Ⅰ. Descripción general del recubrimiento de herramientas
La tecnología de recubrimiento de superficies de herramientas es un método de modificación de superficies desarrollado para satisfacer las demandas del mercado. Desde su introducción en la década de 1960, se ha utilizado ampliamente en la producción de herramientas para cortar metales. La llegada de la tecnología de procesamiento de corte de alta velocidad ha llevado al rápido desarrollo y aplicación de la tecnología de recubrimiento, convirtiéndola en un aspecto crucial en la fabricación de herramientas de corte de alta velocidad.
La tecnología implica formar una película delgada sobre la superficie de la herramienta mediante métodos químicos o físicos, lo que da como resultado un excelente rendimiento de corte integral que cumple con los requisitos de corte de alta velocidad.
En resumen, la tecnología de recubrimiento de superficies de herramientas de corte tiene las siguientes características:
- El recubrimiento aumenta la dureza de la superficie de la herramienta sin comprometer su resistencia, con una dureza alcanzable actual que se acerca a los 100 GPa.
- Con el avance de la tecnología de recubrimiento, la estabilidad química de la película y la resistencia a la oxidación a altas temperaturas se han vuelto más pronunciadas, lo que hace posible el corte a alta velocidad.
- La película lubricante tiene excelentes propiedades de lubricación en fase sólida, lo que mejora la calidad del procesamiento y es adecuada para corte en seco.
- Como paso final en la producción de herramientas, la tecnología de recubrimiento tiene un impacto mínimo en la precisión de la herramienta y es repetible.
El uso de herramientas de corte recubiertas ofrece varios beneficios, entre ellos:
- Mejora significativa en la vida útil de las herramientas de corte.
- Mayor eficiencia de corte.
- Mejora significativa en la calidad superficial del trabajo procesado.
- Reducción del consumo de material de herramientas y costes de procesamiento.
- Menor uso de fluido refrigerante, lo que se traduce en ahorro de costes y mayor protección del medio ambiente.
El tratamiento superficial adecuado de herramientas circulares pequeñas puede dar lugar a un aumento de la vida útil de la herramienta, un tiempo de ciclo de procesamiento más corto y una mejora en la calidad de las superficies procesadas.
Sin embargo, elegir el recubrimiento de herramienta adecuado para satisfacer necesidades de procesamiento específicas puede ser una tarea complicada y que requiere mucho tiempo. Cada recubrimiento tiene sus propias ventajas y desventajas a la hora de cortar. El uso de un recubrimiento inadecuado puede reducir la vida útil de la herramienta en comparación con las herramientas sin recubrimiento e incluso crear problemas adicionales.
Hay varios tipos de recubrimientos para herramientas disponibles en el mercado, incluidos recubrimientos PVD, recubrimientos CVD y recubrimientos compuestos que alternan entre PVD y CVD. Estos recubrimientos se pueden obtener fácilmente de fabricantes de herramientas o proveedores de recubrimientos.
Este artículo proporcionará una descripción general de las propiedades comunes de recubrimiento de herramientas y resaltará algunas opciones comunes de recubrimiento PVD y CVD. Las características de cada recubrimiento juegan un papel crucial a la hora de determinar qué recubrimiento es el más adecuado para cortar.
Ⅱ. Recubrimientos de uso común
- Recubrimiento de nitruro de titanio (TiN)
TiN es un recubrimiento PVD de uso común que puede aumentar la dureza de la herramienta y tiene resistencia a la oxidación a altas temperaturas. Este recubrimiento se utiliza en herramientas de corte de acero de alta velocidad o herramientas de conformado para lograr resultados de procesamiento óptimos.
- Recubrimiento de nitruro de cromo (CrN)
El recubrimiento de CrN es muy buscado debido a sus excelentes propiedades antiadherentes, lo que lo convierte en el recubrimiento preferido para procesos que frecuentemente resultan en acumulaciones de bordes. Una vez aplicado, este recubrimiento casi invisible mejora significativamente el rendimiento de procesamiento de herramientas de acero de alta velocidad, herramientas de carburo y herramientas de conformado.
- Revestimiento de diamante (diamante)
El recubrimiento de diamante CVD es la mejor opción para las herramientas de corte utilizadas en el procesamiento de materiales metálicos no ferrosos. Ofrece un rendimiento excelente al cortar grafito, compuestos de matriz metálica (MMC), aleaciones de aluminio con alto contenido de silicio y otros materiales altamente abrasivos.
Tenga en cuenta que las herramientas con revestimiento de diamante puro no se pueden utilizar para procesar piezas de acero porque el alto calor de corte generado durante el procesamiento provoca una reacción química que daña la capa de adhesión entre el revestimiento y la herramienta.
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- Equipo de recubrimiento
Los recubrimientos adecuados para fresado, roscado y taladrado en duro son únicos y tienen sus respectivas aplicaciones específicas. Además, también se pueden utilizar recubrimientos multicapa, que consisten en otros recubrimientos incorporados entre la capa superficial y la base de la herramienta, lo que da como resultado una vida útil prolongada de la herramienta.
- Recubrimiento de carburo de nitrógeno de titanio (TiCN)
La adición de elementos de carbono en el recubrimiento de TiCN aumenta la dureza de la herramienta y proporciona una mejor lubricación de la superficie. Este recubrimiento es ideal para herramientas de acero de alta velocidad.
