Ⅰ. Visão geral do revestimento de ferramentas
A tecnologia de revestimento de superfície de ferramentas é um método de modificação de superfície desenvolvido para atender às demandas do mercado. Desde a sua introdução na década de 1960, tem sido amplamente utilizado na produção de ferramentas de corte de metal. O advento da tecnologia de processamento de corte em alta velocidade levou a um rápido desenvolvimento e aplicação da tecnologia de revestimento, tornando-a um aspecto crucial na fabricação de ferramentas de corte em alta velocidade.
A tecnologia envolve a formação de uma película fina na superfície da ferramenta através de métodos químicos ou físicos, resultando em excelente desempenho de corte abrangente que atende aos requisitos de corte em alta velocidade.
Em resumo, a tecnologia de revestimento superficial de ferramentas de corte possui as seguintes características:
- O revestimento aumenta a dureza da superfície da ferramenta sem comprometer sua resistência, com a dureza atual alcançável próxima de 100GPa.
- Com o avanço da tecnologia de revestimento, a estabilidade química do filme e a resistência à oxidação em alta temperatura tornaram-se mais pronunciadas, tornando possível o corte em alta velocidade.
- O filme lubrificante possui excelentes propriedades de lubrificação em fase sólida, melhorando a qualidade do processamento e é adequado para corte a seco.
- Como etapa final na produção de ferramentas, a tecnologia de revestimento tem impacto mínimo na precisão da ferramenta e pode ser repetida.
O uso de ferramentas de corte revestidas oferece vários benefícios, incluindo:
- Melhoria significativa na vida útil das ferramentas de corte.
- Maior eficiência de corte.
- Melhoria significativa na qualidade superficial do trabalho processado.
- Redução no consumo de materiais de ferramentas e custos de processamento.
- Menor utilização de fluido de resfriamento, resultando em economia de custos e maior proteção ambiental.
O tratamento superficial adequado de pequenas ferramentas circulares pode levar a um aumento na vida útil da ferramenta, menor tempo de ciclo de processamento e uma melhoria na qualidade das superfícies processadas.
No entanto, escolher o revestimento de ferramenta certo para atender às necessidades específicas de processamento pode ser uma tarefa complicada e demorada. Cada revestimento tem suas próprias vantagens e desvantagens no corte. Usar um revestimento inadequado pode resultar em uma vida útil mais curta da ferramenta do que ferramentas sem revestimento e até mesmo criar problemas adicionais.
Existem vários tipos de revestimentos para ferramentas disponíveis no mercado, incluindo revestimentos PVD, revestimentos CVD e revestimentos compostos que alternam entre PVD e CVD. Esses revestimentos podem ser facilmente obtidos de fabricantes de ferramentas ou fornecedores de revestimentos.
Este artigo fornecerá uma visão geral das propriedades comuns dos revestimentos de ferramentas e destacará algumas opções comuns de revestimentos PVD e CVD. As características de cada revestimento desempenham um papel crucial na determinação de qual revestimento é mais adequado para corte.
Ⅱ. Revestimentos comumente usados
- Revestimento de nitreto de titânio (TiN)
TiN é um revestimento PVD comumente usado que pode aumentar a dureza da ferramenta e tem resistência à oxidação em altas temperaturas. Este revestimento é utilizado em ferramentas de corte de aço rápido ou ferramentas de conformação para obter resultados de processamento ideais.
- Revestimento de nitreto de cromo (CrN)
O revestimento CrN é muito procurado devido às suas excelentes propriedades anti-adesão, tornando-o o revestimento preferido para processos que frequentemente resultam em arestas postiças. Uma vez aplicado, este revestimento quase invisível melhora significativamente o desempenho de processamento de ferramentas de aço rápido, ferramentas de metal duro e ferramentas de conformação.
- Revestimento de diamante (diamante)
O revestimento de diamante CVD é a melhor escolha para ferramentas de corte utilizadas no processamento de materiais metálicos não ferrosos. Ele oferece excelente desempenho ao cortar grafite, compósitos de matriz metálica (MMC), ligas de alumínio com alto teor de silício e outros materiais altamente abrasivos.
Observe que ferramentas com revestimento de diamante puro não podem ser usadas para processar peças de aço porque o alto calor de corte gerado durante o processamento causa uma reação química que danifica a camada de adesão entre o revestimento e a ferramenta.
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- Equipamento de revestimento
Os revestimentos adequados para fresamento duro, rosqueamento e furação são únicos e têm suas respectivas aplicações específicas. Além disso, também podem ser utilizados revestimentos multicamadas, que consistem em outros revestimentos incorporados entre a camada superficial e a base da ferramenta, resultando em uma vida útil prolongada da ferramenta.
- Revestimento de carboneto de titânio e nitrogênio (TiCN)
A adição de elementos de carbono no revestimento TiCN aumenta a dureza da ferramenta e proporciona melhor lubrificação superficial. Este revestimento é ideal para ferramentas de aço rápido.
- Nitreto de alumínio, titânio ou revestimento de nitreto de alumínio (TiAlN/AlTiN)
A camada de alumina formada no revestimento TiAlN / AlTiN melhora significativamente a vida útil da ferramenta em usinagem em alta temperatura. Este revestimento é adequado para ferramentas de metal duro usadas principalmente para corte a seco ou semi-seco.
