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絲錐表面處理的相關知識

  由于絲錐表面處理後,會增強其硬度、韌性、潤滑性及表面質量,從而使絲錐在使用過程中大大延長使用壽命、提高所加工螺紋孔的表面質量,被越來越多的行業所采用。下面將絲錐的各種表面處理的特點、適用範圍、切削性能較爲詳盡加以介紹。
  一、絲錐表面的氧化處理
  氧化處理就是把高速鋼絲維放入500-550℃的水蒸氣中,使其表面形成Fe3O4被膜的一種表面處理方法。氧化處理法也叫高壓蒸氣處理法。
  鐵的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4三種,其中FeO只能在570℃以上才能生成,所以它在高速鋼絲錐的表面處理層中不存在,絲錐表層中有Fe3O4(黑鐵)和Fe2O3(紅鐵)兩種,而後者對絲錐的切削性沒有益處,經過高質量地表面處理後,絲錐的處理層爲Fe3O4被膜,裝面美觀,呈藍黑色,表層厚度爲1-3um。
  1、氧化的特點
  氧化處理之所以能提高絲錐的性能是因爲表面層爲多孔質,對冷卻液吸附性好,能起到減小磨擦的作用。同時,能防止絲錐與被切削材料間的粘結。此外還除去了制作絲錐時殘留在其表面的磨削應力。
  但需注意的是,氧化處理所生成的被膜並不能提高絲錐表面層的硬度,即被膜本身並沒有耐磨性。
  2、適用範圍
  經氧化處理的絲錐對不鏽鋼、鑄鋼、碳素鋼、鎳鋼、鉻鋼等易産生粘結的被切削材料效果很好,幾乎可適用于所有鋼件的加工。
  但應注意的是氧化處理對鋁合金,壓鑄鋁合金,黃銅等非金屬類材料並沒有特別好的效果,甚至有可能降低絲錐的切削性能。
  3、切削性能
  當用刃傾角絲錐加工易産生粘結的不鏽鋼(奧氏體系)工件時,氧化處理能提高的絲錐壽命10倍以上。這點從絲錐加工碳素鋼的實驗例中也可看出,氧化處理顯著地提高了絲錐壽命。
  二、絲錐表面的氮化處理
  通過研究發現,特殊氮化處理法(500-550度,保溫30-90分鍾)可得到均勻、光滑的表面和硬度,氮化層的硬度主要取決于處理過程中的保溫溫度和時間,同時還與被處理材料本身的硬度有關,絲錐通常在500度30分鍾至550度70分鍾的範圍內進行氮化,對難切削材、高抗拉力鋼、不鏽鋼、鑄鐵等絲錐容易發生磨損的效果很好。
  1、氮化特點
  氮化處理可提高絲錐的性能,這是因爲提高了絲錐的表面硬度、增強了耐磨性、提高了耐熱性,使絲錐的高溫切削性能變好。通過氮化處理,絲錐的表面硬度上升到1300HV左右,約爲母體硬度64HRC(=870HV)的1.5倍。
  2、適用範圍
  適應于對刀具耐磨性要求較高的被切削材料,如熱硬化性樹脂、灰口鑄鐵、鋁合金壓鑄件等,但不適合加工鋼件,加工鋼件時,有崩刃、折損的危險,所以應非常注意,因爲氮化處理後的絲錐表面硬度大約在1000-1300HV之間,而鋼類被削材料通常要求刀具的硬度在1100HV以下。從切削形狀上看,氮化處理對片狀、粒狀切屑很有效,所以普通絲錐多采用表面氮化處理,而刃傾角絲錐、螺旋槽絲錐就很少采用。
  3、切削性能
  氮化處理對切削扭矩的影響,實驗所用的刀具爲普通絲錐,被切削材料爲灰口鑄鐵,絲錐經表面氮化處理後,切削扭矩減小,因此可得出結論,即氮化處理可提高絲錐的耐磨性。
