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丝锥表面处理的相关知识

  由于丝锥表面处理后,会增强其硬度、韧性、润滑性及表面质量,从而使丝锥在使用过程中大大延长使用寿命、提高所加工螺纹孔的表面质量,被越来越多的行业所采用。下面将丝锥的各种表面处理的特点、适用范围、切削性能较为详尽加以介绍。
  一、丝锥表面的氧化处理
  氧化处理就是把高速钢丝维放入500-550℃的水蒸气中,使其表面形成Fe3O4被膜的一种表面处理方法。氧化处理法也叫高压蒸气处理法。
  铁的氧化物有FeO、Fe2O3、Fe3O4三种,其中FeO只能在570℃以上才能生成,所以它在高速钢丝锥的表面处理层中不存在,丝锥表层中有Fe3O4(黑铁)和Fe2O3(红铁)两种,而后者对丝锥的切削性没有益处,经过高质量地表面处理后,丝锥的处理层为Fe3O4被膜,装面美观,呈蓝黑色,表层厚度为1-3um。
  1、氧化的特点
  氧化处理之所以能提高丝锥的性能是因为表面层为多孔质,对冷却液吸附性好,能起到减小磨擦的作用。同时,能防止丝锥与被切削材料间的粘结。此外还除去了制作丝锥时残留在其表面的磨削应力。
  但需注意的是,氧化处理所生成的被膜并不能提高丝锥表面层的硬度,即被膜本身并没有耐磨性。
  2、适用范围
  经氧化处理的丝锥对不锈钢、铸钢、碳素钢、镍钢、铬钢等易产生粘结的被切削材料效果很好,几乎可适用于所有钢件的加工。
  但应注意的是氧化处理对铝合金,压铸铝合金,黄铜等非金属类材料并没有特别好的效果,甚至有可能降低丝锥的切削性能。
  3、切削性能
  当用刃倾角丝锥加工易产生粘结的不锈钢(奥氏体系)工件时,氧化处理能提高的丝锥寿命10倍以上。这点从丝锥加工碳素钢的实验例中也可看出,氧化处理显著地提高了丝锥寿命。
  二、丝锥表面的氮化处理
  通过研究发现,特殊氮化处理法(500-550度,保温30-90分钟)可得到均匀、光滑的表面和硬度,氮化层的硬度主要取决于处理过程中的保温温度和时间,同时还与被处理材料本身的硬度有关,丝锥通常在500度30分钟至550度70分钟的范围内进行氮化,对难切削材、高抗拉力钢、不锈钢、铸铁等丝锥容易发生磨损的效果很好。
  1、氮化特点
  氮化处理可提高丝锥的性能,这是因为提高了丝锥的表面硬度、增强了耐磨性、提高了耐热性,使丝锥的高温切削性能变好。通过氮化处理,丝锥的表面硬度上升到1300HV左右,约为母体硬度64HRC(=870HV)的1.5倍。
  2、适用范围
  适应于对刀具耐磨性要求较高的被切削材料,如热硬化性树脂、灰口铸铁、铝合金压铸件等,但不适合加工钢件,加工钢件时,有崩刃、折损的危险,所以应非常注意,因为氮化处理后的丝锥表面硬度大约在1000-1300HV之间,而钢类被削材料通常要求刀具的硬度在1100HV以下。从切削形状上看,氮化处理对片状、粒状切屑很有效,所以普通丝锥多采用表面氮化处理,而刃倾角丝锥、螺旋槽丝锥就很少采用。
  3、切削性能
  氮化处理对切削扭矩的影响,实验所用的刀具为普通丝锥,被切削材料为灰口铸铁,丝锥经表面氮化处理后,切削扭矩减小,因此可得出结论,即氮化处理可提高丝锥的耐磨性。
  三、丝锥表面的TIN涂层
  TIN(氮化钛)、TIC(碳化钛)等坚硬物质的涂层方法大致有两种,化学气相沉积法(CVD法)和物理气相沉积法(PVD法)。化学气相沉积法的温度为900-1100度,已超过了高速钢的回火温度,所以不能用于高速钢的表面涂层。物理气相沉积法温度较低,在500度以下,适合对高速钢丝锥、铣刀的涂层,物理气相沉积法中最具有代表性、最常用的是HCD离子电镀工艺。HCD离子电镀工艺的基本过程是:把涂层材料钛(TI)放于高真空槽内,用离子射线让它溶解蒸发并与氮气反应,使之在已与热且负电压作用下的刀具表面上生成细密、牢固的氮化钛(TIN)涂层。TIN涂层呈金黄色,与刀具母体的密著性很好。丝锥表面TIN涂层厚度为1-3um。
  1、TIN涂层的特点
  TIN涂层的特点是提高表面硬度、提高耐磨性、减小摩擦系数、防粘结、提高耐热性,这些特点能完全达到对丝锥表面处理的目的。TIN被膜硬度更高,为2000HV,差不多是高速钢母体硬度的三倍。和其他氮化物、碳化物相比,TIN的热传导率、热膨胀系数均接近于高速钢,所以与高速钢的粘附强度高。TIN涂层可大幅度减小摩擦系数。
  2、适用范围
  TIN涂层的丝锥兼并氮化处理和氧化处理两者的优点,因此,对软材料和硬材料均有好的加工性能,适用范围很宽,对一般的扎制结构钢、易产生粘结的不锈钢,以及硬度高对丝锥磨损大的调质钢、合金结构钢、合金工具钢等均有很好的切削效果。
  3、切削性能
  TIN涂层丝锥、表面氧化处理的丝锥、以及不经处理的丝锥,三者加工不锈钢SUS630的情况,被切削材料易产生粘结,同时硬度高(45HRC)要求丝锥有良好的抗粘接性和耐磨性。实验结果表明,丝锥寿命经氧化处理的是不经氧化处理的3倍,而TIN涂层的又是氧化处理的3倍。
  四、 丝锥表面的V涂层
  V涂层的处理方法和TIN涂层一样,采用物理气相沉积法(PVD法)。让氮气和碳气与溶解气化状态的钛反应,生成TIN和TIC的复合被膜-V涂层,V涂层的密著性极好(粘附强度为TIN涂层的三倍)。表面化呈紫灰色。丝锥的表面V涂层为1-3um
  1、V涂层的特点
  V涂层的特点是提高丝锥表面硬度、提高耐磨性、减小摩擦系数、防粘结、提高耐热性,这些特点都与TIN涂层相同,不同之处在于V涂层的硬度比TIN涂层还要高,为3000HV;摩擦系数还要小,为TIN的75%。
  2、V涂层适用范围
  抗粘结性和耐磨性两者均比TIN涂层好的V涂层,其适用范围和TIN涂层一样,对于从软质到硬质的被切削材料都有很好的适应性,对一般的轧制结构钢、易产生粘结的不锈钢,以及硬度高、对刀具磨损大的调制钢、合金结构钢、合金工具钢等均有很好的切削效果,尤其是在高速、高稀释(水溶性切削液)条件下,更能充分的展示出它的优越性能。
  3、切削性能
  经表面氧化处理和V涂层的N型挤压丝锥的性能对比,在以20m/mim的高速在高速钢上攻丝的实验结果,这对刀具的耐磨性要求很苛刻,结果表明,V涂层丝锥的寿命约为氧化处理丝锥寿命的5倍。在另一部分,切削液采用30倍稀释的水溶液,被加工材料为软钢,这时,V涂层丝锥的寿命约为氧化处理丝锥的20倍。

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