MMC Magazine

Miracle Coating: ewolucja technologii wyprzedzającej swoją epokę

Nowe produkty działające cuda czyli Miracle

Pod koniec lat 80. XX wieku, kiedy powłoki TiN były u szczytu popularności, na rynku pojawiły się bogate w aluminium powłoki Al-TiN, które szybko przejęły palmę pierwszeństwa, całkowicie zmieniając zwyczaje panujące w branży. W tym artykule przybliżamy ówczesną technologię nazywaną Miracle Coating, która zmieniła historię narzędzi wykonanych z węglika spiekanego.

Część.　1987～ Powłoka Miracle Coating jako efekt wspólnego wysiłku

Powłoki TiN bogate w aluminium pojawiły się na rynku w 1987 roku. Ten nowy rodzaj powłoki został opracowany, kiedy producent narzędzi ze stali szybkotnącej - Kobe Steel Co., Ltd prowadzący zakład Akashi, który wkrótce stał się częścią Mitsubishi Materials Corporation, zajął się produkcją narzędzi skrawających wykonanych z węglika. O ile obecnie ta ciemnofioletowa powłoka jest popularna, wówczas panowała moda na złotą powłokę TiN. Oczywiście nowa technologia była powodem do dumy, ale nie było żadnej pewności, jak nowa powłoka sobie poradzi na rynku. Próbki zaprezentowano 
na targach JIMTOF w 1988 roku, zaś wiertło Miracle zostało wprowadzone na rynek już w 1990 roku. W 1991 roku na rynku narzędzi skrawających zadebiutował nowy frez trzpieniowy Miracle. Chociaż debiutowi towarzyszyła lekka niepewność, frez uzyskał bardzo dobre recenzje, jako doskonały produkt nieprzypominający niczego znanego wcześniej. W ten sposób firma czterokrotnie zwiększyła swoje moce produkcyjne. Dużym powodem do dumy była możliwość obróbki frezami Miracle utwardzonych materiałów do form — wcześniej było to coś nie do pomyślenia. Mimo, że obróbka elektroerozyjna była popularnym procesem po hartowaniu, wykorzystanie w jej miejsce frezowania znacznie skróciło czas przygotowania form. Produkt otrzymał nazwę Miracle. Co zabawne, powłoka Miracle Coating okazała się znacznie trwalsze, niż firma mogła przypuszczać, przez co zabrakło materiału do oceny ich wydajności. Jest to temat częstych dyskusji pomiędzy inżynierami powłok, którzy chcą prowadzić dokładne próby podczas obróbki, a pracownikami odpowiedzialnymi za kontrolę, którym zależy na ograniczeniu kosztów testów. Frezy trzpieniowe Miracle zdobyły nagrodę techniczną Japońskiego Stowarzyszenia Inżynierów Mechaników w 1995 roku. W tym samym roku tę samą nagrodę przyznano za pociąg Nozomi Shinkansen. Dobrze wiedzieć, że technologie stosowane do produkcji frezów palcowych były traktowane równie poważnie co ten superszybki pociąg.

Part2.　1996～ Zróżnicowana technologia Miracle Coating

Skuteczność bogatej w aluminium powłoki TiN, która była głównym produktem oryginalnej technologii Miracle Coating, w połączeniu 
z ówczesną wiedzą na temat wytwarzania narzędzi sprawiły, że technologia Miracle Coating znalazła zastosowanie w szerszym wachlarzu produktów. Mitsubishi Materials było na przykład pierwszą firmą, która do pokryć dodała krzem (Si), później szeroko stosowany w powłokach PVD. Powłoka AlTiSiN, podobnie jak Miracle Coating, charakteryzowała się dużą twardością i wysoką temperaturą utleniania, co w połączeniu z nowo opracowanymi materiałami z węglika spiekanego i nowymi geometriami umożliwiło obróbkę stali o twardości przekraczającej 60 HRC. Kolejnym przykładem jest najlepsza w swojej klasie fioletowa powłoka AlTiN (Violet), którą nanosi się na narzędzia ze stali szybkotnącej. Powlekane narzędzia ze stali szybkotnącej są zwykle trudniejsze w produkcji od narzędzi wykonywanych z węglika spiekanego. Dzieje się tak, ponieważ aby zapewnić optymalne właściwości powłoki wymagana jest wysoka temperatura, natomiast twardość narzędzi wykonanych ze stali szybkotnącej spada 
już w temperaturze 550°C. Dlatego konieczna jest maksymalizacja właściwości zarówno powłoki, jak i narzędzia, poprzez znalezienie odpowiedniej równowagi. Wszystkie firmy wykonujące powłoki muszą sobie z tym poradzić, a Mitsubishi Materials podejmuje ciągłe próby udoskonalenia tej technologii. Opracowanie tych fioletowych wierteł nie było łatwe, ale fakt, że nadal cieszą się popularnością, świadczy o tym, że warto było się napracować nad stworzeniem nowego narzędzia i wprowadzeniem go na rynek.

