Лучшим покрытием для высокоскоростной сухой резки является азот, алюминий, титан.
Основная причина, по которой смазочно-охлаждающие жидкости сегодня часто больше не нужны, связана с покрытиями. Они смягчают температурные скачки, препятствуя передаче тепла от зоны резания к пластине (инструменту). Покрытие действует как термический барьер, поскольку имеет гораздо более низкую теплопроводность, чем основа инструмента и материал заготовки. В результате эти инструменты поглощают меньше тепла и могут выдерживать более высокие температуры резания. При точении или фрезеровании инструменты с покрытием обеспечивают более эффективные параметры резания без сокращения срока службы инструмента.
Толщина покрытия составляет от 2 до 18 микрон и играет важную роль в работе инструмента. Более тонкие покрытия лучше противостоят изменениям температуры при ударной резке, чем более толстые покрытия, потому что более тонкие покрытия испытывают меньшее напряжение и менее склонны к растрескиванию. При быстром охлаждении и нагревании толстые покрытия имеют тенденцию разбиваться, как стекло, которое очень быстро нагревается и остывает. Сухая резка пластинами с тонким покрытием может увеличить срок службы инструмента до 40 процентов, поэтому физические покрытия часто используются для покрытия круглых инструментов и фрезерных пластин. Покрытия PVD, как правило, наносятся тоньше, чем химические покрытия, и имеют более прочную связь с контуром. Кроме того, PVD-покрытия можно наносить на цементированный карбид при гораздо более низких температурах, поэтому они больше используются для очень острых кромок и больших положительных передних поверхностей фрезерных и токарных инструментов.
Хотя материалом покрытия является нитрид титана, на его долю приходится 80 процентов всех инструментов с покрытием. Однако в случае высокоскоростной сухой резки лучшим PVD-покрытием является нитрид титана-алюминия (TiAlN), который в четыре раза превосходит нитрид титана при непрерывной высокотемпературной резке, например, при высокоскоростной токарной обработке. Покрытие TiAlN также превосходит другие покрытия для инструментов, работающих в условиях более высокой термической нагрузки. Например, сухое фрезерование и глубокое сверление отверстий малого диаметра, в которых смазочно-охлаждающая жидкость труднодоступна.
TiAlN тверже, чем TiN, при температурах резания и термически стабилен. Покрытия PVD используют его устойчивость к химическому износу. Он имеет твердость до 3500 градусов по Виккерсу и рабочую температуру до 1470 градусов по Фаренгейту. Ученые-материаловеды предполагают, что эти свойства можно отнести к пленкам аморфного оксида алюминия, которые образуются на границе раздела чип/инструмент, когда часть алюминия поверхность покрытия окисляется при высоких температурах.
Для этого исследования были намеренно выбраны сверхтонкие многослойные PVD-покрытия, а процесс осаждения дает покрытия, состоящие из сотен слоев, каждый толщиной всего в несколько нанометров. Осаждение обычных покрытий PVD представляет собой покрытие толщиной всего в несколько микрометров.
Хотя покрытие PVD имеет много преимуществ, покрытие CVD по-прежнему более популярно для обработки большинства черных металлов. В процессе CVD более высокая температура осаждения помогает улучшить прочность соединения и позволяет увеличить содержание кобальта в матрице, что обеспечивает хорошую ударную вязкость режущей кромки и улучшает способность противостоять пластической деформации. Из-за коэффициента покрытия CVD
CVD — это процесс нанесения на инструмент полезного слоя оксида алюминия, самого теплостойкого и стойкого к окислению покрытия из известных. Глинозем является плохим проводником, он изолирует инструмент от тепла, выделяемого при деформации резания, и способствует оттоку тепла в стружку. Это превосходный материал покрытия CVD, в основном для твердосплавных токарных инструментов, используемых при сухой обработке. Он также защищает подложку во время высокоскоростной резки и является лучшим антиабразивным покрытием и покрытием для кратерного износа.
Пластины с покрытием имеют более длительный срок службы и более стабильны при сухом фрезеровании, чем при мокром. Чем выше скорость резания, тем выше температура резания. Например, сухая обработка чугуна при скорости резания 14000 об/мин и 1575 дюймов/мин может привести к нагреву зоны резания перед инструментом до 600-700 градусов. Скорость съема металла аналогична фрезерованию алюминия, в то время как результирующие температуры на чугуне выше, чем на обычных инструментах.
Выбор металлокерамики, керамики, CBN, PCD
Для более высоких скоростей резания требуются более износостойкие инструментальные материалы и более высокая термическая твердость. Керметы, кубический нитрид бора и две керамики, подходящие для нужд тонкой обработки, - глинозем и нитрид кремния (современный термин «керамика» включает как оксид алюминия, так и нитрид кремния, в отличие от того, что в прошлом просто относился к оксиду алюминия.), они приложения становятся все более популярными. Поликристаллический алмаз — еще один инструментальный материал, используемый при сухой резке. Во всех этих материалах они имеют более высокую красноту твердости и износостойкость, но компромиссом является большая хрупкость.