Nuove tecniche di deposizione fisica di vapore

Le caratteristiche dei processi PVD hanno portato a utilizzare in modo massiccio negli ultimi vent’anni questa tecnica per il rivestimento di utensili da taglio, stampi, attrezzature e componenti meccanici.
Ormai la maggioranza degli utensili in acciaio rapido e in metallo duro sono utilizzati allo stato rivestito con strati di TiN o TiCN, e ciò ha permesso di aumentare notevolmente le condizioni di lavorazione e/o la vita degli utensili da taglio e degli stampi in moltissimi tipi di operazioni.
Si può affermare che con i rivestimenti PVD e CVD si sono riusciti a ottenere degli aumenti di vita utensile che variano dal 200% al 500% su varie tipologie di utensili in acciaio rapido e in metallo duro.
Per quanto riguarda invece gli incrementi delle condizioni di taglio, i vantaggi sono stati anch’essi molto elevati, con aumenti delle velocità di taglio anche del 100-150% conseguente abbattimento drastico dei tempi di produzione.
Un esempio eclatante di questi vantaggi è rappresentato dall’applicazione dei rivestimenti PVD sui creatori in acciaio rapido: con i creatori rivestiti con TiN-PVD è stato possibile raddoppiare la velocità di taglio di dentatura degli ingranaggi automobilistici e nello stesso tempo ridurre sensibilmente il consumo di creatori.
Inoltre una grande spinta per l’utilizzo di utensili rivestiti PVD arriva dalle nuove esigenze presenti attualmente nell’industria metalmeccanica della trasformazione e lavorazione dei materiali metallici e non. Infatti negli ultimi anni, a causa di considerazioni economiche e ambientali, è aumentata moltissimo la richiesta, soprattutto da parte dell’industria europea, di sostituire le lavorazioni basate sulla lubrorefigerazione (con emulsioni o con oli sintetici) con le lavorazioni a secco.
L’utilizzo di fluidi lubrorefrigeranti porta infatti ad una serie di problematiche sempre più critiche: lo smaltimento dei liquidi esausti, l’inquinamento dei trucioli, il trattamento batteriologico dei fluidi stessi, l’impatto ambientale nelle officine meccaniche le possibili allergie per il personale lavorante alle macchine utensili. Inoltre il costo dell’utilizzo dei lubrorefrigeranti rappresenta una percentuale sempre più elevata del costo totale di lavorazione di un pezzo meccanico: attualmente può essere stimata tra l’8 e il 16% di questo costo, a seconda del tipo di lavorazione meccanica considerata.
Naturalmente, per poter eliminare i lubrorefrigeranti, bisogna modificare e migliorare notevolmente le caratteristiche e le prestazioni degli utensili da taglio e delle macchine utensili, soprattutto per quanto riguarda la tenuta a usura (a caldo) degli utensili, la resistenza alle alte temperature di alcune parti delle macchine utensili, il coinvolgimento dei trucioli.
Inoltre la richiesta dell’industria europea è quella di abbinare le lavorazioni a secco con le lavorazioni ad alta e ad altissima velocità, per poter abbassare drasticamente i costi di trasformazione dei materiali per componenti meccanici, abbinamento che rende ancora più critica l’ottimizzazione dei materiali per gli utensili per asportazione di truciolo.
Un’altra esigenza dell’industria metalmeccanica è quella legata alla necessità di dover lavorare materiali sempre più difficili, quali gli acciai temprati, i materiali compositi, le superleghe, materiali che portano ad una forte usura e a un forte sviluppo di calore nella zona di contatto truciolo-utensile.