Il corretto trattamento superficiale degli utensili da taglio rotondi di piccole dimensioni può migliorare la durata dell'utensile, ridurre il tempo del ciclo di lavorazione e migliorare la qualità della superficie lavorata. Tuttavia, scegliere il rivestimento dell'utensile giusto per le proprie esigenze di lavorazione può essere un compito complicato.
Ogni rivestimento presenta sia vantaggi che svantaggi nel taglio. Se viene selezionato il rivestimento sbagliato, la durata dell'utensile potrebbe essere inferiore a quella di un utensile non rivestito e talvolta causare anche più problemi.
Sono disponibili molti tipi di rivestimenti per utensili, inclusi rivestimenti PVD, rivestimenti CVD e rivestimenti compositi che alternano rivestimenti PVD e CVD, che possono essere facilmente ottenuti dai produttori di utensili o dai fornitori di rivestimenti.
Questo articolo introdurrà brevemente alcune proprietà comuni dei rivestimenti per utensili e alcune opzioni di selezione dei rivestimenti PVD e CVD di uso comune. Ciascuna proprietà del rivestimento gioca un ruolo importante nel determinare quale rivestimento è più vantaggioso per il taglio.
Proprietà del rivestimento
1. Durezza
L'elevata durezza superficiale apportata dal rivestimento è uno dei modi migliori per migliorare la durata dell'utensile. In generale, più duro è il materiale o la superficie, maggiore è la durata dell'utensile.
Il rivestimento in carburo di titanio (TiCN) ha una durezza maggiore rispetto al rivestimento in nitruro di titanio (TiN). A causa dell'aumento del contenuto di carbonio, la durezza del rivestimento TiCN è aumentata del 33% e la sua durezza varia da circa Hv3000 a 4000 (a seconda del produttore).
L’applicazione del rivestimento diamantato CVD con una durezza superficiale fino a Hv9000 sugli utensili da taglio è relativamente matura. Rispetto agli utensili con rivestimento PVD, la durata degli utensili con rivestimento diamantato CVD è aumentata da 10 a 20 volte. L'elevata durezza e velocità di taglio dei rivestimenti diamantati possono aumentare la velocità di taglio da 2 a 3 volte rispetto agli utensili non rivestiti, rendendoli una buona scelta per il taglio di materiali non-ferrosi.
2. Resistenza all'usura
La resistenza all'usura si riferisce alla capacità del rivestimento di resistere all'usura. Anche se la durezza di alcuni materiali del pezzo potrebbe non essere eccessiva, gli elementi aggiunti durante il processo di produzione e i processi utilizzati potrebbero causare la rottura o l'opacizzazione del tagliente dell'utensile.
3. Lubrificazione superficiale
Gli elevati coefficienti di attrito aumentano il calore da taglio, con conseguente riduzione della durata del rivestimento o addirittura rottura. La riduzione del coefficiente di attrito può prolungare notevolmente la durata dell'utensile. Le superfici di rivestimento fini e lisce o con struttura regolare aiutano a ridurre il calore di taglio poiché la superficie liscia consente ai trucioli di scivolare rapidamente dal tagliente anteriore e riduce la generazione di calore. Rispetto agli utensili non rivestiti, gli utensili rivestiti con una migliore lubrificazione superficiale possono essere lavorati anche a velocità di taglio più elevate, evitando ulteriormente la saldatura per fusione ad alta-temperatura con il materiale del pezzo.
4. Temperatura di ossidazione
La temperatura di ossidazione si riferisce alla temperatura alla quale il rivestimento inizia a decomporsi. Maggiore è la temperatura di ossidazione, più favorevole è il taglio in condizioni di alta temperatura. Sebbene la durezza a temperatura ambiente del rivestimento TiAlN possa essere inferiore a quella del rivestimento TiCN, è stato dimostrato che è molto più efficace del TiCN nella lavorazione ad alta-temperatura. Il motivo per cui il rivestimento TiAlN può mantenere la sua durezza anche a temperature elevate è che tra l'utensile e il truciolo si può formare uno strato di ossido di alluminio, che può trasferire il calore dall'utensile al pezzo o al truciolo. Rispetto agli utensili in acciaio ad alta-rapidità, gli utensili in metallo duro solitamente hanno velocità di taglio più elevate, il che rende TiAlN il rivestimento preferito per gli utensili in metallo duro. Le punte e le frese in metallo duro utilizzano solitamente questo rivestimento PVD TiAlN.
5. Anti-adesione
La proprietà anti-adesiva del rivestimento può prevenire o ridurre la reazione chimica tra l'utensile e il materiale lavorato ed evitare la deposizione del materiale del pezzo sullo strumento.
