Покрытие твердосплавных пластин и его виды

Преимущества, которые дает покрытие
 
Стойкость пластин из твердых сплавов — это время их эксплуатации до полного износа или отклонения от заданных условий обработки по износу и качеству пластины. Соответственно, чем больше граней имеет пластина, тем дольше ее можно использовать в работе. 
 
Прямое влияние на данный параметр дополнительно оказывает специальное покрытие. По результатам испытаний после нанесения защитного слоя стойкость инструмента к нагрузкам увеличивается в 2-6 раз. Какие плюсы, кроме увеличения срока службы пластин, дает покрытие:

• Повышение термостойкости и устойчивости к влиянию агрессивных сред. Твердосплавные пластины в работе часто испытывают высокие тепловые нагрузки: нанесенный дополнительный слой повышает их термоустойчивость и стойкость к любым агрессивным средам.
• Снижение затрат, экономия на закупке нового инструмента.
• Увеличение скорости обработки минимум на 25%, повышение производительности.
• Снижение расходов СОЖ.
• Сокращение времени простоя.

 
До 90% всех твердосплавных пластин выпускается с покрытием. Инструмент без него применяется, в основном, для обработки цветных металлов. 

Однослойные и многослойные покрытия
 
Покрытие может быть максимально простым, однослойным (TiC, TiN, TiCN). Оно улучшает некоторые характеристики инструмента, но имеет ограничения в применении. Отслаивание наступает быстрее из-за разницы коэффициентов линейного теплового расширения основы и покрытия. На поверхности могут образовываться трещины.
 
Одним из высокоэффективных методов совершенствования потребительских свойств стало создание многослойных покрытий (от двух слоев и более). Как пример, распространенное покрытие TiC-TiCN-AI2O3. Комбинируются и чередуются между собой в определенной последовательности слои в зависимости от твердости и химического состава. Каждый из них призван выполнить свою конкретную функцию, например:

• снижение окисления;
• химическая защита;
• термоизолирующий барьер;
• адгезия слоев и т. д.

Обычно, чем больше количество слоев, тем выше износостойкость инструмента. Таким образом, повышается скорость обработки, увеличиваются возможности работы с высокими нагрузками. Пластины из твердых сплавов с многослойным покрытием многофункциональны, более универсальны.

Способы нанесения
 
Основных технологий нанесения покрытия на твердосплавные пластины две: CVD и PVD. Они различаются по давлению и температуре нанесения.

CVD (Chemical Vapor Deposition)

Метод химического осаждения из газовой фазы, в основном, используется  для нанесения покрытий TiN, AI2O3, TiC, TiCN.  
CVD имеет ряд преимуществ и недостатков. К плюсам относят:

• возможность обработки одновременно большого количества изделий;
• высокую производительность, увеличение скорости.

Минус — сниженные прочностные характеристики, ограничения использования инструмента с CVD-покрытием из-за недостаточной адгезии покрытия при увеличении его толщины. Поэтому процессы нанесения CVD-покрытий постоянно технологически модифицируются.

PVD (Physical Vapor Deposition)

Технологию физического осаждения в вакууме применяют для нанесения покрытий на твердосплавный цельный инструмент обычно малого размера (твердосплавные пластины, сверла, концевые фрезы, детали для работы в условиях повышенного трения и т. п.) там, где CVD малоэффективна. PVD-покрытие может быть нанесено на острую кромку концевого инструмента. Благодаря равномерному характеру осаждения нанесение не вызывает ее притупления.
 
Методы PVD более универсальны для получения многослойных, однослойных и композиционных покрытий на основе карбидов, карбонитридов, оксидов, нитридов, боридов тугоплавких металлов. Дополнительное преимущество технологии: нанесение происходит при гораздо более низкой температуре (500-600°С).
 
При применении PVD-технологий, перевод металлов в пар производится:

• испарением электронным лучом в тигле (электронно-лучевое испарение);
• распылением ионным пучком (магнетронное распыление);
• испарением при образовании вакуумной дуги из небольшой зоны на катоде («пятна»).

 PVD-покрытия обладают хорошей адгезией, не влияют на прочность основы, создают дополнительные сжимающие напряжения в поверхностном слое. При PVD снижается вибрация, стружка дробится и легко отходит, не налипая. 
 
Производителями постоянно ведутся разработки в PVD-технологиях в области комбинирования слоев для увеличения износостойкости изделий.

DLC (Diamond Like Coatings)

Это разновидность PVD-технологии, при которой покрытие в виде углеродных нанопленок по своим свойствам близко к алмазу. Износостойкость инструмента с таким покрытием выше ранее описанных за счет увеличения износостойкости трения. Но DLC-покрытие имеет невысокую термостабильность и устойчивость к окислению, поэтому используется, в основном, на инструменте для резания силумина, алюминия, материалов на основе угле- и стеклонаполненных пластиков.

