A escolha do revestimento certo para suas ferramentas de corte pode melhorar significativamente o desempenho e a longevidade delas. Mas com várias opções disponíveis, como decidir? Este artigo se aprofunda nos diferentes tipos de revestimentos de ferramentas, como PVD e CVD, explicando suas propriedades e benefícios exclusivos. Você aprenderá como o revestimento certo pode melhorar a dureza da ferramenta, a resistência à oxidação e a qualidade da superfície, reduzindo custos e aumentando a eficiência dos seus processos de usinagem.
A tecnologia Tool Surface Coating é um método de modificação de superfície desenvolvido para atender às demandas do mercado. Desde sua introdução, na década de 1960, ela tem sido amplamente utilizada em metais ferramenta de corte produção. O advento da tecnologia de processamento de corte de alta velocidade levou a um rápido desenvolvimento e aplicação da tecnologia de revestimento, tornando-a um aspecto crucial da fabricação de ferramentas de corte de alta velocidade.
A tecnologia envolve a formação de um filme fino na superfície da ferramenta por meio de métodos químicos ou físicos, resultando em um excelente desempenho de corte abrangente que atende aos requisitos de corte em alta velocidade.
Em resumo, a tecnologia de revestimento da superfície da ferramenta de corte tem as seguintes características:
O uso de ferramentas de corte revestidas oferece vários benefícios, inclusive:
Adequado tratamento de superfície de ferramentas circulares pequenas pode levar a um aumento na vida útil da ferramenta, a um tempo de ciclo de processamento mais curto e a uma melhoria na qualidade das superfícies processadas.
No entanto, escolher o revestimento de ferramenta correto para atender às necessidades específicas de processamento pode ser uma tarefa complicada e demorada. Cada revestimento tem suas próprias vantagens e desvantagens no corte. O uso de um revestimento inadequado pode resultar em uma vida útil mais curta do que a de ferramentas sem revestimento e até mesmo criar problemas adicionais.
Há vários tipos de revestimentos de 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 revestimento PVD e CVD. As características de cada revestimento desempenham um papel crucial na determinação de qual revestimento é mais adequado para o corte.
O TiN é um revestimento PVD comumente usado que pode aumentar a dureza da ferramenta e tem resistência à oxidação em altas temperaturas. Esse revestimento é utilizado em ferramentas de alta velocidade corte de aço ou ferramentas de conformação para obter os melhores resultados de processamento.
O revestimento de CrN é muito procurado devido às suas excelentes propriedades antiaderentes, o que o torna o revestimento preferido para processos que frequentemente resultam em bordas acumuladas. Uma vez aplicado, esse revestimento quase invisível melhora significativamente o desempenho do processamento de ferramentas de aço rápido, ferramentas de metal duro e ferramentas de conformação.
O revestimento de diamante CVD é a melhor opção para ferramentas de corte usadas no processamento de materiais metálicos não ferrosos. Ele oferece excelente desempenho no corte de grafite, compostos de matriz metálica (MMC), liga de alumínio com alto teor de silício e outros materiais altamente abrasivos.
Observe que as ferramentas com revestimento de diamante puro não podem ser usadas para processar peças de aço, pois 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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Revestimentos adequados para fresamento duro, rosqueamento e perfuração são exclusivos e têm suas respectivas aplicações específicas. Além disso, também podem ser usados 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.
A adição de elementos de carbono no revestimento de TiCN aumenta a dureza da ferramenta e proporciona melhor lubrificação da superfície. Esse revestimento é ideal para ferramentas de aço de alta velocidade.
A camada de alumina formada no revestimento TiAlN / AlTiN melhora significativamente a vida útil da ferramenta na usinagem em alta temperatura. Esse revestimento é adequado para ferramentas de metal duro usadas principalmente para corte a seco ou semi-seco.
A proporção de alumínio e titânio no revestimento determina a dureza da superfície do revestimento, sendo que os revestimentos de AlTiN proporcionam uma dureza de superfície maior do que os revestimentos de TiAlN. Como resultado, é uma opção viável no campo da usinagem de alta velocidade.
Uma superfície de alta dureza é um método confiável de aumentar a vida útil da ferramenta. Em geral, quanto mais duro for o material ou a superfície, maior será a vida útil 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 de TiCN é aumentada em 33% devido ao aumento da teor de carbonocom uma faixa de dureza de aproximadamente HV3000-4000 (variando de acordo com o fabricante).