Durante la lavorazione di metalli non-ferrosi (come alluminio, ottone, ecc.), spesso si verifica-un tagliente di riporto sull'utensile, che causa la scheggiatura dell'utensile o una deviazione delle dimensioni del pezzo. Una volta che il materiale in lavorazione inizia ad aderire all'utensile, l'adesione continuerà ad espandersi.
Quando si lavorano pezzi in alluminio con maschi a rullare, l'alluminio aderito al maschio aumenta dopo la lavorazione di ogni foro e, infine, il diametro del maschio diventa troppo grande, causando l'eliminazione della deviazione delle dimensioni del pezzo. I rivestimenti con buone proprietà anti-adesive possono svolgere un buon ruolo anche nelle lavorazioni con scarse prestazioni del refrigerante o concentrazione insufficiente.
Rivestimenti comunemente usati
1. Rivestimento in nitruro di titanio (TiN)
TiN è un rivestimento PVD-per uso generico che può aumentare la durezza dell'utensile e presenta un'elevata temperatura di ossidazione. Questo rivestimento può ottenere ottimi risultati di lavorazione se utilizzato per utensili da taglio o da formatura in acciaio ad alta velocità-.
2. Rivestimento in nitruro di carburo di titanio (TiCN)
L'elemento di carbonio aggiunto al rivestimento TiCN può aumentare la durezza dell'utensile e ottenere una migliore lubrificazione superficiale, rendendolo un rivestimento ideale per utensili in acciaio ad alta velocità.
3. Rivestimento in azoto alluminio titanio o azoto titanio alluminio (TiAlN/AlTiN)
Lo strato di ossido di alluminio formato nel rivestimento TiAlN/AlTiN può migliorare efficacemente la durata di lavorazione ad alta-temperatura dell'utensile. Questo rivestimento può essere utilizzato per utensili in metallo duro utilizzati principalmente per il taglio a secco o semi-secco. A seconda del rapporto tra alluminio e titanio contenuto nel rivestimento, il rivestimento AlTiN può fornire una durezza superficiale maggiore rispetto al rivestimento TiAlN, quindi è un'altra opzione di rivestimento praticabile nel campo della lavorazione ad alta-velocità.
4. Rivestimento in alluminio-cromo-azoto (AlCrN)
Le buone proprietà anti-adesive del rivestimento AlCrN lo rendono il rivestimento preferito nelle lavorazioni soggette a tagliente di riporto. Dopo l'applicazione di questo rivestimento quasi invisibile, le prestazioni di lavorazione degli utensili in acciaio ad alta velocità-o degli utensili in metallo duro e degli utensili di formatura saranno notevolmente migliorate.
5. Diamante
I rivestimenti diamantati CVD forniscono prestazioni ottimali per utensili per la lavorazione di materiali non-ferrosi e sono ideali per la lavorazione di grafite, compositi a matrice metallica (MMC), leghe di alluminio ad alto contenuto di silicio e molti altri materiali altamente abrasivi (nota: gli utensili rivestiti di diamante puro non possono essere utilizzati per la lavorazione di parti in acciaio perché la lavorazione di parti in acciaio genera molto calore di taglio e provoca una reazione chimica che distrugge lo strato di adesione tra il rivestimento e l'utensile).
Diversi rivestimenti sono adatti per fresatura, maschiatura e foratura, e ciascuno ha la propria applicazione specifica. Inoltre, è possibile utilizzare rivestimenti multi-strato, che hanno altri rivestimenti incorporati tra lo strato superficiale e il substrato dell'utensile per migliorare ulteriormente la durata dell'utensile.
Applicazione riuscita dei rivestimenti
L'applicazione conveniente- dei rivestimenti può dipendere da molti fattori, ma per ogni specifica applicazione di lavorazione solitamente esistono solo una o poche opzioni di rivestimento praticabili.
La scelta corretta del rivestimento e delle sue caratteristiche può fare la differenza tra un miglioramento significativo delle prestazioni di lavorazione e un miglioramento quasi nullo. Profondità di taglio, velocità di taglio e refrigerante possono influenzare l'applicazione dei rivestimenti degli utensili.
Poiché ci sono molte variabili nella lavorazione del materiale di un pezzo, uno dei modi migliori per determinare quale rivestimento utilizzare è attraverso il taglio di prova. I fornitori di rivestimenti sviluppano costantemente nuovi rivestimenti per migliorare ulteriormente la resistenza alle alte temperature, all'attrito e all'usura del rivestimento. È sempre una buona cosa verificare l'applicazione dei rivestimenti per utensili più recenti e migliori durante la lavorazione con il produttore del rivestimento (utensile).
