涂层技术与螺纹切削(滚制)刀具的互动发展
发布时间:2007-05-24
发布者: 张力 专家
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  1.前言   近几年来,在经济全球化背景下,使我国的紧固件行业获得了空前发展的机遇,而螺纹切削刀具成了提升紧固件技术水平的关键之一。由于螺纹加工要求的日趋提高,高速、高效、环保成为紧固件加工的追求目标,被加工材料的能耗不断提高,对螺纹切削加工提出的特殊要求,如滚制加工硬度≥40HRC以上的高强度螺纹。总之,螺纹切削(滚制)刀具中的个性化特点日见显现。 纵观螺纹刀具切削或滚制失效的大量实例可见,大部分的失效损坏往往与材料表面的物理、化学、机械等状态构成的表面性能分不开。况且,高速切削加工中对刀具材料的表面性能的要求越来越高,这就有力地推动了气相沉积技术等表面工程技术的研究,结果表明,可通过材料表面改性技术的方法来赋予螺纹切削(滚制)刀具表面的综合切削性能。作为刀具材料表面涂层技术之一的化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)工艺技术,已在紧固件行业应用方面取得了十分理想的效果。目前,在冷作模具中的硬质合金冷镦模芯、冷挤压模套,涂层技术应用已占到10%-30%,其中PVD由于其工艺温度低,不会影响模具基体的性能,且工艺方案变化的多样性,应用日趋广泛。   2.膜系材料的多元化   当前,现代螺纹切削(滚制)刀具涂层技术发展的趋势是膜系材料的多元化.例如,在YG20C硬质合金涂层工模具中应用最多的TiAlN三元涂层,并可通过调整Al元素的成分比例来获得不同的膜层性能,≥M24螺母冷镦模具顶棒、内孔冲头,寿命可达到15万-20万件。如在Ti-N中加入碳元素,通过碳原子的固溶和析出,可形成Ti(C,N)三元涂层,与Ti-N的单一涂层相比,这些多元涂层具有良好的综合性能,提高了抗氧化温度和耐磨性,又有低的摩擦系数。9CrSr和W6Mo5Cr4V2钢M12- M22丝锥分别进行三元涂层,通过合理地刃磨刃口攻螺母,寿命分别可达3万和10万件以上,比未涂层处理丝锥分别提高2倍-5倍。   3.工艺组合的多样化   涂层的另一发展趋势是工艺组合的多样化。目前,单一涂层已无法适应现代螺纹切削(滚制)加工中日趋复杂的工况和复杂条件,为此,涂层多样化的工艺组合便应运而生。首先是由单层涂发展涂层技术成多层涂。如CVD和PVD的工艺组合,渗氮(离子氮化)和PVD的工艺组合等均已获得商业的应用。该工艺运用SKH55钢内六角螺栓冲头寿命可达25万件-30万件,如M12外六角切边模寿命最高可达80万件。   4.金刚石涂层   金刚石涂层是近几年来研究成功的螺纹刀具技术之一。在目前已知的材料中,该晶体结构具有最高的硬度和耐磨性,通常一件刀具就可以大批量生产,在对钛合金紧固件的加工中显示了优越的性能,它解决了钛合金中的元素导致刀刃快速磨损和刀刃粘附的倾向。由于金刚石膜层存在热稳定性差的缺点,有一定的局限性。近年来,以SP2结构为主的金刚石涂层(DLC)开始了商业应用,硬度可达到20-40GPa,它摩擦系数只有钢的六分之一至十二分之一,在切削加工中有自润滑功能,可有效解决切削(滚制) 加工减少或免除切削液带来的污染问题,实现微润滑和干切削,提升了螺纹加工水平。   5.结语   21世纪以来,为适应涂层技技术的飞速发展,涂层设备的发展也日新月异,整机的高度集成化,结构的模块化和运作的智能化,不仅实现了设备现代化,同时可满足适时技术升级的需要,工艺日趋个性化,调节灵活,以及高稳定性和高可靠性,可实现涂层的精益生产和清洁生产,从而大大提高螺纹切削(滚制)刀具的技术水平。
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