코팅 기술 --- 공구 코팅

코팅 기술 --- 공구 코팅

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고속 절단의 요구 사항을 충족시키기 위해 절삭 공구가 우수한 포괄적 인 절삭 성능을 얻을 수 있도록 공구의 표면에 화학적 또는 물리적 방법을 통해 특정 필름 (즉, 코팅 공정)을 형성합니다. 1970 년대 초반에 하드 코팅 된 도구가 등장한 이래로 화학 기상 증착 (CVD) 기술 및 물리 기상 증착 (PVD) 기술이 꾸준히 개발되어 공구 성능 향상의 역사에서 새로운 장을 열었습니다. 코팅되지 않은 공구와 비교할 때, 코팅 공구는 상당한 장점을 가지고 있습니다 : 절삭 공구의 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다. 절삭 효율을 효과적으로 향상시킵니다. 가공 된 공작물의 가공 정밀도와 표면 품질을 분명히 향상시킵니다. 효과적으로 도구 재료의 소비를 줄이고 가공 비용을 줄입니다. 냉각제 사용을 줄이고 환경 보호에 도움이되는 비용을 줄입니다.

공구 코팅의 특성 :

1. 코팅 기술의 적용은 공구의 강도를 감소시키지 않고 공구의 표면 경도를 크게 향상시킬 수 있으며, 현재 달성 할 수있는 경도는 100GPa에 가깝습니다.

2. 코팅 기술의 급속한 발전으로 필름의 화학적 안정성과 고온 내 산화성이 더욱 두드러져 고속 절단이 가능합니다.

3. 윤활 필름은 좋은 고체 단계 윤활 성능을 가지고, 효과적으로 가공의 품질을 향상시킬 수 있지만 또한 드라이 절단에 적합;

4. 공구 제조의 최종 공정으로서 코팅 기술은 공구 정확도에 거의 영향을 미치지 않으며 반복 코팅 공정에 사용될 수 있습니다.

일반적으로 사용되는 도료 :

1, 질화 티타늄 코팅 : 질화 티타늄 (TiN)은 공구의 경도를 향상시키고 높은 산화 온도를 갖는 일반적인 PVD 코팅입니다. 코팅은 고속 가공 강철 절삭 공구 또는 성형 공구로 사용되어 우수한 가공 결과를 얻을 수 있습니다.

2, 질화 크롬 코팅 : CrN 코팅은 우수한 접착력을 가지므로 칩 종양 가공에 선호되는 코팅으로 사용됩니다. 거의 보이지 않는 코팅으로 HSS 또는 초경 공구 및 성형 공구의 가공 특성이 크게 향상됩니다.

3, 다이아몬드 코팅 : 비철금속 재료 가공 절삭 공구 용 CVD 다이아몬드 코팅은 흑연, 금속 매트릭스 복합 재료 (MMC), 높은 실리콘 알루미늄 합금 및 기타 여러 가지 높은 마모 재료, 이상적인 코팅 ( 참고 : 순수 다이아몬드 코팅 된 도구는 가공 강철이 많은 절단 열을 발생시키고 화학 반응을 유발하여 코팅과 절삭 공구 사이의 접착층을 망가 뜨 렸기 때문에 강철 가공에 사용할 수 없습니다.

4. 티타늄 나이트 라이드 코팅 : 티타늄 나이트 라이드 코팅 (TiCN)에 첨가 된 탄소 원소는 공구의 경도를 향상시키고 더 우수한 표면 윤활성을 얻을 수있어 고속 스틸 공구에 이상적인 코팅입니다.

5, 질화 알루미늄 / 질화 티타늄 / 질화 알루미늄 코팅 (TiAlN / AlTiN) : TiAlN / AlTiN 코팅에 형성된 알루미늄 산화물 층은 공구의 고온 처리 수명을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 코팅은 주로 건식 또는 반 건식 절삭에 사용되는 초경 절삭 공구에 사용할 수 있습니다. AlTiN 코팅은 코팅에 포함 된 알루미늄 대 티타늄의 비율에 따라 TiAlN 코팅보다 높은 표면 경도를 제공하므로 고속 가공을위한 또 다른 실행 가능한 코팅 옵션입니다.

6. 다이아몬드와 같은 코팅 (DLC) :

DLC에는 많은 우수한 특징이있다 : 고경도 -60GPa 또는 Hv6000 또는 그 이상; 낮은 마찰 계수 우수한 필름 밀도; 우수한 화학적 안정성 및 광학 특성. 도구에 적용된 DLC 코팅은 다른 하드 코팅보다 훨씬 더 특별한 성능을 보여줍니다. DLC 코팅 도구는 주로 흑연 절단, 다양한 비철 금속 (예 : 알루미늄 합금, 구리 합금 등), 비금속 단단한 재료 (예 : 아크릴, 유리 섬유, PCB 재료) 절단을 포함합니다.

