחות תעשייתית היווה 50% עד 70% מכלי פלדה מהירים, ושיעור הניצול של כמה כלים מורכבים שאינם ניתנים לעיבוד מחדש עלה על 90% . בשל הדרישות הטכניות הגבוהות של כלי חיתוך מתכת מודרניים, ציפויי TiN אינם מסוגלים יותר ויותר להסתגל. עמידות החמצון של ציפוי TiN ירודה. כאשר טמפרטורת השירות מגיעה ל-500 מעלות צלזיוס, ברור שהסרט מחומצן ומובטל, וקשיותו אינה יכולה לענות על הצרכים. ל-TiC קשיות מיקרו גבוהה יותר, כך שעמידות הבלאי של חומר זה טובה יותר. במקביל, הוא נצמד בחוזקה למצע. בעת הכנת ציפויים רב-שכבתיים עמידים בפני שחיקה, TiC משמש לעתים קרובות כסרט הבסיסי במגע עם המצע. זהו חומר ציפוי נפוץ מאוד בכלים מצופים.

הפיתוח של TiCN ו-TiAlN הביא את הביצועים של כלים מצופים לרמה גבוהה יותר. TiCN יכול להפחית את הלחץ הפנימי של הציפוי, לשפר את הקשיחות של הציפוי, להגדיל את עובי הציפוי, למנוע התפשטות סדקים ולהפחית סתבי כלים. הגדרת TiCN כשכבה עמידה בפני שחיקה העיקרית של הכלי המצופה יכולה להאריך משמעותית את חיי הכלי. ל-TiAlN יציבות כימית טובה ועמידות לחמצון. בעת עיבוד פלדה מסגסוגת גבוהה, נירוסטה, סגסוגת טיטניום וסגסוגת ניקל, זה יכול להאריך את החיים של פי 3-4 מאשר כלים מצופים TiN. אם יש ריכוז אל גבוה יותר בציפוי TiAlN, תיווצר שכבה דקה מאוד של A12O3 שאינה מצבית על פני הציפוי במהלך החיתוך, ויוצרת סרט מגן אינרטי קשה. ניתן להשתמש בכלי המצופה ביעילות רבה יותר בעיבוד שבבי במהירות גבוהה. טיטניום קרביד המסומם בחמצן TiCNO בעל קשיות מיקרו ויציבות כימית גבוהה, והוא יכול לייצר ציפוי מרוכב שווה ערך ל-TiC + A12O3.

בין חומרי הסרט הקשיח שהוזכרו לעיל, ישנם שלושה סוגים של חומרי סרט קשיח שמיקרו-קשיותם HV יכולה לעלות על 50 GPa: סרט יהלום, בורון ניטריד מעוקב CBN ופחמן ניטריד.

סרטי יהלומים רבים מופקדים בטמפרטורה של 600 מעלות צלזיוס עד 900 מעלות צלזיוס, ולכן טכניקה זו משמשת לעתים קרובות להפקדת סרטי יהלומים על פני השטח של כלי קרביד מוצק. המסחור של כלי קרביד מוצק יהלום הוא הישג מרכזי בטכנולוגיית הציפוי בשנים האחרונות.

CBN הוא השני רק ליהלום מבחינת קשיות ומוליכות תרמית. יש לו יציבות תרמית מעולה ואינו מתחמצן בחימום ל-1000 מעלות צלזיוס באטמוספירה. ל-CBN יש תכונות כימיות יציבות במיוחד למתכות מקבוצת ברזל. בניגוד ליהלום, שאינו מתאים לעיבוד פלדה, ניתן להשתמש בו באופן נרחב לגימור והשחזה של מוצרי פלדה. בנוסף לעמידות הבלאי המעולה, ציפוי CBN יכול גם לעבד פלדה עמידה בחום, סגסוגת טיטניום ופלדה מוקשה במהירות חיתוך גבוהה יחסית, ויכול לחתוך גלילים מקוררים בקשיות גבוהה, חומרים מוקשחים מעורבבים בפחמן ובלאי על כלים. סגסוגות Si-Al רציניות מאוד וכו' השיטות של סינתזת פאזת גז בלחץ נמוך של סרטי CBN כוללות בעיקר שיטות CVD ו-PVD. CVD כולל הובלה כימית PCVD, חימום בעזרת חוט חם PCVD, ECR-CVD וכו'; PVD כולל ציפוי קרן יונים תגובתי, אידוי תגובתי פעיל, אידוי בלייזר קרן יונים בסיוע, ועוד. יש עדיין עבודה רבה לעשות בטכנולוגיית המחקר והיישום הבסיסית של טכנולוגיית סינתזת CBN, כולל מנגנון תגובה ותהליך יצירת הסרט, אבחון פלזמה וניתוח ספקטרומטריית מסה, קביעת תנאי תהליך אופטימליים ופיתוח ציוד בעל יעילות גבוהה.

פחמן ניטריד עשוי להיות בעל קשיות העונה על הקשיות של יהלום או עולה עליה. הצלחת הסינתזה של פחמן ניטריד היא דוגמה יוצאת דופן של הנדסה מולקולרית. כחומר סופר-קשה, פחמן ניטריד צפוי להיות בעל תכונות פיסיקליות וכימיות רבות ערך אחרות. חקר הפחמן כלורי הפך לנושא חם בתחום מדעי החומרים בעולם.

קישור למאמר זה: טכנולוגיית ציפוי כלי עבודה

הצהרה מחודשת: אם אין הוראות מיוחדות, כל המאמרים באתר זה מקוריים. אנא ציין את המקור להדפסה חוזרת: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

מתכת, בריליום, פלדת פחמן, מגנזיום, הדפסת 3D, דיוק עיבוד CNC שירותים לציוד כבד, בנייה, חקלאות ותעשיות הידראוליות. מתאים לפלסטיק ונדיר עיבוד סגסוגות. זה יכול להפוך חלקים בקוטר של עד 15.7 אינץ'. תהליכים כוללים עיבוד שבבי שוויצרי,שפשוף, חריטה, כרסום, משעמם והשחלה. הוא מספק גם ליטוש מתכת, צביעה, שחיקה משטח ו פיר שירותי יישור. טווח הייצור הוא עד 50,000 חתיכות. מתאים לבורג, צימוד, מֵסַב, משאבה, ציודבית קופסה, מייבש תוף והזנה סיבובית שסתום applications.PTJ תתכנן איתך אסטרטגיה כדי לספק את השירותים המשתלמים ביותר כדי לעזור לך להגיע ליעד שלך, ברוכים הבאים ליצור איתנו קשר ( sales@pintejin.com ) ישירות לפרויקט החדש שלך.