Przeznaczenie

Efektywnym sposobem zwiększania trwałości narzędzi jest nanoszenie na ich ostrza powłok. Najczęściej stosowana jest w tym celu metoda PVD (Physical Vapour Deposition), polegająca na fizycznym osadzaniu cienkich warstw z fazy gazowej. Naniesiona warstwa o grubości zwykle rzędu 3÷5 μm posiadając bardzo dużą twardość, najczęściej w granicach 2000÷3000 HV, znacznie zwiększa odporność ostrzy narzędzi na zużycie ścierne.

Opis metody i urządzenia

Stosowana w Instytucie łukowo-plazmowa metoda nanoszenia powłok (Reactive Arc Ion Plating) pozwala na otrzymywanie warstw o korzystnej równomiernej strukturze i bardzo dobrym powiązaniu z podłożem. Dzięki zastosowaniu trzech katod stapianych łukiem, możliwe jest nanoszenie warstw twardych na duże części lub większą liczbę mniejszych elementów osadzonych na stole obrotowym. Stół ten posiada mechanizm umożliwiający planetarny obrót narzędzi, co zapewnia naniesienie równomiernych warstw na powierzchnie i krawędzie, nawet przy złożonym kształcie narzędzia. Posiadane przez Instytut urządzenie pozwala na wykonywanie zarówno powłok prostych, wieloskładnikowych, jak i wielowarstwowych w skali mikro i nano, przede wszystkim na podłożach ze stali szybkotnących i węglików spiekanych, ale także na materiałach ceramicznych. Urządzenie posiada komorę roboczą o wymiarach ø 600 x 600 mm, której objętość pozwala na stosowanie wsadów o dużej masie (maksymalne wymiary narzędzi ø 400 x 400 mm). 

Rodzaje powłok

Oprócz powłok wymienionych w powyższej tablicy, w Instytucie wykonuje się również inne rodzaje powłok PVD o prostej i złożonej strukturze w skali mikro i nano. Są to powłoki azotkowe na bazie takich metali, jak np.: Ti, Zr, Cr, Y, Al oraz ich stopów. Powłoki te wykonywane są często jako dedykowane na narzędzia przeznaczone do konkretnych zastosowań lub na narzędzia specjalne.

Przykłady powlekania

Powłoki PVD zastosowane na frezach ślimakowych:

L.p.	Wyszczególnienie	Jednostka	Rodzaj powłoki PVD
			Standardowa	Wielowarstwowa
			TiN	TiN/ZrN	TiN/(TiAl)N
1	Grubość	mm	2¸ 4	3¸ 5	3¸ 5
2	Twardość	HV 0,025	2300	3000

Powłoki PVD zastosowane na płytkach ceramicznych:

L.p.	Wyszczególnienie	Jednostka	Gatunek płytki (podłoża)
			TA	TW	TW
			Rodzaj powłoki PVD
			Standardowa		Wielowarstwowa
			TiN		TiN/ZrN	TiN/(TiAl)N
1	Grubość	m m	2¸ 3	3¸ 4	4¸ 5
2	Twardość	HV 0,025	2300		3000

Efekty stosowania powłok PVD

• bardzo duża odporność na ścieranie oraz wysoka i równomierna twardość powierzchni roboczych narzędzi, a w związku z tym znaczny wzrost trwałości narzędzi (zwykle co najmniej dwukrotny, a czasem nawet pięciokrotny) i zmniejszenie kosztów produkcji,
• możliwość zwiększenia parametrów skrawania (prędkości skrawania o 40÷60 %) i co za tym idzie wydajności obróbki,
• zmniejszenie liczby awarii i wymian narzędzi (skrócenie czasów przestojów),
• polepszenie właściwości tribologicznych (zmniejszenie współczynnika tarcia),
• poprawa jakości powierzchni obrabianej i dokładności obróbki.

Przykład wzrostu po powlekaniu odporności na zużywanie się płytek z ceramiki tlenkowo-węglikowej

Korzystny wpływ powłok na wzrost trwałości ostrzy narzędzi z materiałów ceramicznych wynika z obniżenia ilości wydzielanego ciepła dzięki mniejszemu współczynnikowi tarcia, a także ze zmniejszenia skłonności do powstawania wykruszeń przez wyeliminowanie miejsc ich inicjacji.

Wskazniki wzrostu trwałości ostrzy WT
po naniesieniu powłok na ceramiczne płytki skrawające gatunku TW (w odmianie TW2)

Usługi
Z uwagi na specyfikę i złożoność technologii nanoszenia powłok PVD, usługi w tym zakresie wykonywane są wg indywidualnych uzgodnień.