공구강 다이 및 절삭 공구용 이온 주입
이온 주입은 완성된 공구의 최외층에 코팅을 입히지 않고 질소를 침투시킵니다. 하전된 이온은 고진공 상태에서 높은 에너지로 강에 가속되어 표면 아래 0.25~25 nm(2.5~250 Å)에 정지하므로, 이 처리는 표면 자체의 조성을 변화시킵니다. 공구 위에 아무것도 추가되지 않으므로 박리될 코팅이 없고, 가공 시 고려해야 할 엣지 축적도 없습니다. 이 페이지의 표는 주입된 공구, 다이, 금형 및 롤러의 측정된 수명 변화를 부품별, 에너지별로 보여줍니다.
공정이 강에 미치는 영향
선택된 원소의 하전된 이온 빔이 형성되어 고진공 상태에 놓인 공구 표면을 향해 가속됩니다. 이온은 고체를 관통하여 최상부 수 나노미터 내에 정지합니다. 출처는 이것이 코팅 공정이 아니라고 명확히 밝힙니다. 강 위에 별도의 층이 존재하는 것이 아니라 표면 근처의 화학 조성이 변화하는 것뿐이며, 따라서 이 처리는 공구 치수를 변화시키지 않고 파괴될 수 있는 계면을 생성하지 않습니다. 공구강에 가장 흔히 주입되는 원소는 질소이며, 이를 통해 개선하려는 특성은 응착 마모와 미끄럼 마모입니다. 티타늄과 탄소도 스탬핑 및 절삭 공구에 주입되어 사용 수명을 향상시켰습니다.
주입된 공구의 공구 수명 결과
표 6은 기계 가공, 태핑, 절삭, 성형, 사출 및 압연 전반에 걸친 출처 결과를 정리한 것입니다. 표에서 가장 큰 배수는 탭에 해당합니다. 4140 강을 절삭하는 HSS 탭은 50 keV에서 질소를 주입했을 때 미처리 탭 수명의 10배를 얻었으며, 동일한 탭 강재는 동일한 공작물에서 80 keV에서 3배를 얻었습니다. 다이와 금형은 범위의 중간에 위치하며, 321 스테인리스 강에 사용되는 D2 성형 다이는 2배 수명, 이산화티타늄과 고무를 성형하는 D6 다이는 6배, 폴리머를 성형하는 D2 금형은 5배입니다. 압연 서비스에 사용되는 H13 롤러는 원래 수명의 5배를 얻었습니다.
| 부분 | 부품 재질 | 프로세스 | 피삭재 | 이온 | 에너지, keV | 효과 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 공구 인서트 | TiN 코팅 공구강 | Machining | 4140 | N | 80 | 3× 수명 |
| 탭 | HSS | 태핑 | 4140 | N | 80 | 3× 수명 |
| HSS | 태핑 | 4130 | N | 80 | 5× 수명 | |
| HSS | 태핑 | 4140 | N | 50 | 10× 수명 | |
| M35 | 태핑 | . . . | N2 | 200 | 4× 수명 | |
| M7 | 태핑 | . . . | N | 100 | 2× 수명 | |
| 절삭 블레이드 | M2 | 절삭 | 1050 | N | 100 | 2× 수명 |
| M2 | 절삭 | SAE 950 | N | 100 | 4× 수명 | |
| 다이 | D2 | 성형 | 321 SS | N | 80 | 2× 수명 |
| M2 | 성형 | 강종 | N | 100 | 2-12× 수명 | |
| M2 | 성형 | 1020 | N | 100 | 효과 미미 | |
| D6 | 성형 | TiO2 및 고무 | N | 100 | 6× 수명 | |
| 금형 | D2 | 성형 | 폴리머 | N | 50 | 5× 수명 |
| 롤러 | H13 | 압연 | 강종 | N | 100 | 5× 수명 |
출처: ASM Handbook Volume 5, Surface Engineering의 Specialty Steels의 Surface Engineering 표 6.
효과가 없는 행
표 6의 한 행은 100 keV에서 1020 강을 성형하는 M2 다이에 대해 효과 미미를 보고합니다. 동일한 표 내의 대비는 유용합니다. 동일한 M2 다이 강재가 동일한 에너지에서 다른 공작물을 성형하고, 한 경우에는 2~12배 수명의 편차를 보이는 것은 결과가 공구강 자체보다 공구 표면의 마모 메커니즘을 따르는 것을 보여줍니다. 주입은 응착 마모와 미끄럼 마모를 목표로 합니다. 치핑, 균열 또는 열 피로로 파손되는 다이는 다른 이유로 파손되는 것이며, 주입된 표면층은 그 파손을 해결하지 못합니다.
수치가 전제하는 것
각 행은 고유한 공구 형상, 표면 조도, 기계 및 절삭 데이터를 가진 서로 다른 실험실 또는 생산 현장에서 나온 것이므로, 배수는 합산할 수 없으며 공구강 간의 순위가 아닙니다. 메커니즘에서 두 가지 실용적인 점이 도출됩니다. 이 공정은 직선 가시선 진공 작업이므로, 마모되는 면이 이온 빔에 노출되어야 하는 면입니다. 또한 효과는 최외부 나노미터에 존재하므로, 처리 후 연삭이나 연마는 금속과 함께 주입층을 제거합니다. 따라서 이 처리는 공구 공정의 마지막, 완성된 형상에 적용됩니다.
출처: ASM Handbook, Volume 5, Surface Engineering, ASM International, 1994.