A proporção de alumínio para titânio no revestimento determina a dureza superficial do revestimento, com os revestimentos AlTiN proporcionando uma dureza superficial mais alta do que os revestimentos TiAlN. Como resultado, é uma opção viável na área de usinagem de alta velocidade.
Ⅲ. Características do revestimento
- Dureza
Uma alta dureza superficial é um método confiável para melhorar a vida útil da ferramenta. Em geral, quanto mais duro for o material ou superfície, maior será a durabilidade da ferramenta. Os revestimentos de nitreto de carboneto de titânio (TiCN) têm uma dureza maior do que os revestimentos de nitreto de titânio (TiN). A dureza dos revestimentos TiCN aumenta em 33% devido ao aumento do teor de carbono, com uma faixa de dureza de aproximadamente HV3000-4000 (variando dependendo do fabricante).
Os revestimentos de diamante CVD com dureza superficial de até HV9000 tornaram-se mais predominantes em aplicações de ferramentas, resultando em um aumento de 10 a 20 vezes na vida útil da ferramenta em comparação com ferramentas revestidas com PVD. A alta dureza e velocidade de corte dos revestimentos diamantados, que podem ser 2 a 3 vezes maiores que as ferramentas não revestidas, tornam-no uma excelente escolha para corte de materiais não ferrosos.
- Temperatura de oxidação
A temperatura de oxidação refere-se à temperatura na qual o revestimento começa a se decompor. Quanto maior a temperatura de oxidação, melhor será o corte em altas temperaturas.
Embora os revestimentos de TiAlN possam ter uma dureza menor à temperatura ambiente em comparação com os revestimentos de TiCN, eles são muito mais eficazes no processamento em alta temperatura. A razão para isso é que uma camada de alumina pode se formar entre a ferramenta e o cavaco, que transfere calor da ferramenta para a peça ou cavaco, retendo assim a dureza do revestimento de TiAlN em altas temperaturas.
As ferramentas de metal duro geralmente cortam mais rápido que as ferramentas HSS, tornando o TiAlN o revestimento preferido para ferramentas de metal duro. Brocas e fresas de topo de metal duro geralmente usam revestimentos PVD-TiAlN.
- Resistência à abrasão
A resistência à abrasão refere-se à capacidade de um revestimento resistir ao desgaste. Embora alguns materiais da peça possam não ser naturalmente duros, os elementos adicionados durante a fabricação e o método de processamento podem fazer com que a aresta de corte da ferramenta lasque ou fique cega.
- Lubricidade superficial
Altos coeficientes de atrito geram aumento do calor de corte, encurtando ou comprometendo a vida útil do revestimento, enquanto coeficientes de atrito mais baixos prolongam significativamente a vida útil da ferramenta.
Uma superfície revestida fina, lisa ou com textura regular reduz o calor de corte, pois permite que os cavacos deslizem rapidamente para longe da face frontal da fresa, diminuindo assim a geração de calor. Ferramentas revestidas com lubrificação superficial aprimorada também podem ser usinadas em velocidades de corte mais altas em comparação com ferramentas não revestidas, evitando ainda mais a soldagem em alta temperatura do material da peça.
- Resistência à adesão
A propriedade anti-adesão do revestimento evita ou reduz a reação química entre a ferramenta e o material que está sendo processado e evita a deposição de material da peça na ferramenta.
Durante a usinagem de metais não ferrosos (como alumínio e latão), frequentemente ocorrem arestas postiças (BUEs) na ferramenta, causando lascamento da ferramenta ou peças superdimensionadas. Assim que o material começar a aderir à ferramenta, a adesão continuará a se expandir. Por exemplo, ao processar peças de alumínio com machos formadores, o alumínio que adere aos machos após o processamento de cada furo aumentará, eventualmente fazendo com que o diâmetro do macho se torne muito grande e resultando em peças fora da tolerância que devem ser descartadas.
O revestimento com boas propriedades anti-adesão pode ser eficaz mesmo em situações onde o desempenho do refrigerante é fraco ou a concentração é insuficiente.
4. Aplicação de revestimentos
A relação custo-benefício das aplicações de revestimento pode depender de vários fatores, mas para cada aplicação de processamento específica, normalmente existem apenas algumas opções de revestimento viáveis. A escolha do revestimento correto e de suas propriedades pode fazer uma diferença significativa na processabilidade, enquanto uma escolha incorreta pode resultar em melhorias mínimas.
A profundidade de corte, a velocidade e a refrigeração utilizada podem afetar a eficácia do revestimento da ferramenta. Para determinar o melhor revestimento para uma aplicação específica, o teste de corte costuma ser o método mais eficaz.
Os fornecedores de revestimentos estão constantemente desenvolvendo novos revestimentos para aumentar a resistência ao calor, ao atrito e ao desgaste. É benéfico trabalhar com fabricantes de revestimentos (ferramentas) para avaliar os revestimentos de ferramentas mais recentes e avançados para aplicações de usinagem.
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