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絲錐表面處理的相關知識
閱讀：1702 發(fā)布時間：2022-7-13
由于絲錐表面處理后，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(yè)所采用。下面將絲錐的各種表面處理的特點、適用范圍、切削性能較為詳盡加以介紹。
1、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，而后者對絲錐的切削性沒有益處，經(jīng)過高質量地表面處理后，絲錐的處理層為Fe3O4被膜，裝面美觀，呈藍黑色，表層厚度為1-3um。
a）氧化的特點
氧化處理之所以能提高絲錐的性能是因為表面層為多孔質，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并不能提高絲錐表面層的硬度，即被膜本身并沒有耐磨性。
b）適用范圍
經(jīng)氧化處理的絲錐對不銹鋼、鑄鋼、碳素鋼、鎳鋼、鉻鋼等易產(chǎn)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并沒有特別好的效果，甚至有可能降低絲錐的切削性能。
c）切削性能
當用刃傾角絲錐加工易產(chǎn)生粘結的不銹鋼（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。
2、絲錐表面的氮化處理
通過研究發(fā)現(xiàn)，特殊氮化處理法（500-550度，保溫30-90分鐘）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分鐘至550度70分鐘的范圍內進行氮化，對難切削材、高抗拉力鋼、不銹鋼、鑄鐵等絲錐容易發(fā)生磨損的效果很好。
a）氮化特點
氮化處理可提高絲錐的性能，這是因為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，約為母體硬度64HRC(=870HV)的1.5倍。
b）適用范圍
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，因為氮化處理后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。
c）切削性能
氮化處理對切削扭矩的影響，實驗所用的刀具為普通絲錐，被切削材料為灰口鑄鐵，絲錐經(jīng)表面氮化處理后，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。
3、絲錐表面的TIN涂層
TIN(氮化鈦)、TIC（碳化鈦）等堅硬物質的涂層方法大致有兩種，化學氣相沉積法（CVD法）和物理氣相沉積法（PVD法）。化學氣相沉積法的溫度為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涂層。物理氣相沉積法溫度較低，在500度以下，適合對高速鋼絲錐、銑刀的涂層，物理氣相沉積法中有代表性、的是HCD離子電鍍工藝。HCD離子電鍍工藝的基本過程是：把涂層材料鈦（TI)放于高真空槽內，用離子射線讓它溶解蒸發(fā)并與氮氣反應，使之在已與熱且負電壓作用下的刀具表面上生成細密、牢固的氮化鈦(TIN)涂層。TIN涂層呈金黃色，與刀具母體的密著性很好。絲錐表面TIN涂層厚度為1-3um。
a）TIN涂層的特點
TIN涂層的特點是提高表面硬度、提高耐磨性、減小摩擦系數(shù)、防粘結、提高耐熱性，這些特點能*達到對絲錐表面處理的目的。TIN被膜硬度更高，為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(shù)均接近于高速鋼，所以與高速鋼的粘附強度高。TIN涂層可大幅度減小摩擦系數(shù)。
b）適用范圍
TIN涂層的絲錐兼并氮化處理和氧化處理兩者的優(yōu)點，因此，對軟材料和硬材料均有好的加工性能，適用范圍很寬，對一般的扎制結構鋼、易產(chǎn)生粘結的不銹鋼，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。
c）切削性能
TIN涂層絲錐、表面氧化處理的絲錐、以及不經(jīng)處理的絲錐，三者加工不銹鋼SUS630的情況，被切削材料易產(chǎn)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(jīng)氧化處理的是不經(jīng)氧化處理的3倍，而TIN涂層的又是氧化處理的3倍。
4、絲錐表面的V涂層
V涂層的處理方法和TIN涂層一樣，采用物理氣相沉積法（PVD法）。讓氮氣和碳氣與溶解氣化狀態(tài)的鈦反應，生成TIN和TIC的復合被膜-V涂層，V涂層的密著性（粘附強度為TIN涂層的三倍）。表面化呈紫灰色。絲錐的表面V涂層為1-3um。
a）V涂層的特點
V涂層的特點是提高絲錐表面硬度、提高耐磨性、減小摩擦系數(shù)、防粘結、提高耐熱性，這些特點都與TIN涂層相同，不同之處在于V涂層的硬度比TIN涂層還要高，為3000HV；摩擦系數(shù)還要小，為TIN的75%。
b）V涂層適用范圍
抗粘結性和耐磨性兩者均比TIN涂層好的V涂層，其適用范圍和TIN涂層一樣，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、易產(chǎn)生粘結的不銹鋼，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*性能。
c）切削性能
經(jīng)表面氧化處理和V涂層的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涂層絲錐的壽命約為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，被加工材料為軟鋼，這時，V涂層絲錐的壽命約為氧化處理絲錐的20倍。