DLC는 마찰 계수가 매우 낮고 (0.05 ~ 0.2) 자기 윤활성이 있으므로 DLC로 코팅 된 공구가 건식 절단에 가장 적합합니다. 코팅이없는 공구에 비해 DLC 코팅 공구의 절삭력은 건식 절삭 조건에서 6 %까지 감소 될 수 있습니다. . 다른 코팅 공구 (TiN, TiAlN 등)와 비교하여 DLC 코팅 공구의 절삭력은 건식 절삭 조건에서 23 %까지 감소 할 수 있습니다. 마찬가지로 DLC의 낮은 마찰 계수는 금속 절삭 (알루미늄 합금 절삭)의 절삭력을 크게 감소시켜 에너지 소비를 크게 감소시킵니다. 절삭 조건에서 절삭 조건에 따라 코팅 공구 및 기타 코팅 공구가없는 DLC 코팅 공구의 절삭력 비율은 18 % 감소했으며 가공 금속 표면의 거칠기는 Ra0.04 ~ R0.23um로 감소하여 Ra0.38로 감소했습니다.

코팅 기술 및 공구 코팅 지식 :

1. 티타늄 질화물 카바이드 (TiCN) 코팅은 티타늄 나이트 라이드 (TiN) 코팅보다 높은 경도를가집니다. 증가 된 탄소 함량으로 인해 TiCN 코팅의 경도는 33 % 증가했으며 경도 범위는 약 hv3000-4000 (제조업체에 따라 다름)이었습니다.

2. CVD 다이아몬드 코팅 : Hv9000까지의 표면 경도를 갖는 CVD 다이아몬드 코팅의 적용은 비교적 성숙했다. PVD 코팅 공구와 비교하여 CVD 다이아몬드 코팅 공구의 수명은 10-20 배 향상되었습니다. 다이아몬드로 코팅 된 도구의 높은 경도는 코팅되지 않은 도구보다 2 ~ 3 배 높은 절삭 속도를 제공하여 CVD 다이아몬드 산화 온도를 코팅의 분해 시작시의 온도 값으로 간주합니다. 산화 온도 값이 높을수록 고온에서 절단하는 것이 유리합니다. TiAlN 코팅은 TiCN 코팅보다 실온에서 경도가 낮을 수 있지만 고온 가공에서 TiCN 코팅보다 훨씬 더 효과적임이 증명되었습니다. TiAlN 코팅이 고온에서 여전히 경도를 유지할 수있는 이유는 공구와 칩 사이에 산화 알루미늄 층을 형성 할 수 있기 때문에 공구에서 공작물이나 칩으로 열을 전달할 수 있기 때문입니다. HSS 커터와 비교할 때 카바이드 커터는 일반적으로 높은 절삭 속도를 가지므로 TiAlN이 카바이드 커터의 선호 코팅이됩니다. PVDTiAlN 코팅 돌 커터는 카바이드 드릴 비트 및 엔드 밀링 커터의 PVDTiAlN 코팅 돌 커터에 일반적으로 사용됩니다.

3, 재료에 하드 필름의 도구 표면은 다음과 같은 요구 사항이 있습니다 : (1) 높은 경도, 좋은 내마 모성; (2) 화학적 성질이 안정적이고, 공작물 재료와 화학 반응이 없다. 내열성, 내 산화성, 마찰 계수가 낮아 매트릭스가 단단히 부착되어 있습니다. 단일 도료가 위의 모든 기술적 요구 사항을 충족시키는 것은 어렵습니다. 코팅 재료의 개발은 기존의 단일 TiN 코팅, TiC 코팅에서 TiC / A12O3와 TiN 복합 코팅 및 TiCN, TiAlN 및 기타 다 변수 복합 코팅 개발 단계를 거쳐 TiN / NbN , TiN / CN 및 기타 다 변수 복합 필름 소재의 경우 공구 코팅 성능이 크게 향상되었습니다.

4, 코팅 도구의 과정에서 일반적으로 코팅의 경도, 내마 모성, 고온 내 산화성, 윤활 및 코팅 산화 및 절단 온도를 포함하여 선택할 수있는 몇 가지 측면에 대한 저항에 가장 직접적으로 관련이 있습니다 기술 조건. 산화 온도는 코팅이 온도 값을 분해하기 시작한 것을 나타내며, 산화 온도 값이 높을수록 고온 조건에서 절단 공정이 유리합니다. TiAlN 코팅은 TiCN 코팅보다 실온에서 경도가 낮을 수 있지만 고온 가공에서 TiCN 코팅보다 훨씬 더 효과적임이 증명되었습니다. TiAlN 코팅은 공구와 칩 사이에 알루미나 층을 형성 할 수 있기 때문에 고온에서 경도를 유지할 수 있습니다. 공구의 열을 가공물 또는 칩으로 전달할 수 있습니다. 초경은 보통 HSS 커터보다 빠른 속도로 절단되어 TiAlN을 탄화물의 선호 코팅으로 만듭니다. PVDTiAlN 코팅은 카바이드 비트 및 엔드 밀링 커터에 일반적으로 사용됩니다.

