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1、高速钢丝锥表面处理加工技术分析摘要现代高效丝锥加工如何适应迅速发展的当今世界，尽可能达到效率最高化、赢利最大 化、质量最优化，需要不断在关键技术上进行改进及创新。本文介绍了氧化处理、氮化处理 以及复合表面处理技术在高速钢丝锥中的应用以及发展趋势 关键词 机械加工 高速钢 丝锥 表面处理技术一、引言丝锥是在与丝锥的导程相匹配的 进给下，在底孔上形成螺纹的工具。（见附图1）而在丝锥加工中经常会遇 到一些问题。如因为是孔的加工，所 以容屑槽空间受到限制，切屑容易堵 塞，不能调整尺寸，需要回转和进给 的同步性，需要正传和逆转，尤其是 底孔的精度会严重影响丝锥的寿命。图1丝锥各部的名称丝锥是内螺纹加工中
2、不可或缺的 重要工具，无论是普通机床，还是先 进的数控机床（NC）、加工中心（MC） 和柔性制造系统（FMC），都在很大程 度上依靠丝锥才能完成内螺纹的加 工。丝锥的发展对提高内螺纹的生产 效率和加工质量有直接的影响。材料、 结构和几何形状是决定丝锥切削性能 的三要素，其中材料的性能起着关键 性作用。本文对高速钢丝锥表面处理 技术的研究现状及其发展趋势进行了 探讨。高速钢是一种加入了较多 W、 Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具 钢，其含碳量为0.7%0.15% （质量分 数），具有良好的韧性和成形性，可用 于制造几乎所有品种的刀具。但高速 钢材质的丝锥只能承受600C以下的 切削温度，切削
3、速度也只能达到（2025） m/min，故切削效率不够高， 它对淬硬钢和冷硬铸铁的加工也不能 胜任，且高速钢丝锥还存在耐磨性、 耐热性较差等缺陷。我公司制造的大 量零件，如桥壳、减壳、过桥箱、差 壳及平衡轴等都要进行较多的内螺纹 加工，高速钢丝锥已经难以满足我公 司内螺纹加工对丝锥越来越高的要 求。因此我公司决定对使用的高速钢 丝锥使用表面处理技术，处理后的高 速钢丝锥要求刃口锋利、表面硬度高、 富有韧性、表面处理后变形要小。另 外，还要具有红硬性和耐蚀性能，降 低零件加工后的粗糙度。二、表面处理的的种类及特征高速钢丝锥表面处理的目的是提 高工具性能：耐磨耗性，即提高表 面硬度，防止磨耗。抗熔
4、着性，即 防止被削材的熔着，烧伤。降低摩 擦系数，即降低被削材的摩擦热。而 我公司目前对高速钢丝锥表面处理的 种类则有：1、氧化处理：早在20世纪60年 代末氧化处理已经开始应用于高速钢 材料，它兼备了电镀、蒸发镀和溅射 镀的优点，其磨层致密均匀、附着强 度高、覆盖能力强、无脆性、处理温 度低，特别是可镀难熔金属及其化合 物，能成功地沉积多种超硬涂层。我 公司采用了高压蒸汽法，表面处理后 形成（0.010.03） mm的Fe3O4氧化膜 的处理层，减小了丝锥的摩擦系数， 增强了反熔着性，使得丝锥加工不锈 钢、低碳钢等易熔着的材料上的性能 得到大大提高。图2氧化处理(高压蒸汽法)X10002、氮
5、化处理：20世纪70年 代，等离子体渗氮技术开始应用于高 速钢材料。由于高速钢含碳量高，渗 氮时容易形成相，所得渗层硬度虽 高，但较脆，刃口易崩裂。因此，最 好能得到Y相层或纯扩散层，渗氮层 厚度最好控制在(0.030.05) mm。当 渗氮时间在(10-30 ) min，温度在 (480500)C，合理控制炉内气氛和 压力的情况下，获得的渗层深度在 0.03mm 左右，硬度在(1130-1200) HV0.1左右的无化合物层，此时高速 钢丝锥使用效果较好，尤其是磨耗性 大的被削材，如铸铁。图3氮化处理X4003、复合表面处理：随着生产效率 的提高，单一的表面处理技术越来越 难以满足丝锥的要求
6、，符合表面处理 技术开始应用于刀具的表面处理。SKH57高速钢丝锥在450C进行等离 子渗氮30min，获得0.04mm厚的扩散 层(没有形成化合物)，接着在同一反 应室中进行TiN涂层，所得涂层与基 体的结合强度高于未经渗氮处理的 TiN涂层。经过切削试验证实，等离子 体渗氮与TiN涂层复合处理的工具性 能显著优于高能离子溅射TiAlN涂层 工具。常用的TiN涂层技术表面呈金 黄色，处理层(0.030.05) mm,表面 硬度达到2000 HV0.1，大大提高了丝 锥的耐磨耗性，防止熔着以及提高了 耐热性，性能大大提高，尤其是易熔 着及易磨耗的被切削材，如碳素钢、 合金钢、调质钢等材料。而常
7、见的TiCN 涂层处理表面呈紫灰色，处理层(0.030.06) mm，表面硬度达到3000 HV0.1，同样大大提高了丝锥的耐磨耗 性，防止熔着以及提高了耐热性，使 得丝锥的使用性能在碳素钢、合金钢、 调质钢等材料上得到很大的提高，但 仍需要针对不同的材料选用不同的涂 层技术。图4 TiCN涂层处理X1000三、试验我公司技术人员对于不同的表面 处理方式的丝锥进行了试验验证，以 确认我公司丝锥在引用涂层技术后， 采用不同涂层技术的丝锥在相同的加 工状态下的性能对比。试验条件：丝锥：POT M12X1.5 被切削材：16Mn 切削速度：10m/min 底孔直径：（P10.5 攻丝长度：10mm
8、（通孔） 切削油：干式 试验机床：立式加工中心判定：折损30000无业理 氧化处理TiNSb理TiCNSb理图4丝锥加工数量直方图从直方图上可明显看出，相同的 加工条件下，TiN涂层处理和TiCN涂 层处理的丝锥使用性能明显优于无处 理和氧化处理的丝锥。但仍需要专业 的技术人员去判断，针对不同的加工 材料选用不同表面处理方式的丝锥。四、结论单一的表面处理技术和单一的表 面涂层越来越难以满足目前高速、精 密切削等先进切削加工技术对丝锥提 出的要求，多涂层和复合表面处理技 术在丝锥表面处理方面表现出极大的 优越性。丝锥表面处理开始采用复合 表面处理技术，实现成分、组织结构 的梯度过度，获得性能更好的涂层组 织，更高界面结合强度，在此基础上 减少操作环节，降低成本。复合表面 处理技术不仅适用于高速钢丝锥的表 面处理强化，而且由于预处理或后处 理使得涂层与基体的结合强度更高， 涂层组织材料性能更好。随着复合处 理研究的不断深入，基体、膜及其配 合不断优化、发展，复合处理在刀具 应用中的效果将更加，应用领域将会 进一步扩大。
