Bevonatos szerszámok

Szerszámbevonatok (TiAlN, TiN, AlTiN) – Miért nem csak dísz a szín?

A modern forgácsolószerszámok felületén látható arany, lila vagy sötétszürke réteg nem esztétikai kérdés. Ezek a PVD vagy CVD eljárással felvitt bevonatok olyan mikronvastagságú "páncélok", amelyek alapjaiban változtatják meg a szerszám teljesítményét.

A bevonat 3 legfőbb haszna a beszerző szemével:

• ✔️ Hőpajzs: A hő nem a szerszám alapanyagába, hanem a forgácsba távozik. Így a szerszám nem lágyul ki.
• ✔️ Siklási tulajdonság: A forgács könnyebben kicsúszik a horonyból, kisebb az esély a szerszámtörésre ("bedugulásra").
• ✔️ Éltartam: Egy bevonatos szerszám élettartama gyakran a 300-500%-a a bevonat nélkülinek.

Mi az a bevonat?

A bevonat a szerszám felületére néhány mikron vastagságban felvitt kemény anyagréteg. A bevonat keménysége gyorsacél szerszámoknál általában az alapanyag keménységének 3-4-szerese, keményfémeknél az eleve keményebb alapanyag 2-3-szorosa.

Fontos jellemzője a különböző anyagokból álló bevonatoknak a nagy mikrókeménység mellett a magas hőállóság és a kis súrlódási tényező.

A bevonatnak három fő feladata van:

• Egyrészt a súrlódás csökkentése a forgács távozásának megkönnyítése érdekében.
• Másrészt a hőszigetelés, hogy a forgácsolásnál keletkező hő nagy része ne a szerszámba jusson, hanem a forgáccsal távozzon,
• Harmadrészt pedig a kopásállóság növelése, amit a bevonat nagy keménysége biztosít.

A bevonatos szerszám termelékenyebben dolgozik, nagyobb forgácsolási sebességgel és előtolással használható, éltartama pedig sokkal nagyobb, mint a bevonat nélkülié. Ez különösen fontos a nehezebben forgácsolható korrózióálló és nagyszilárdságú acéloknál.

Mikor gazdaságos a bevonatos szerszám?

Akkor gazdaságos, ha sokat forgácsolunk, vagy problémás anyagot kell megmunkálni.  

Bár a bevonatos szerszám ára magasabb, a megmunkálási költségek sokkal kisebbek, mert a rövidebb műveleti idő következtében kisebbek a gépóra, a bér- és az általános üzemi költségek.

Emellett kevesebb szerszámra van szükség a nagyobb éltartam következtében, továbbá ritkábban kell szerszámot cserélni, élezni, ami időmegtakarítást jelent.

Ráadásul a kisebb súrlódás és a lassúbb kopás a munkadarab felületminőségét és méretpontosságát is javíthatja.

Az alábbi videóból látható, hogy a bevonatos fúró gyorsabban dolgozik:

Egy hasonló tesztet házilag is elvégeztünk, melynek eredménye ► itt látható.

Milyen bevonatok vannak?

Különböző célra gyártott szerszámokra más és más anyag-összetételű és természetesen különböző tulajdonságú bevonatok kerülnek, amelyeket általában a színükről lehet felismerni.

A legelterjedtebb bevonat gyorsacél és keményfém szerszámoknál egyaránt a titán-nitrid, de különböző célra használnak titán-alumínium-nitridet, alumínium-króm-nitridet, titán-alumínium-króm-nitridet, molibdén-diszulfidet és ezek többrétegű kombinációját.

Általában a bevonat keménysége a legfontosabb, de lágy alumíniumnál a súrlódási tényező, száraz forgácsolásnál a hőállóság a döntő. Korrózióálló és más nehezen forgácsolható anyagok megmunkálásánál ezeket a szempontokat össze kell hangolni, amin folyamatosan dolgoznak a szakemberek és újabb és újabb bevonatokat fejlesztenek ki. Az üveg és karbonszál erősítésű kompozit anyagokhoz és fogtechnikai ötvözetekhez például a gyémánt bevonat a legjobb.

