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Oct 24 Fri 2008 11:10
銅及び銅合金www.tool-tool.com

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銅及び銅合金の種類

銅は人類が扱った道具の歴史の中で石器の次に現れた素材である。銅は柔らかく、展性、延性に富み、加工やリサイクルもしやすいことにより古代から道具、副葬品、武器、装飾品、構造補助材料として利用されてきたが、現在ではその電気導電性、熱伝導性等の特性を利用し電気・電子部品等、エレクトロニックス産業にはなくてはならない素材となった。

銅合金は、銅の硬度、切削加工性、強度、耐食性等の改善を目的に、すず、りん、硫黄、ニッケル等を添加したり、粉末冶金、ダイキャスト等製造方法の技術的進歩によりさまざまな目的に対応する素材が開発された。

おもな銅及び銅合金の種類には次のようなものがある。(JIS)

種　類	名　称	種　類	名　称
C1011	無酸素銅	C5111	りん青銅
C1100	タフピッチ銅	C6161	アルミ青銅
C1720	ベリリウム銅	C6782	高力黄銅
C2100	丹　銅１種	C7451	洋白
C2600	黄銅　1種
C3601	快削黄銅
C4621	ネバール黄銅

2. 銅及び銅合金への表面処理

銅及び銅合金は、一般的に純銅、黄銅、無酸素銅、リン青銅、すず入り銅、鉄入り銅、ベリリウム銅、快削黄銅等目的によりさまざまな種類が使用されている。銅は、多くの金属と合金を作りやすく、密着性の向上等下地めっきとしても用いられ、一般には単純な工程（脱脂、酸洗浄及びシアン洗浄、シアン化銅ストライクめっき、目的のめっき等）においても問題が少なくめっき加工しやすい素材といえる。

しかし、粉末冶金材料、ダイキャスト等はその製造法からくる表面状態、また快削黄銅等素材荒れの原因となる組成成分の化学薬品に対する反応性を考慮し前処理を行う必要があり、絞り、圧延、研摩加工等を行った部品は素材表面金属組織への異物の巻き込みによりめっき前処理で巣穴の発生、めっきでのぶつ、ざら、ピット、密着不具合が発生することがあるので注意が必要である。粉末冶金材料、ダイキャスト等については「７．焼結合金・金属焼結体」及び「　６. 亜鉛ダイキャスト・アルミダイキャスト・鋳物」を参照。

また、プリント基板(スルホール基板、銅張り積層板、独立パターン基盤等)の銅パターンへの変色防止、半田付性、対磨耗性等を目的に、電気めっきや、無電解めっきによりニッケルめっき等を下地に、金めっき、パラジウムめっき、ロジウムめっき等が行われている。

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工產業鑽石刀具等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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Oct 24 Fri 2008 11:03
鉄鋼　(鉄鋼一般・抗張力鋼・磁性鋼)www.tool-tool.com

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1. 鉄鋼への表面処理

鉄は、資源が豊富であり加工性、リサイクル性にすぐれ、道具として、また構造材料として人類の歴史の中で最も利用されてきた素材の一つである。鉄は長い経験と技術の進歩により「鋼」としてその応用範囲を広げ、さまざまな種類の鉄鋼が生み出された。しかしながら鉄鋼は錆びやすいという特徴があるため一部のステンレス鋼等を除きその表面に防錆処理(耐食性向上)として古くから塗装・黒色酸化皮膜処理・亜鉛めっき等が行われてきた。現在では耐食性以外に耐摩耗性、耐熱性、潤滑性、溶接性、塗装下地処理、美観等、高機能を付加させる目的で多くの表面処理が行われている。

2. 鉄鋼の種類と表面処理

鉄鋼には、大きく分けて炭素鋼、合金鋼、鋳鉄等があり、表面処理（めっき）においては耐薬品性、水素脆性等その材料の組成成分、加工履歴に注意する必要がある。

2-1. 純鉄、低炭素鋼、高炭素鋼

純鉄は、不純物が非常に少なく鉄に炭素が0.02％以下のものを言う、また、炭素鋼は、鉄に炭素が0.02～約2％含有する合金であり、けい素、マンガン、りん、硫黄などを含むとされている。

純鉄及び低炭素鋼への表面処理は前処理薬品によるマンガンや硫黄などの溶解性物質も少なく、低炭素のため水素脆性等の問題も少ないことから一般的な処理法である、溶剤脱脂、アルカリ脱脂（電解脱脂）、酸処理（光沢酸処理、スケール・スマット除去等を含む）、中和、めっき（電気めっき又は無電解めっき）の単純な工程（水洗・詳細は省略）にてめっきが行なわれている。

高炭素鋼は、水素脆性等の影響を受け易いため、めっきにおける酸処理においては希酸の使用、処理時間を短くする等注意が必要である。

また、焼きならし、焼入れ、焼き戻し等が行なわれる場合、表面にスケール、変色の強いものもありスケール等の除去には機械的処理（サンドブラスト、ホーニング等）、過マンガン酸カリウム浸漬等の化学的スケール除去剤を併用する場合がある。

