Lo sviluppo e la composizione dei rivestimenti per utensili da taglio

Recentemente l'attenzione è stata posta sulla ricerca e sull'applicazione di rivestimenti multistrato e nanocompositi.

Rachel Israel, capo scienziato e sviluppatore di rivestimenti presso Vargus, con sede nel Regno Unito, discute le varie tendenze nella tecnologia di rivestimento e come l'azienda sta ricercando e sviluppando rivestimenti di nuova generazione per soddisfare le richieste del mercato.

Rachele Israele: La tendenza sempre crescente riguardo alla produttività (velocità di lavorazione) e alla qualità dei componenti lavorati, insieme al rispetto degli standard ecologici (lubrificazione minima o assente) pone grandi esigenze sui materiali di rivestimento (utensili). Oltre all'elevata durezza, sono richieste un'elevata resistenza all'ossidazione e stabilità termica.

C'è un grande sviluppo per quanto riguarda la composizione chimica. La situazione è diventata più complicata poiché vengono utilizzati più di uno o due elementi per depositare rivestimenti diversi. Recentemente, stiamo assistendo a rivestimenti a base di titanio-silicio [TiSi] che stanno diventando sempre più resistenti.

Esistono forti attività per aumentare la resistenza all'ossidazione dei rivestimenti di boruro spruzzato, come il diboruro di titanio [TiB2], il diboruro di cromo [CrB2], il diboruro di tantalio [TaB2]. I rivestimenti in diboruro con diversi elementi sono progettati per materiali difficili da lavorare come la lega aerospaziale TiAl6V4 e le leghe di alluminio.

Il rivestimento TiB2 con una serie di caratteristiche ottimizzate è molto promettente per la lavorazione delle leghe di Ti.

Sono stati compiuti grandi progressi e i fornitori target sono in grado di legare target con silicone, contenente diversi composti come siliciuro, silicio di titanio [TiSi2] e silicio di cromo [CrSi2]. Con questi, possono far penetrare il silicone nel rivestimento di boruro depositato più vicino. Il silicio aumenta notevolmente l'intervallo di temperatura del rivestimento; gli dà più stabilità.

La riduzione dell’usura e della corrosione, insieme all’aumento della stabilità termica degli strumenti e dei componenti meccanici, presenta sfide industriali che richiedono lo sviluppo continuo di nuovi materiali di rivestimento e concetti di progettazione dei rivestimenti. Recentemente l'attenzione è stata posta sulla ricerca e sull'applicazione di rivestimenti multistrato e nanocompositi. Nel nostro ultimo sviluppo, gli strati TiAlN e TiSiN sono stati depositati alternativamente per produrre un rivestimento nanocomposito nanostrato TiAlSiN. I rivestimenti TiAlN e TiSiN a strato singolo sono stati depositati insieme al rivestimento nanostratato.

Israele: Due metodi vengono essenzialmente utilizzati per scopi di rivestimento: rivestimenti Physical Vapor Deposition (PVD) e rivestimenti Chemical Vapor Deposition (CVD). I rivestimenti CVD sono la prima scelta quando si tratta di resistenza all'usura, ad esempio per operazioni generali di tornitura di acciai inossidabili e durante la foratura dell'acciaio, dove gli spessi rivestimenti CVD forniscono resistenza all'usura a cratere. Vengono utilizzati anche per le qualità di fresatura ISO P, ISO M e ISO K.

La scelta del giusto utensile da taglio si basa sul materiale da lavorare, sulla potenza disponibile sulla macchina, sulla stabilità dell'attrezzatura e sulla dinamica della macchina che porta alla giusta selezione del materiale dell'utensile da taglio, delle qualità, delle geometrie, della profondità dei tagli e degli avanzamenti.

Israele: L'obiettivo principale dello sviluppo dei rivestimenti è stato quello di proteggere gli utensili da taglio dall'usura abrasiva e adesiva. Tuttavia, poiché la tecnologia dei rivestimenti continua ad avanzare, gli sviluppatori hanno scoperto altre caratteristiche che un rivestimento può fornire, come la resistenza al calore e la riduzione dell’attrito.

I rivestimenti TiAlN e TiSiN a strato singolo sono stati depositati insieme al rivestimento nanostratato.

Quando sviluppiamo diversi tipi di rivestimento, dobbiamo prendere in considerazione l'applicazione utilizzata, il materiale da taglio, le condizioni di lavoro e altro ancora. Di conseguenza, saremo in grado di aumentare la resistenza all'usura, aumentare la resistenza all'ossidazione, ridurre l'attrito, aumentare la resistenza alla fatica del metallo e aumentare la resistenza allo shock termico.

Quando gli utensili da taglio sono adeguatamente rivestiti e funzionano come previsto, il risultato per l'utente finale sono dati di taglio più elevati, una maggiore durata dell'utensile e la possibilità di lavorazione a secco.