  三、絲錐表面的TIN塗層
  TIN(氮化钛)、TIC(碳化钛)等堅硬物質的塗層方法大致有兩種,化學氣相沈積法(CVD法)和物理氣相沈積法(PVD法)。化學氣相沈積法的溫度爲900-1100度,已超過了高速鋼的回火溫度,所以不能用于高速鋼的表面塗層。物理氣相沈積法溫度較低,在500度以下,適合對高速鋼絲錐、銑刀的塗層,物理氣相沈積法中最具有代表性、最常用的是HCD離子電鍍工藝。HCD離子電鍍工藝的基本過程是:把塗層材料钛(TI)放于高真空槽內,用離子射線讓它溶解蒸發並與氮氣反應,使之在已與熱且負電壓作用下的刀具表面上生成細密、牢固的氮化钛(TIN)塗層。TIN塗層呈金黃色,與刀具母體的密著性很好。絲錐表面TIN塗層厚度爲1-3um。
  1、TIN塗層的特點
  TIN塗層的特點是提高表面硬度、提高耐磨性、減小摩擦系數、防粘結、提高耐熱性,這些特點能完全達到對絲錐表面處理的目的。TIN被膜硬度更高,爲2000HV,差不多是高速鋼母體硬度的三倍。和其他氮化物、碳化物相比,TIN的熱傳導率、熱膨脹系數均接近于高速鋼,所以與高速鋼的粘附強度高。TIN塗層可大幅度減小摩擦系數。
  2、適用範圍
  TIN塗層的絲錐兼並氮化處理和氧化處理兩者的優點,因此,對軟材料和硬材料均有好的加工性能,適用範圍很寬,對一般的紮制結構鋼、易産生粘結的不鏽鋼,以及硬度高對絲錐磨損大的調質鋼、合金結構鋼、合金工具鋼等均有很好的切削效果。
  3、切削性能
  TIN塗層絲錐、表面氧化處理的絲錐、以及不經處理的絲錐,三者加工不鏽鋼SUS630的情況,被切削材料易産生粘結,同時硬度高(45HRC)要求絲錐有良好的抗粘接性和耐磨性。實驗結果表明,絲錐壽命經氧化處理的是不經氧化處理的3倍,而TIN塗層的又是氧化處理的3倍。
  四、 丝锥表面的V涂层
  V塗層的處理方法和TIN塗層一樣,采用物理氣相沈積法(PVD法)。讓氮氣和碳氣與溶解氣化狀態的钛反應,生成TIN和TIC的複合被膜-V塗層,V塗層的密著性極好(粘附強度爲TIN塗層的三倍)。表面化呈紫灰色。絲錐的表面V塗層爲1-3um
  1、V塗層的特點
  V塗層的特點是提高絲錐表面硬度、提高耐磨性、減小摩擦系數、防粘結、提高耐熱性,這些特點都與TIN塗層相同,不同之處在于V塗層的硬度比TIN塗層還要高,爲3000HV;摩擦系數還要小,爲TIN的75%。
  2、V塗層適用範圍
  抗粘結性和耐磨性兩者均比TIN塗層好的V塗層,其適用範圍和TIN塗層一樣,對于從軟質到硬質的被切削材料都有很好的適應性,對一般的軋制結構鋼、易産生粘結的不鏽鋼,以及硬度高、對刀具磨損大的調制鋼、合金結構鋼、合金工具鋼等均有很好的切削效果,尤其是在高速、高稀釋(水溶性切削液)條件下,更能充分的展示出它的優越性能。
  3、切削性能
  經表面氧化處理和V塗層的N型擠壓絲錐的性能對比,在以20m/mim的高速在高速鋼上攻絲的實驗結果,這對刀具的耐磨性要求很苛刻,結果表明,V塗層絲錐的壽命約爲氧化處理絲錐壽命的5倍。在另一部分,切削液采用30倍稀釋的水溶液,被加工材料爲軟鋼,這時,V塗層絲錐的壽命約爲氧化處理絲錐的20倍。

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