Os revestimentos de diamante CVD com uma dureza de superfície de até HV9000 tornaram-se mais predominantes nas aplicações de ferramentas, resultando em um aumento de 10 a 20 vezes na vida útil da ferramenta em comparação com as ferramentas revestidas com PVD. A alta dureza e a velocidade de corte dos revestimentos de diamante, que pode ser de 2 a 3 vezes maior do que a das ferramentas não revestidas, fazem deles uma excelente opção para o corte de materiais não ferrosos.
A temperatura de oxidação refere-se à temperatura na qual o revestimento começa a se decompor. Quanto mais alta for 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. Isso se deve ao fato de que uma camada de alumina pode se formar entre a ferramenta e o cavaco, o que transfere o calor da ferramenta para a peça de trabalho ou cavaco, mantendo assim a dureza do revestimento de TiAlN em altas temperaturas.
As ferramentas de metal duro geralmente cortam mais rápido do que as ferramentas de HSS, tornando o TiAlN o revestimento preferido para ferramentas de metal duro. As brocas e fresas de topo de metal duro geralmente usam revestimentos PVD-TiAlN.
A resistência à abrasão refere-se à capacidade de um revestimento de resistir ao desgaste. Embora alguns materiais da peça de trabalho possam não ser naturalmente duros, os elementos adicionados durante a fabricação e o método de processamento podem fazer com que a borda de corte da ferramenta se lasque ou fique cega.
Os altos coeficientes de atrito geram maior calor de corte, diminuindo ou comprometendo a vida útil do revestimento, enquanto os coeficientes de atrito mais baixos aumentam significativamente a vida útil da ferramenta.
Uma superfície revestida com textura fina, lisa ou regular reduz o calor de corte, pois permite que os cavacos deslizem rapidamente para longe da face frontal do cortador, diminuindo assim a geração de calor. As ferramentas revestidas com lubrificação de superfície aprimorada também podem ser usinadas em velocidades de corte mais altas em comparação com as ferramentas sem revestimento, evitando ainda mais a soldagem de alta temperatura no material da peça.
A propriedade antiaderente do revestimento impede ou reduz a reação química entre a ferramenta e o material que está sendo processado e impede a deposição de material da peça na ferramenta.
Durante a usinagem de metais não ferrosos (como alumínio e latão), as arestas postiças (BUEs) ocorrem com frequência na ferramenta, o que leva ao lascamento da ferramenta ou a peças de trabalho superdimensionadas. Quando o material começa a aderir à ferramenta, a adesão continua a se expandir. Por exemplo, ao processar peças de alumínio com machos de formação, o alumínio que adere aos machos após o processamento de cada furo aumentará, fazendo com que o diâmetro do macho se torne muito grande e resultando em peças fora de tolerância que precisam ser descartadas.
O revestimento com boas propriedades antiaderentes pode ser eficaz mesmo em situações em que o desempenho do líquido de arrefecimento é ruim ou a concentração é insuficiente.
A relação custo-benefício das aplicações de revestimento na usinagem de metais é influenciada por vários fatores, mas cada cenário específico de processamento normalmente restringe as opções viáveis de revestimento a algumas poucas. A seleção criteriosa de um revestimento adequado e de suas propriedades pode aumentar significativamente a capacidade de processamento e o desempenho da ferramenta, enquanto uma escolha inadequada pode gerar melhorias insignificantes ou até mesmo efeitos prejudiciais.
A eficácia dos revestimentos de ferramentas está intrinsecamente ligada aos parâmetros de corte, como profundidade de corte, velocidade de corte e estratégia de refrigeração. Esses fatores interagem com as propriedades do revestimento para determinar a vida útil geral da ferramenta e a eficiência da usinagem. Por exemplo, o corte em alta velocidade pode se beneficiar mais dos revestimentos de barreira térmica, enquanto os materiais abrasivos podem exigir revestimentos com resistência superior ao desgaste.
Para determinar o revestimento ideal para uma determinada aplicação, o teste empírico por meio de ensaios de usinagem controlados continua sendo o método mais confiável. Essa abordagem permite a comparação direta do desempenho do revestimento em condições operacionais reais, levando em conta as interações específicas do material e as variáveis do processo.
Os fornecedores de revestimentos estão inovando continuamente para desenvolver revestimentos avançados que ofereçam maior resistência ao calor, ao atrito e ao desgaste. Os revestimentos modernos podem incorporar estruturas de várias camadas, nanocompósitos ou propriedades adaptativas para atender às demandas em evolução da usinagem de alto desempenho. A colaboração estreita com fabricantes de revestimentos e ferramentas é fundamental para avaliar e implementar revestimentos de ferramentas de última geração. Essa parceria pode fornecer acesso aos mais recentes desenvolvimentos em tecnologia de revestimento, tais como:
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Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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