7 unverzichtbare Werkzeugbeschichtungen für die Hochleistungsbearbeitung

Wenn Sie Ihren CNC-Bearbeitungsbetrieb verbessern müssen, lohnt es sich zu verstehen, wie die Technologie der Werkzeugbeschichtung einen Unterschied machen kann. Hier sind einige gute Gründe, eine Hochleistungs-Schneidwerkzeugbeschichtung für Ihre nächste Problemaufgabe zu prüfen.

Gutes Karbid ist wichtig, aber eine gute Beschichtung, die auf die Oberfläche dieses Karbids aufgetragen wird, ist oft entscheidend. In diesem Artikel interviewen wir Dr. Jon W. Paggett, Leiter der Beschichtungsentwicklung bei Kyocera Hardcoating Technologies, um die neuesten Entwicklungen bei Beschichtungen für Schneidwerkzeuge zu besprechen – und wie sie Werkstätten dabei helfen, die Produktivität zu steigern und die Werkzeugkosten zu senken.

Die Top-Werkzeugbeschichtungen für Schaftfräser, Bohrer, Oberfräser

Kyocera SGS Precision Tools ist ein führender Hersteller von Schaftfräsern, Bohrern und Fräsern und bietet viele verschiedene Werkzeugbeschichtungen an. Obwohl die Namen proprietär sind, gibt es die alten Standbys wie TiN und TiCN, mit denen jeder Maschinist vertraut ist, sowie einige relative Neuankömmlinge auf dem Beschichtungsblock. Hier sind die sieben besten:

• Ti-NAMITE (Titannitrid)
• Ti-NAMITE-A (Aluminiumtitannitrid)
• Ti-NAMITE-B (Titandiborid)
• Ti-NAMITE-C (Titancarbonitrid)
• Ti-NAMITE-X (proprietäres Nanokomposit)
• Di-NAMITE (kristalliner Diamant)
• Ti-NAMITE-M (proprietäres Nanokomposit)

Es gibt noch mehr, aber es ist das zweite – AlTiN, zusammen mit seinem siliziumhaltigen (AlTiN/Si₃ N₄ )-Verwandte – die laut Paggett TiN als bevorzugte Beschichtung für eine breite Palette von Anwendungen weitgehend verdrängt hat.

„Es ist vielleicht die gebräuchlichste, allgemein anwendbare Beschichtung auf dem Markt und eine gute, leistungsstarke Wahl für Edelstähle und einige Superlegierungen“, erklärt er. „Darüber hinaus verbessert die Zugabe von Chrom zu verschiedenen Beschichtungen – beispielsweise AlTiCrN und AlCrN – die thermische Stabilität für eine Reihe von Anwendungen bei höheren Temperaturen.“

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Wie die richtigen Werkzeugbeschichtungen Risse, Delamination und Werkzeugversagen verhindern

Beschichtungen von Schneidwerkzeugen sind viel mehr als ein Haufen esoterischer chemischer Verbindungen. Das Verfahren zum Auftragen der Beschichtungen ist ebenso wichtig wie die Kantenvorbereitung des Werkzeugs, die Beschichtungsdicke und die Korngröße des Hartmetallsubstrats.

„Viele fortschrittliche Beschichtungen enthalten heute Nanostrukturen wie Nanoschichten oder Nanokomposite“, sagt Paggett. „Unter der Annahme, dass die Dicke dieser ultradünnen Schichten innerhalb eines bestimmten Bereichs gesteuert werden kann, dienen sie dazu, die Härte und Verschleißfestigkeit der Beschichtung zu verbessern, mit nur minimalen Einbußen bei der Zähigkeit. Diese geschichteten, mehrphasigen Strukturen helfen auch bei der Ablenkung von Rissen, die sich sonst in das Werkzeug ausbreiten würden.“

Nitridbeschichtungen liegen typischerweise im Bereich von 2 bis 4 mm, sagt Paggett und stellt fest, dass die Spannungen zwischen Beschichtung und Substrat mit der Beschichtungsdicke zunehmen. Wenn Sie zu dick werden, kann es zu Delaminierung und anschließendem Werkzeugversagen kommen.

Und wie jeder, der ein TiC- oder ein anderes CVD-beschichtetes Werkzeug verwendet hat, bestätigen kann, „stumpfen“ dickere Beschichtungen das Werkzeug auch, indem sie den Radius der Schneidkante vergrößern. Dies ist bei manchen Anwendungen von Vorteil – beispielsweise bei Kohlenstoffstahl und Gusseisen –, aber bei Edelstahl, Aluminium, Werkzeugstählen und Superlegierungen sind scharfkantige und positive Spanwinkel im Allgemeinen die erste Wahl.

