L'obiettivo era ambizioso: un aumento della durata di vita di almeno il 30% in diverse applicazioni di foratura. "Il nostro approccio centrale consisteva nel non iniziare consapevolmente con lo sviluppo del rivestimento", spiega il Dr.-Ing. Ivan Iovkov, che ha influenzato in modo significativo lo sviluppo di BALINIT OPTURA nella ricerca e sviluppo di Oerlikon Balzers. Invece, in un progetto preliminare, è stata elaborata per oltre un anno una metodologia di test robusta per i processi di foratura. L'obiettivo era ottenere un'elevata comparabilità dei risultati e una chiara separazione dei fattori di influenza, al fine di ottenere una base dati affidabile per lo sviluppo successivo.
Tutti gli utensili, substrati, geometrie dei bordi di taglio e microgeometrie sono stati caratterizzati in modo sistematico. I test sono stati progettati per applicazioni ad alte prestazioni così come per valori di taglio moderati. Ulteriori punti focali erano il trattamento termico mirato e l'analisi dettagliata dei materiali. Ogni piastra di prova è stata caratterizzata mediante misurazioni di durezza e forza in posizioni definite, per catturare le fluttuazioni di lotto e le inhomogeneità del materiale. Per compensare la loro influenza, l'ordine delle forature è stato randomizzato.
Tecnologie di misurazione avanzate e sensori moderni hanno aiutato a registrare le forze di avanzamento e i momenti di foratura lungo l'intera serie di esperimenti. I dati hanno fornito preziose indicazioni sull'evoluzione dell'usura e sui meccanismi sottostanti nel processo. Grazie all'uso della tecnologia di serraggio degli utensili Hydrodehn all'avanguardia, è stato possibile ridurre le influenze dovute alle vibrazioni. La microscopia dell'evoluzione dell'usura è avvenuta in parte in modo automatizzato, l'analisi è stata basata sui dati e in parte supportata dall'IA.
Progettazione del rivestimento basata sui meccanismi di usura
Sulla base dei risultati di questa metodologia di prova sistematica, il nuovo rivestimento è stato mirato ai reali meccanismi di usura. Invece di massimizzare singole proprietà, l'attenzione era focalizzata sull'interazione ottimale nel processo. Mentre nella foratura di acciai ferritici si verificano principalmente carichi adesivi e termici, negli acciai temprati e nella ghisa dominano le sollecitazioni abrasive e d'urto. Il sistema di rivestimento multistrato a base di TiAlN combina quindi alta durezza a caldo con sufficiente tenacità e duttilità controllata.
Un importante passo nello sviluppo è stata la riduzione mirata delle tensioni residue. Questo consente spessori di rivestimento maggiori senza un aumentato rischio di scollamento - un vantaggio particolarmente per applicazioni di foratura impegnative e utensili riutilizzati. Il design multistrato stabilizza inoltre il bordo di taglio e supporta un'usura uniforme così come un'elevata sicurezza del processo.
Validazione nell'industria
Nel proprio laboratorio di lavorazione sono stati testati oltre 40 varianti di rivestimento con più di 400.000 forature. I partner industriali hanno accompagnato lo sviluppo con test e esperienze pratiche. I risultati hanno mostrato una stabilità del processo notevolmente migliorata e una durata di vita superiore del 50% rispetto alle soluzioni esistenti.
Le prestazioni di BALINIT OPTURA si manifestano non solo in applicazioni classiche come 42CrMo4+QT. In acciaio C35 più morbido, il numero di forature è aumentato di circa il 57% rispetto a una soluzione a base di AlTiN.
In acciaio ad alta resistenza, la durata di vita è migliorata rispetto a un trapano VHM riutilizzato con doppio rivestimento di circa l'89%. Nella foratura profonda della ghisa, la quantità di forature è aumentata di oltre l'80% rispetto a una soluzione standard a base di AlTiN.
Di conseguenza, il rivestimento supporta una durata di vita più lunga, meno cambi di utensili e una riutilizzazione più efficiente. "Lo sviluppo olistico di BALINIT OPTURA dimostra che l'interazione mirata tra metodologia di prova, comprensione del processo, analisi dei materiali, design del rivestimento e validazione industriale porta a soluzioni convincenti che possono stabilire nuovi standard", riassume il Dr.-Ing. Ivan Iovkov.
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