2-2. 高抗張力鋼　(低合金鋼、マルエージング鋼)

炭素鋼に炭素以外の金属元素を少量添加して引張り強さ490N／mm2以上で靭性、加工性を向上させた鋼を言い、航空機材料において、低合金鋼ではクロムモリブデン鋼（（米国鉄鋼規格）AISI－4130等）、ニッケル・クロム・モリブデン鋼（AISI－4340等）、また、マルエージング鋼（18Nigrade200～300等）が利用されている。

高張力鋼へのめっきは水素脆性の影響を受けるためめっきにおける酸処理においては希酸の使用、処理時間を短くする等注意が必要であり、また、めっき後4時間以内にベーキング処理(温度・時間は規格により異なる)を行なう必要がある。

2-3. 磁性鋼

磁性材料は、下記に示すように軟磁性材料(変圧器、発電機等に利用)と硬磁性材料(小型モーター、OA機器、スピーカー、健康器具、文具等に利用)に大きく分けられる。

(1) 軟磁性材料(パーマロイ、けい素鋼)

軟磁性材料は、磁性体の内部磁束を利用し外部磁場に対し磁化されやすく、透磁率が高く、保磁力が低い。

(2) 硬磁性材料(アルニコ磁石、フェライト磁石、希土類磁石(サマリュウム・コバルト、)等)

硬磁性材料は、磁性体の外部へ作用する磁束を利用するもので、難磁性材料とは逆に保磁力が高く、外部磁場の影響を受けにくい。

磁性材料へのめっきは、電気導電性のある鉄系合金鋼では素材組成成分の特性を理解し前処理薬品の選定が適切であれば鉄鋼素材へのめっき法が適用できるが、すでに磁性を持つ素材は空気中、又は溶液中の鉄粉等の磁化されやすい塵を引き付けぶつやざら、等の欠陥を生じやすいため作業環境に注意を要す。(クリーンルーム、ろ過機の適用等) 可能であれば磁化させる前の素材をめっきするか、消磁処理を行ってからめっきすることが望ましい。

非導電性素材（フェライト磁石等）では、スパッタリングやイオンプレイティングの乾式めっきの他、セラミックスと同じように素材に適切なエッチング処理等を行い触媒活性化処理後無電解銅、ニッケルめっき等の湿式めっきを行なうことができる。

(写真:フェライト磁石 (湿式法による金めっき))

2-5. 非磁性鋼　高マンガン鋼、ステンレス鋼、超合金鋼

マンガン鋼は、マンガンを焼入性・強度の向上、脱酸素剤の目的で添加されるが高マンガン鋼は一般に11%以上を含むオーステナイト系非磁性の合金で電磁気材料、対摩耗性部品等に利用されている。マンガンは酸に対し水素ガスを発生し溶けやすいことからめっき及びめっきの前処理において素材の腐食、めっき皮膜の密着不具合、めっき後のしみ汚れの発生を引起しやすい。(めっき詳細はマンガン・モリマン(Ｍｏ－Ｍｎ)へのめっき参照)

ステンレス鋼は、クロム又はクロムとニッケルの合金鋼で一般にクロムを11％以上ふくむ鉄鋼をステンレス鋼という。ステンレス鋼はその金属組織によりマルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系、二相ステンレス(オーステナイト・フェライト系)、析出硬化型ステンレスに分類され、高耐食性、高強度、高耐熱性合金として構造材料の他、環境対応材料として利用価値が高まっている。マルテンサイト系、SUS404(13クローム系)等のステンレス鋼は磁石につくがオーステナイト系、SUS304等のステンレス鋼は一般に非磁性で磁石につかない。 (めっき詳細は３．ステンレス鋼　参照)

超合金鋼は、鋼の耐食性又は耐熱性を改善するため、合金元素を多量に添加し、鉄分が約50％以下となっている合金をいう。合金元素には鉄、ニッケル、コバルト等を基材とするもの、耐熱性酸化物粒子(セラミックス)をチタン、ニッケル、アルミニウム等の耐熱合金粉と分散合金化したもの(ODS)等が開発されており、耐高温腐食特性等の向上目的に表面処理が検討されている。

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Oct 24 Fri 2008 10:56
焼結合金・金属焼結体www.tool-tool.com

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１．焼結合金・金属焼結体等とは

焼結合金・金属焼結体は、何種類かの金属微粉末を混合し圧縮成型し融点以下の高温で金属粒子の拡散結合を行ったものである。

(粉末冶金法)

焼結部品は、量産化がしやすく、複雑な形状も作成でき寸法精度が良く複合材料部品や、混合金属種によってさまざまな特性を合金に持たすことができることから自動車エンジン、工具、OA・通信・電子部品、家電製品、精密機械部品、軸受け、宇宙航空機部品、液体・気体透過性の高い金属焼結体では、触媒、液体・気体フィルター等に利用されている。