Erwägen Sie eine Hochleistungsbearbeitung? Lernen wie. Lesen Sie „ Ist es Zeit für Hochleistungsbearbeitung? ”

Die Evolution der Schneidwerkzeugbeschichtungen

Natürlich hat sich die Beschichtungstechnologie seit den Anfängen von TiC- und anderen CVD-Beschichtungen stark verändert. Die dicksten TiC-beschichteten Werkzeuge von heute sind viel schärfer als früher.

„Fortschritte bei der Anwendung von PVD-Beschichtungen beinhalten Kathodenkonstruktionen, die versuchen, die Vorteile des kathodischen Lichtbogen- und Magnetron-Sputterns zu kombinieren“, sagt Paggett. „Die Magnetkonfiguration und der gepulste Lichtbogen reduzieren Makropartikel und sorgen für eine glattere Beschichtung von Kathodenlichtbogensystemen, während HiPIMS (Hochleistungs-Impuls-Magnetron-Sputtern) das Ionisationsverhältnis und die Abscheidungsrate von Sputtersystemen erhöht. Fortschritte werden auch bei Plasmaätzkonfigurationen erzielt, was die Beschichtungshaftung erhöht.“

All dieses Gerede über Magnetrons und Sputtersysteme kann berauschende Informationen sein. Für einen Maschinisten ist alles, was wichtig ist, die Standzeit des Werkzeugs und wie schnell Metall entfernt werden kann. Wenn dieses Metall Aluminium ist, bemerkt Paggett, werfen Sie einen genauen Blick auf einen anderen Beschichtungsneuling, Titandiborid.

TiB₂ ist eine hervorragende Beschichtung für Aluminiumlegierungen und andere NE-Anwendungen. Seine hohe Härte sorgt für eine gute Verschleißfestigkeit in abrasiven siliziumhaltigen Aluminiumlegierungen und reduziert die Aufbauschneide, die letztendlich zum Werkzeugversagen führt.

Und welche Auswirkung hat die Kantenvorbereitung auf die Leistung des Schneidwerkzeugs?

„Unter dem Mikroskop betrachtet sind die Werkzeugkanten im geschliffenen Zustand ziemlich rau“, sagt Paggett. „Hochstellen wirken als Spannungskonzentratoren, die zu vorzeitigem Bruch und einer Verschlechterung der Schneidkante führen können. Aber die Kantenvorbereitung glättet diese Unebenheiten und führt einen Schliff ein, der die Kante weiter stärkt.“

Die Auswirkung von Werkzeugbeschichtungen auf die Produktivität

Jeder, der in letzter Zeit ein Schneidwerkzeug gekauft hat, hat mit ziemlicher Sicherheit den höheren Preis bemerkt, der mit diesen fortschrittlichen Beschichtungen einhergeht – ist es das 2- bis 3-fache des Preises von „Standard“-Werkzeugbeschichtungen wirklich wert? Paggett denkt schon.

Die potenzielle Leistungssteigerung hängt von einer Vielzahl von Variablen ab, darunter Werkstückmaterial, Werkzeuggeometrie, Werkzeugwege und Werkzeugmaschine, aber bei bestimmten Anwendungen sind Steigerungen der Materialabtragsrate um das 10-fache oder mehr möglich

„Die höhere Produktivität und Werkzeuglebensdauer werden mit ziemlicher Sicherheit zu einer Nettoreduzierung der Gesamtkosten führen“, fügt er hinzu.

Zugegeben, eine ältere oder leistungsschwache Werkzeugmaschine kann diese Produktivitätsgewinne nicht voll ausschöpfen, aber die verlängerte Standzeit wäre dennoch von Vorteil.

„In Anbetracht dessen gibt es bestimmte Anwendungen in der Medizin und der Luft- und Raumfahrt, bei denen sie aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Biokompatibilität oder des Materialtransfers möglicherweise zögern, Beschichtungen zu verwenden“, sagt Paggett. „Für die meisten Anwendungen ist es jedoch Sache der Geschäfte, neue Beschichtungen zu evaluieren und zu testen, sobald sie verfügbar sind.“

Was sind Ihre bevorzugten Werkzeugbeschichtungen für schwer zerspanbare Materialien? Sprechen Sie mit Ihren Kollegen im Metallbearbeitungsforum . [Registrierung erforderlich]