- Recubrimiento de nitruro de aluminio, titanio o nitruro de aluminio (TiAlN/AlTiN)
La capa de alúmina formada sobre el recubrimiento TiAlN/AlTiN mejora significativamente la vida útil de la herramienta en el mecanizado a alta temperatura. Este recubrimiento es adecuado para herramientas de carburo utilizadas principalmente para corte en seco o semiseco.
La proporción de aluminio y titanio en el recubrimiento determina la dureza de la superficie del recubrimiento, y los recubrimientos de AlTiN proporcionan una dureza superficial mayor que los recubrimientos de TiAlN. Como resultado, es una opción viable en el área del mecanizado de alta velocidad.
Ⅲ. Características del recubrimiento
- Tenacidad
La alta dureza superficial es un método confiable para mejorar la vida útil de la herramienta. En general, cuanto más duro sea el material o la superficie, más durará la herramienta. Los recubrimientos de nitruro de carburo de titanio (TiCN) tienen una dureza mayor que los recubrimientos de nitruro de titanio (TiN). La dureza de los recubrimientos de TiCN aumenta en un 33% debido al mayor contenido de carbono, con un rango de dureza de aproximadamente HV3000-4000 (que varía según el fabricante).
Los recubrimientos de diamante CVD con una dureza superficial de hasta HV9000 se han vuelto más frecuentes en las aplicaciones de herramientas, lo que resulta en un aumento de 10 a 20 veces en la vida útil de la herramienta en comparación con las herramientas recubiertas de PVD. La alta dureza y velocidad de corte de los recubrimientos de diamante, que pueden ser de 2 a 3 veces mayores que las de las herramientas sin recubrimiento, las convierten en una excelente opción para cortar materiales no ferrosos.
- Temperatura de oxidación
La temperatura de oxidación se refiere a la temperatura a la que el recubrimiento comienza a descomponerse. Cuanto mayor sea la temperatura de oxidación, mejor será el corte a altas temperaturas.
Aunque los recubrimientos de TiAlN pueden tener una dureza menor a temperatura ambiente en comparación con los recubrimientos de TiCN, son mucho más efectivos en el procesamiento a alta temperatura. La razón es que entre la herramienta y la viruta se puede formar una capa de alúmina que transfiere calor de la herramienta a la pieza o a la viruta, manteniendo así la dureza del recubrimiento de TiAlN a altas temperaturas.
Las herramientas de carburo generalmente cortan más rápido que las herramientas HSS, lo que hace que TiAlN sea el recubrimiento preferido para las herramientas de carburo. Las brocas y fresas de carburo generalmente utilizan recubrimientos PVD-TiAlN.
- Resistencia a la abrasión
La resistencia a la abrasión se refiere a la capacidad de un recubrimiento para resistir el desgaste. Aunque es posible que algunos materiales de las piezas no sean naturalmente duros, los elementos agregados durante la fabricación y el método de procesamiento pueden hacer que el filo de la herramienta se astille o se desafile.
- Lubricidad superficial
Los coeficientes de fricción altos generan un mayor calor de corte, lo que acorta o compromete la vida útil del recubrimiento, mientras que los coeficientes de fricción más bajos extienden significativamente la vida útil de la herramienta.
Una superficie revestida delgada, lisa o de textura uniforme reduce el calor de corte al permitir que las virutas se deslicen rápidamente lejos de la cara frontal del cortador, reduciendo así la generación de calor. Las herramientas recubiertas con lubricación superficial mejorada también se pueden mecanizar a velocidades de corte más altas en comparación con las herramientas sin recubrimiento, evitando aún más la soldadura a alta temperatura del material de la pieza de trabajo.
- Resistencia a la adherencia
La propiedad antiadherente del recubrimiento previene o reduce la reacción química entre la herramienta y el material que se está procesando y evita la deposición del material de la pieza de trabajo en la herramienta.
Al mecanizar metales no ferrosos (como aluminio y latón), a menudo se producen bordes acumulados (BUE) en la herramienta, lo que provoca que la herramienta se astille o piezas de gran tamaño. Una vez que el material comience a adherirse a la herramienta, la adhesión continuará expandiéndose. Por ejemplo, cuando se procesan piezas de aluminio con núcleos formadores, el aluminio que se adhiere a los núcleos después de procesar cada orificio aumentará, lo que eventualmente provocará que el diámetro del núcleo se vuelva demasiado grande y resulte en piezas fuera de tolerancia que deben desecharse.
Un recubrimiento con buenas propiedades antiadherentes puede ser eficaz incluso en situaciones en las que el rendimiento del refrigerante es deficiente o la concentración es insuficiente.
4. Aplicación de recubrimientos
La rentabilidad de las aplicaciones de recubrimiento puede depender de varios factores, pero para cada aplicación de procesamiento específica, normalmente solo existen unas pocas opciones de recubrimiento viables. Elegir el recubrimiento correcto y sus propiedades puede marcar una diferencia significativa en la procesabilidad, mientras que una elección incorrecta puede generar mejoras mínimas.
La profundidad de corte, la velocidad y el refrigerante utilizado pueden afectar la eficacia del recubrimiento de la herramienta. Para determinar el mejor recubrimiento para una aplicación específica, el corte de prueba suele ser el método más eficaz.
Los proveedores de recubrimientos desarrollan constantemente nuevos recubrimientos para aumentar la resistencia al calor, la fricción y el desgaste. Es beneficioso trabajar con fabricantes de recubrimientos (herramientas) para evaluar los recubrimientos de herramientas más recientes y avanzados para aplicaciones de mecanizado.
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