A PERFOR választékban előforduló bevonatok:

TiN
Titán-nitrid bevonat (keménység:  2300 HV, hőállóság: 600°C, súrlódási tényező: 0,40)

HELICA
AlCrN alapú (keménység: 3000 HV, hőállóság: 1100°C, súrlódási tényező: 0,25)

ALCRONA 
AlCrN (keménység: 3200 HV, hőállóság: 1100°C, súrlódási tényező: 0,35)

FUTURA  
TiAlN (keménység:  3300 HV, hőállóság: 900°C, súrlódási tényező 0,30-0,35)

FLAM  
TiN+TiAlN (keménység: 3000 HV, hőállóság: 700°C)

BLADE  
TiAlN+TiCN (keménység: 3300 HV, hőállóság: 700°C)

HardCut  
TiAlCN (keménység: 3900 HV, hőállóság: 700°C)

UltraCut  
AlTiN (keménység:  4000 HV, hőállóság: 950°C)

HardX   
TiAlN (keménység:  3500 HV)                

GraphX  
Gyémánt (keménység: 8000 HV)

AlCut   
MoS2 (keménység: 120 HV, hőállóság: 800°C)

RedX 
TiAlN (keménység:  3500 HV, hőállóság: 900°C)

HiCut 
Ti2CN (keménység:  3300 HV, hőállóság: 600°C)

A bevonatos szerszám újraélezése

Végül egy gyakori kérdés: Mi történik a bevonattal a szerszám újraélezése után?

Két lehetőség van.

A nagyértékű keményfém szerszámok utánélezését végző cégek általában az újra-bevonatolást is vállalják.

A házilag élezett szerszámoknál a bevonat az egyik felületen eltűnik, ezért a továbbiakban hatása nem lesz 100%-os, de jelentős marad. Például a csigafúró hátfelületén nem lesz bevonat, de a forgácsképzési folyamatban döntő szerepet játszó homlokfelületen, a horonyban és a szerszámot megvezető élszalagon megmarad.

Kobalt, vagy bevonat?

A kobalt a szerszám anyagának az ötvözőeleme, amely az gyártás során kerül be az acélba a többi ötvözőelemmel együtt. A kobaltos gyorsacél (HSSE, HSS-Co) általában 5% vagy 8% kobaltot tartalmaz. A kobalt növeli a fúró keménységét és a hőelvezetést, ami lehetővé teszi a keményebb anyagok, például a rozsdamentes acél vagy a nagy szilárdságú ötvözetek hatékony fúrását. A bevonat viszont a készre köszörült szerszám felületére felvitt vékony, kemény réteg, például titán-nitrid (TiN), titán-karbonitrid (TiCN) vagy titán-alumínium-nitrid (TiAlN). Bevonatolni lehet az egyszerű gyorsacél, a kobaltos gyorsacél és a keményfém szerszámokat is. A bevonat csökkenti a súrlódást, jobban ellenáll a magas hőmérsékletnek és a kopásnak, ezért ezekkel a fúrókkal gyorsabban lehet dolgozni. Összefoglalva mind a kobalt, mind a bevonat növeli a fúró éltartamát és teljesítményét. A nagyobb szilárdságú és rozsdamentes acél, vagy más kemény anyag fúrásánál célszerű kobaltos fúrót használni bevonattal.

Felületkezelés

Bár nem bevonat, de a téma kapcsán említést teszünk a szerszámok felületkezeléséről.

Bevonat-nélküli szerszámoknál néha felületkezelést alkalmaznak, amely olcsó eljárás, de a forgácsolási tulajdonságokat kismértékben javítja. Két leggyakoribb formája az oxidálás és a nitridálás.

Az oxidálás, vagy eloxálás, más néven gőzölés, vaporizálás a felületi réteget oxigénnel dúsítják, sötét szürke színű vasoxid (Fe3O4) képződik, ami segíti a kenőanyag megtapadását, csökkenti az adhéziós kopást.

A nitridálás az öntöttvasnál keletkező porszerű forgács tapadását gátolja, ami különösen a menetfúróknál fontos.

Mi a véleményed a bevonatos szerszámokról?

Köszönjük a válaszokat!

Szerkesztő: Bánkuti József üzemmérnök