涂層技術(shù)與螺紋切削(滾制)刀具的互動(dòng)發(fā)展
發(fā)布時(shí)間:2007-05-24
發(fā)布者: 張力 專家
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  1.前言   近幾年來(lái),在經(jīng)濟(jì)全球化背景下,使我國(guó)的緊固件行業(yè)獲得了空前發(fā)展的機(jī)遇,而螺紋切削刀具成了提升緊固件技術(shù)水平的關(guān)鍵之一。由于螺紋加工要求的日趨提高,高速、高效、環(huán)保成為緊固件加工的追求目標(biāo),被加工材料的能耗不斷提高,對(duì)螺紋切削加工提出的特殊要求,如滾制加工硬度≥40HRC以上的高強(qiáng)度螺紋??傊?,螺紋切削(滾制)刀具中的個(gè)性化特點(diǎn)日見(jiàn)顯現(xiàn)。 縱觀螺紋刀具切削或滾制失效的大量實(shí)例可見(jiàn),大部分的失效損壞往往與材料表面的物理、化學(xué)、機(jī)械等狀態(tài)構(gòu)成的表面性能分不開(kāi)。況且,高速切削加工中對(duì)刀具材料的表面性能的要求越來(lái)越高,這就有力地推動(dòng)了氣相沉積技術(shù)等表面工程技術(shù)的研究,結(jié)果表明,可通過(guò)材料表面改性技術(shù)的方法來(lái)賦予螺紋切削(滾制)刀具表面的綜合切削性能。作為刀具材料表面涂層技術(shù)之一的化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)工藝技術(shù),已在緊固件行業(yè)應(yīng)用方面取得了十分理想的效果。目前,在冷作模具中的硬質(zhì)合金冷鐓模芯、冷擠壓模套,涂層技術(shù)應(yīng)用已占到10%-30%,其中PVD由于其工藝溫度低,不會(huì)影響模具基體的性能,且工藝方案變化的多樣性,應(yīng)用日趨廣泛。   2.膜系材料的多元化   當(dāng)前,現(xiàn)代螺紋切削(滾制)刀具涂層技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是膜系材料的多元化.例如,在YG20C硬質(zhì)合金涂層工模具中應(yīng)用最多的TiAlN三元涂層,并可通過(guò)調(diào)整Al元素的成分比例來(lái)獲得不同的膜層性能,≥M24螺母冷鐓模具頂棒、內(nèi)孔沖頭,壽命可達(dá)到15萬(wàn)-20萬(wàn)件。如在Ti-N中加入碳元素,通過(guò)碳原子的固溶和析出,可形成Ti(C,N)三元涂層,與Ti-N的單一涂層相比,這些多元涂層具有良好的綜合性能,提高了抗氧化溫度和耐磨性,又有低的摩擦系數(shù)。9CrSr和W6Mo5Cr4V2鋼M12- M22絲錐分別進(jìn)行三元涂層,通過(guò)合理地刃磨刃口攻螺母,壽命分別可達(dá)3萬(wàn)和10萬(wàn)件以上,比未涂層處理絲錐分別提高2倍-5倍。   3.工藝組合的多樣化   涂層的另一發(fā)展趨勢(shì)是工藝組合的多樣化。目前,單一涂層已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代螺紋切削(滾制)加工中日趨復(fù)雜的工況和復(fù)雜條件,為此,涂層多樣化的工藝組合便應(yīng)運(yùn)而生。首先是由單層涂發(fā)展涂層技術(shù)成多層涂。如CVD和PVD的工藝組合,滲氮(離子氮化)和PVD的工藝組合等均已獲得商業(yè)的應(yīng)用。該工藝運(yùn)用SKH55鋼內(nèi)六角螺栓沖頭壽命可達(dá)25萬(wàn)件-30萬(wàn)件,如M12外六角切邊模壽命最高可達(dá)80萬(wàn)件。   4.金剛石涂層   金剛石涂層是近幾年來(lái)研究成功的螺紋刀具技術(shù)之一。在目前已知的材料中,該晶體結(jié)構(gòu)具有最高的硬度和耐磨性,通常一件刀具就可以大批量生產(chǎn),在對(duì)鈦合金緊固件的加工中顯示了優(yōu)越的性能,它解決了鈦合金中的元素導(dǎo)致刀刃快速磨損和刀刃粘附的傾向。由于金剛石膜層存在熱穩(wěn)定性差的缺點(diǎn),有一定的局限性。近年來(lái),以SP2結(jié)構(gòu)為主的金剛石涂層(DLC)開(kāi)始了商業(yè)應(yīng)用,硬度可達(dá)到20-40GPa,它摩擦系數(shù)只有鋼的六分之一至十二分之一,在切削加工中有自潤(rùn)滑功能,可有效解決切削(滾制) 加工減少或免除切削液帶來(lái)的污染問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)微潤(rùn)滑和干切削,提升了螺紋加工水平。   5.結(jié)語(yǔ)   21世紀(jì)以來(lái),為適應(yīng)涂層技技術(shù)的飛速發(fā)展,涂層設(shè)備的發(fā)展也日新月異,整機(jī)的高度集成化,結(jié)構(gòu)的模塊化和運(yùn)作的智能化,不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備現(xiàn)代化,同時(shí)可滿足適時(shí)技術(shù)升級(jí)的需要,工藝日趨個(gè)性化,調(diào)節(jié)靈活,以及高穩(wěn)定性和高可靠性,可實(shí)現(xiàn)涂層的精益生產(chǎn)和清潔生產(chǎn),從而大大提高螺紋切削(滾制)刀具的技術(shù)水平。
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