Наноструктурированные покрытия

В наноструктурированных материалах покрытий размер зерен d<100 нм, это максимально снижает вероятность их разрушения. Новейшая нанотехнология используется для нанесения ультрадисперсного покрытия на режущую кромку для эксплуатации инструмента в условиях особо высоких нагрузок.
 
Виды наиболее распространенных покрытий
 
В зависимости от вида инструмента и предполагаемого способа обработки дифференцируется и состав покрытия. Как правило, речь идет об оксидах тугоплавких металлов, карбидах, карбонитридах, нитридах. 
 
TiN

Нитрид титана — стандартное золотисто-желтое покрытие используется на метчиках, КМ-пластинах, сверлах для обработки легированной и инструментальной стали, чугуна (не содержат титан). Оно увеличивает срок эксплуатации на 200-400%, рекомендуется охлаждение. Максимальная температура применения — до 600°С. Данное покрытие мало подходит для прерывистого резания в силу малой прочности его сцепления с основой. Быстро образуются сколы, выкрашивание. 
 
TiCN

Карбонитрид титана используют на фрезах для обработки инструментальной и легированной стали, чугуна. Гладкое титаново-углеродно-нитридное покрытие сине-серого цвета обеспечивает хорошую ковкость и высокую твердость одновременно, имеет низкий коэффициент трения, используется для сверления с охлаждением высокопрочной стали.
 
ZrN

Нитрид циркония применяют для покрытия разверток, метчиков, сверл для обработки меди,, алюминия, графита, титановых сплавов.
 
ZrСN

Карбонитридом циркония покрывают фрезы дисковые, концевые для обработки заготовок из легированной стали.
 
TiAlN

Нитрид титан алюминия используют для покрытия фрез, сверел для высокотемпературной обработки изделий из прочных материалов без СОЖ, скоростной обработки сплавов и сталей. Покрытие фиолетово-черного цвета отличается значительной (до 900 С) термостойкостью и высокой устойчивостью к коррозии. 
 
CrN

Нитрид хрома применяют в защитном слое циркульных фрез, ножей для работы с алюминием, ДСП, деревом, фанерой.
 
Производители также особое внимание уделяют разработке твердых сплавов основы, так как от ее характеристик, при прочих равных, зависит разброс показателей износоустойчивости инструмента.

Способы увеличить срок службы 
 
Продлить срок эксплуатации пластины можно, соблюдая рекомендованные производителем усредненные режимы обработки, информация о них размещается на упаковке. Как правило, не рекомендуется работать дольше 10-15 минут одной пластиной. На стойкость влияют также:

• выбор надежного производителя;
• обильная подача СОЖ;
• исключение перебоев с подачей охлаждения (это может вызывать растрескивание покрытия и самой пластины);
• станок, приспособление, инструмент и деталь должны иметь достаточную жесткость для осуществления механической обработки и выдерживать прилагаемые на режущий инструмент и заготовку нагрузки (система жесткости «СПИД»). Несоответствие негативно влияет не только на саму заготовку, но и на пластину;
• отсутствие или сведение к минимуму люфтов и вибраций.

Обязательно использование полностью исправного оборудования для исключения механического разрушения инструмента.

Ассортимент wolfstar.ru
 
Мы предлагаем надежные высококачественные пластины из твердых сплавов, ранее отлично зарекомендовавшие себя на рынке. В ассортименте интернет-магазина wolfstar.ru твердосплавные пластины производителей ACCKee, PANDA CNC, KEMAWA, WOLFATAR:

• токарные по ISO;
• для корпусных сверл;
• фрезерные по металлу;
• канавочные и отрезные;
• для растачивания;
• резьбовые.

Как выбрать покрытие

Для качественного подбора твердосплавной пластины необходимо иметь следующие данные:

• размеры, класс точности, форма пластины, производитель;
• тип обрабатываемого материала заготовки;
• вид операции обработки (сверление, строгание, точение, фрезерование и т. д.);
• наличие/отсутствие СОЖ.

Существуют универсальные сплавы, подходящие для различных режимов и этапов работы. Для канавочной и отрезной пластины необходимо знать ширину канавки (отрез) и самой пластины. Пластины для нарезания резьбы надо выбирать с учетом типа резьбы (внутренняя, наружная), нужного профиля, шага резьбы, правого либо левого исполнения. Учет всех условий обработки поможет сделать оптимальный выбор покрытия твердосплавных пластин. Если остались сомнения в выборе инструмента, обратитесь к нашим менеджерам.