В нашей практике нанесение современных износостойких наноструктур выступает мощнейшим технологическим инструментом многократного увеличения стойкости фрез. Мы на производстве используем фрезы с PVD и CVD слоями для высокоскоростной сухой обработки закаленных сталей, нержавейки, титана и композитов. Тонкий нанослой снижает коэффициент трения и защищает кромку от перегрева. А грамотный подбор модификации продлевает ресурс инструмента в 3–5 раз.

Физико-химические основы и назначение тонкопленочных слоев

Защитные слои представляют собой наноструктурированные пленки толщиной от 1.5 до 5.0 мкм, наносимые на рабочую часть твердосплавного инструмента по стандарту ISO 513. Тонкий слой создает термический и диффузионный барьер между твердым сплавом WC-Co и раскаленной стружкой. Сверхвысокая микротвердость до 3500–10000 HV защищает кромку от абразивного износа. И низкий коэффициент трения уменьшает силы резания.

Без защитной пленки кобальтовая связка твердого сплава растворяется в стружке при температурах выше 750 градусов Цельсия. Это приводит к быстрому разрушению режущего клина.

Фрезерные станки с ЧПУ

Весь раздел →

Напыления формируют сжимающие остаточные механические напряжения на поверхности инструмента, что предотвращает развитие микротрещин при прерывистом резании.

  • Повышение поверхностной микротвердости режущей кромки до 3000–10 000 HV.
  • Снижение коэффициента сухого трения по стали с 0.7 до 0.15–0.35.
  • Повышение температуры окисления режущего клина до 800–1100 градусов Цельсия.
  • Предотвращение наростообразования и адгезионного схватывания стружки с инструментом.

Сравнительная характеристика PVD и CVD технологий нанесения

Мы на производстве различаем две базовые технологии нанесения износостойких слоев: физическое осаждение PVD и химическое осаждение CVD. Технология PVD осуществляется при умеренных температурах 400–500 градусов, сохраняя высокую ударную вязкость твердосплавной основы. Технология CVD протекает при температурах до 1000 градусов, обеспечивая максимальную адгезию для синтеза поликристаллического алмаза. И выбор метода зависит от материала заготовки.

Метод магнетронного распыления HiPIMS (High Power Impulse Magnetron Sputtering) формирует сверхплотные бездефектные нанослои с идеальной гладкостью поверхности.

Фрезерные станки с ЧПУ

Весь раздел →

Алмазные пленки CVD Diamond толщиной 6–12 мкм незаменимы для абразивных углепластиков CFRP, стеклотекстолита и графитовых электродов.

Тип защитного напыленияХимический состав нанослояМикротвердость по Виккерсу, HVМаксимальная температура окисления, °C
TiN (Нитрид титана)TiN (золотой цвет)2 300 – 2 500550 – 600
TiAlN / AlTiN (Алюмонитрид титана)\(Ti_{0.33}Al_{0.67}N\) (темно-фиолетовый)3 300 – 3 600800 – 900
nACo (Нанокомпозит AlTiN/Si3N4)Наноструктурированный слой (сине-серый)4 000 – 4 5001 100 – 1 200
DLC (Diamond-Like Carbon)Алмазоподобный углерод \(sp^3\)4 500 – 6 000350 – 400 (для алюминия)
CVD Diamond (Кристаллический алмаз)Чистый поликристаллический углерод8 000 – 10 000650 – 700

Подобрать оборудование под вашу задачу

Нажимая кнопку, вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности.

Специфика составов AlTiN и nACo для высокоскоростной обработки

В нашей практике нанослой AlTiN с высоким содержанием алюминия выступает отраслевым стандартом фрезерования закаленных сталей твердостью до 55–62 HRC. При нагреве в зоне резания свыше 700 градусов алюминий диффундирует на поверхность и соединяется с кислородом воздуха. Образуется нанопленка оксида алюминия Al2O3. Эта пленка обладает колоссальной термостойкостью. И инструмент сохраняет работоспособность при сухом скоростном резании.

Нанокомпозитные структуры nACo состоят из нанокристаллов AlTiN размером 3–5 нм, внедренных в аморфную матрицу нитрида кремния \(Si_3N_4\). Такая структура блокирует распространение микротрещин.

Фрезерные станки с ЧПУ

Весь раздел →

Мы успешно фрезеруем закаленные штамповые стали Х12МФ и 4Х5МФС фрезами со слоем nACo на подачах до 2500 мм/мин без применения СОЖ.

Составы на основе титана (TiN, TiAlN, AlTiN) категорически запрещено использовать для фрезерования алюминиевых сплавов. Химическое сродство титана и алюминия приводит к мгновенному налипанию стружки и поломке фрезы.

Алмазоподобные слои DLC и Diamond для цветных металлов

Мы на производстве применяем беститановые пленки DLC и CVD Diamond для скоростной обработки алюминия, меди и композитов. Алмазоподобный углерод DLC обладает рекордно низким коэффициентом трения 0.08–0.12 и высокой гладкостью. Алюминиевая стружка скользит по стружечной канавке без малейшего налипания. При этом поликристаллический алмаз CVD Diamond выдерживает сверхабразивный износ углепластиков.

Для фрезерования графитовых электродов для электроэрозионных станков фрезы с алмазным напылением служат в 15–20 раз дольше стандартных твердосплавных фрез.

Фрезерные станки с ЧПУ

Весь раздел →

Пошаговый регламент подбора инструментального слоя строго стандартизирован.

  1. Определение группы обрабатываемого материала по международному стандарту ISO 513.
  2. Анализ температурного режима и необходимости подачи смазочно-охлаждающей жидкости.
  3. Выбор состава напыления (AlTiN для сталей, DLC для цветных металлов, Diamond для композитов).
  4. Контроль толщины нанесенного слоя и радиуса округления режущей кромки инструмента.
  5. Назначение повышенных скоростей резания с учетом термостойкости выбранного слоя.

Матрица подбора инструментальных слоев по группам материалов ISO 513

В нашей практике безошибочный подбор инструментального состава базируется на классификации обрабатываемых материалов ISO 513 по группам P, M, K, N, S, H. Для конструкционных сталей группы P оптимален AlTiN. Для вязкой нержавейки группы M применяется AlCrN. Для цветных сплавов группы N незаменим DLC. А для закаленных сталей группы H используются структуры nACo.

Ниже представлена сводная матрица соответствия защитных пленок группам материалов.

Соблюдение этих рекомендаций обеспечивает максимальную экономическую эффективность металлообработки.

Группа материала по ISO 513Примеры обрабатываемых сплавовРекомендуемый защитный составКоэффициент трения по металлу \(\mu\)
Группа P (Углеродистые и легированные стали)Сталь 45, 40Х, 30ХГСАTiAlN / AlTiN / AlCrN0.30 – 0.35
Группа M (Нержавеющие стали)08Х18Н10Т, AISI 304, AISI 316AlCrN / TiSiN (с подачей СОЖ)0.25 – 0.30
Группа K (Серый и ковкий чугун)СЧ20, ВЧ50TiAlN / nACo (высокая термостойкость)0.35 – 0.40
Группа N (Алюминий, медь, пластики)Д16Т, АМг6, латунь ЛС59DLC (Diamond-Like Carbon) / Ta-C0.08 – 0.12
Группа S (Титановые и жаропрочные сплавы)ВТ6, Inconel 718, HastelloyAlTiSiN / TiAlN на микрозерне0.20 – 0.25
Группа H (Закаленные стали 50–65 HRC)ШХ15, Х12МФ закаленныеnACo / nACRo (нанокомпозит)0.20 – 0.30