Part3.　2000～ Narzędzia z węglika spiekanego dominują rynek

W 2000 roku zakład w Akashi stał się podmiotem bezpośrednio zależnym od Mitsubishi Materials Corporation. Technologia Miracle Coating została natychmiast zastosowana do monolitycznych wierteł z węglika, a także do płytek skrawających, które były bardzo popularnym produktem Mitsubishi Materials. Ówczesna produkcja płytek zakładała powlekanie metodą CVD, a egzemplarze powlekane PVD miały charakter uzupełniający. Jednak dzięki opracowaniu technologii Miracle Coating i połączeniu jej z zaawansowanymi geometriami narzędzi, PVD stało się jedną z głównych technologii. Szczególnie popularnym materiałem do produkcji płytek stał się węglik VP15TF, który w synergii z technologią Miracle Coating okazał się bardzo uniwersalny. Aby podkreślić popularność nowego materiału, często mawiano „Jeśli nie wiesz, który materiał wybrać, wybierz VP15TF”. 

Technologię Miracle Coating zastosowano również do wierteł z węglika spiekanego. Niestety wiertła Miracle produkowane w fabryce w Akashi w 1990 r. nie przyniosły zakładanych zysków. W tym samym czasie produkowana była jednak seria wierteł ZET1 oraz nowe wiertła WSTAR. To one przyczyniły się do popularyzacji technologii Miracle Coating w produkcji wierteł. Z myślą o monolitycznych frezach trzpieniowych stworzono nową technologię Impact Miracle Coating, która polegała na łączeniu różnych nanokrystalicznych powłok w jedną, złożoną z kliku pojedynczych warstw Al-Ti-Si-N. Jednoczesne wykorzystanie nowej technologii nakładania powłok oraz odpowiedniego materiału z węglika spiekanego pozwoliło wprowadzić na rynek nowe frezy trzpieniowe Impact Miracle. Nowa generacja frezów umożliwiała obróbkę materiałów ze stali szybkotnącej, które wcześniej były obrabiane wyłączenie metodami szlifowania i erozji.

Część 4.　2012～ Ewolucja serii Miracle

W efekcie prac rozwojowych, obejmujących rozmaite zastosowania, wysoko wydajne produkty z powłokami PVD ulegały kolejnym zmianom. Połączenie technologii i powłok o różnym składzie chemicznym sprawiło, że pokrycia PVD były udoskonalane w coraz szybszym tempie. Najbardziej zaawansowaną serią powłok produkowanych przez Mitsubishi Materials jest Miracle Σ, która została opracowana z myślą o obróbce materiałów trudno obrabialnych. Jest to nowa grupa powłok AL-Cr-N, która zapewnia wysoką trwałość narzędzi używanych do obróbki stopów na bazie niklu i tytanu. Dodatkowo technologia ZERO-μ Surface zmniejszyła znacznie przyleganie obrabianego materiału do ostrza (adhezję), a także zredukowała opór skrawania, dzięki czemu uzyskano zaskakująco dobre wyniki.

W ramach serii MP6100, MP7100 i MP9100 wprowadzono sześć różnych gatunków płytek frezarskich. Każdy z nich był osobno optymalizowany tak, aby spełnić wymagania związane z obróbką materiałów ISO P, M i S. Charakterystyczne dla frezowania problemy zbyt szybkiego ścierania się płytek oraz pękania termicznego zostały rozwiązane wprowadzeniem powłok z nanolaminatem Al-Ti-Cr-N (technologia TOUGH-Σ). Z kolei do toczenia materiałów trudno obrabialnych zostały wprowadzone płytki z serii MP9000, oparte na bogatych w aluminium związkach chemicznych Al-Ti-N, bazujących na technologii Miracle Coating. Do wierteł opracowano wielozadaniowy gatunek DP1020, który w połączeniu z powłokami z grupy Al-Ti-Cr-N znacznie zwiększał odporność na zużycie ścierne narzędzi. Co więcej, dzięki niepowtarzalnym technologiom ZERO-μ Surface oraz TRI (chłodzenie wewnętrzne) udało się 
znacznie zmniejszyć zużycie ścierne i udoskonalić stabilność odprowadzania wióra podczas wiercenia.

Rozwój technologii Miracle Coating

W ciągu 28 lat, które minęły od wprowadzenia technologii Miracle Coating, wymagania dotyczące powłok PVD stale rosły. Będziemy nadal rozwijać technologię, aby dostarczać produkty przewyższające oczekiwania klientów.

Historia technologii Miracle Coating