5. 적용 기술의 관점에서 : 절삭 온도, 절삭 깊이, 절삭 속도 및 절삭유는 공구 코팅의 적용 효과에 영향을 줄 수 있습니다.

일반 도료 및 초지 코팅 기술의 발전 :

TiN은 가장 성숙되고 널리 사용되는 하드 코팅재입니다. 현재, 선진국 TiN 코팅 고속 강철 공구 가동률은 고속 강철 공구를 50 % ~ 70 %, 일부 재연하지 않은 복잡한 공구 가동률은 90 %를 초과했습니다. 최신 금속 절삭 공구의 높은 기술적 요구 사항으로 인해 TiN 코팅은 점점 적응할 수 없습니다. TiN 코팅의 불충분 한 내 산화성, 500 ℃ 의 온도 , 명백한 산화 및 제거 멤브레인 층의 사용은 또한 필요성을 만족시킬 수 없습니다. TiC는 미세 경도가 높으므로이 소재의 내마모성이 좋습니다. 동시에 기판에 단단히 부착됩니다. 다층 내마모성 피막의 제조에서, TiC는 종종 기재와 접촉하는 기초 피막으로 사용된다. 이것은 코팅 도구에서 매우 일반적인 코팅 재료입니다.

TiCN 및 TiAlN 현상 및 코팅 도구 성능이보다 높아집니다. TiCN은 코팅의 내부 응력을 감소시키고, 코팅의 인성을 향상 시키며, 코팅의 두께를 증가시키고, 균열의 확산을 방지하며, 절삭 날 파손을 감소시킬 수있다. TiCN은 피복 공구의 주 마모 저항 층으로 설정되어 공구 수명을 크게 향상시킬 수 있습니다. TiAlN 화학 안정성은 좋은, 산화 방지 마모, 높은 합금강, 스테인레스 스틸, 진 합금, 니켈 합금, TiN 코팅 공구 수명 3-4 번 증가 처리됩니다. TiAlN 코팅에 Al이 고농도로 존재하는 경우 절단 중에 코팅 표면에 매우 얇은 비 등급 A12O3이 생성되어 경질의 불활성 보호 필름이 형성됩니다. 코팅 된 공구는 고속 절삭에보다 효과적으로 사용될 수 있습니다. 산소가 도핑 된 티타늄 카바이드 TiCNO는 미세 경도와 화학적 안정성이 매우 뛰어나므로 TiC 10 A12O3 복합 코팅과 동일한 기능을 수행 할 수 있습니다.

위에서 언급 한 경질 막 재료 중 50GPa를 초과 할 수있는 미세 경도 HV는 다이아몬드 막, 입방정 질화 붕소 CBN 및 탄소 질화물의 세 가지 종류가 있습니다.

600 ℃ 900 ℃ 의 다이아몬드 막의 퇴적은 대부분 초경합금 절삭 공구의 표면에 다이아몬드 막을 증착하는데 사용됩니다. 다이아몬드 카바이드 공구의 상업화는 최근 몇 년 동안 코팅 기술의 위대한 업적입니다.

CBN은 경도와 열전도도에서 다이아몬드에 이어 두 번째로 열 안정성이 뛰어나 대기 중에서 1000 ℃ 까지 가열되지 않습니다 . CBN은 ferrogroup 금속에 대해 극히 안정한 화학적 성질을 가지고 있습니다. 강재 가공에 적합하지 않은 다이아몬드와는 달리, CBN은 강재 가공 및 연삭에 널리 사용될 수 있습니다. 우수한 내마모성 외에도 CBN 코팅은 비교적 높은 절삭 속도로 내열강, 티타늄 합금 및 경화 강을 처리하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 경도가 높은 경질 롤러, 탄화 된 담금질 재료 및 공구 마모에 매우 심각한 Si-Al 합금을 절단하는 데 사용할 수 있습니다. CVD 및 PVD 방법은 주로 저압 가스상으로 CBN 박막을 합성하는 데 사용됩니다. CVD는 화학적 이송 PCVD, 열선 보조 가열 PCVD, ECR-CVD 등을 포함한다. PVD는 반응성 이온 빔 도금, 반응성 무전 해 도금, 레이저 무전 해 이온 빔 증착 증착 등을 포함한다. CBN의 합성 기술은 반응 메커니즘 및 필름 형성 공정, 플라즈마 진단 및 질량 분광 분석, 최상의 공정 조건 결정, 고효율 장비 개발 등 기초 연구 및 응용 기술 분야에서 여전히 많은 연구를 수행하고 있습니다. .

질화 탄소는 다이아몬드보다 크거나 같은 경도를 가질 수있다. 탄소 질화물 합성의 성공은 분자 공학의 놀라운 예입니다. 초 경질 재료로서, 탄소 질화물은 많은 다른 가치있는 물리적 및 화학적 특성을 가질 것으로 기대됩니다.