添加される金属には、主原料となる鉄粉・合金鋼粉・銅粉等があり、超硬合金には炭化タングステン、鉄、コバルト、ニッケル粉等が、また、高耐食性を目的にチタン、タンタル、ジルコニュウム、モリブデン粉等が使用される。

最近は、急冷凝固法、メカニカルアロイング法、アトマイズ法等によりアモルファス合金、超耐熱合金、金属間化合物、などが作られている。

２．焼結合金・金属焼結体等への表面処理

焼結合金等への表面処理は、添加されている金属種の特性を考慮する他、焼結体の持つ表面の空孔(巣穴)の大きさ、程度により密着不良やめっき後のしみ、汚れ、変色の原因となるため超音波による脱脂洗浄を良く行った後、適切な前・後処理方法、使用薬品の選定を行い表面処理を行う。

鉄鋳物へのめっきには、電流効率がよく、水素ガスの発生少ない酸性亜鉛めっき、硫酸銅めっき等が有効であるが、場合によっては封孔処理として研磨や水ガラス・樹脂液等による真空含浸後の研磨・ブラスト処理を行う必要がある。

また、均一電着性にすぐれるシアン化銅ストライクめっきで空孔がふさがるまで厚くめっきを行ってから電気銅、ニッケルめっき等目的のめっきを行う場合と、活性化、触媒活性化処理等を行ってから無電解めっき法により銅やニッケルめっきを行う場合などがある。

ステンレス系素材で不動態化処理(パシぺーション)を行う場合は、脱脂洗浄後、素材に適合した規格(QQ-P-35、AMS-QQ-P-35等)にて処理を行う。

素材と目的によって表面改質・熱処理を行う場合は、浸炭防止、脱炭防止、部分改質目的のため銅めっきを30μm以上行ってから表面改質や熱処理後再び剥離を行う場合がある。

また粒度が比較的荒い、空孔率の高い気体又は液体透過性の焼結体素材の内部及び外部の両方に防食及び除菌・触媒活性体目的でめっき等の表面処理を行う場合は加圧浸透法によるめっきを行う。

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Oct 24 Fri 2008 10:48
ステンレス鋼　(ニッケル・クロム合金)www.tool-tool.com

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１．ステンレス鋼

ステンレス鋼は、クロム又はクロムとニッケルの合金鋼で一般にクロムを11％以上ふくむ鉄鋼をステンレス鋼という。

ステンレス鋼はその金属組織によりマルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系、二相ステンレス(オーステナイト・フェライト系)、析出硬化型ステンレスに分類され、高耐食性、高強度、高耐熱性合金として宇宙・航空機、船舶、自動車、建築、プラント等の構造材料の他、環境対応材料として精密機器、電気機械部品、装飾品、家庭用品に広く利用されている。

しかしながら、一般の鉄鋼と比較しコストがかかることが欠点となっている。

代表的なステンレス鋼の種類と特徴・用途

	種　類	特徴・用途		種　類	特徴・用途
マルテンサイト系	SUS403、SUS410 SUS416、SUS420 SUS429、SUS431 SUS440、	焼入れ硬化する,高強度、耐食性、高硬度、対摩耗性、タービンブレード、シャフト、ベアリング、刃物	二相・オ \|ステナイト系フェライト系	SUS329L1、SUS329J3L、 SUS329J4L	高強度、耐海水性、耐応力腐食割れ性に優れる。化学プラント等に利用
フェライト系	SUS405、SUS410L SUS429、SUS430 SUS434、SUS436L SUS444、SUS447J1	熱処理硬化しない、高耐食性、耐高温酸化特性、溶接・加工特性に優れる、建築、厨房、自動車、化学プラント等に利用	二相・オ \|ステナイト系フェライト系	SUS329L1、SUS329J3L、 SUS329J4L	高強度、耐海水性、耐応力腐食割れ性に優れる。化学プラント等に利用
オ\|ステナイト系	SUS201、SUS202 SUS301、SUS302 SUS303、SUS304 SUS305、SUS309S SUS310S、SUS316 SUS317、SUS321 SUS347、SUS384	延性、靭性に富む、冷間加工性、溶接性、耐食性に優れる。家庭用品、建築、自動車、原子力発電等広範囲に利用	析出硬化型	SUS630、SUS631 SUS631J1 17-4PH、17-7PH PH15-7Mo AM355	析出硬化性のチタン、アルミ、銅等を添加元素とし成形加工後に熱処理硬化させるため変形の問題が少ない、耐食性、溶接性に優れる宇宙・航空機、シリンダー、スプリング等に利用

２．ステンレス鋼への表面処理

ステンレス鋼は、銀白色で表面に生成する酸化皮膜によりさび難く耐食性があるため素材そのものでの利用価値が高い素材であるが導電性、接合性、耐摩耗性を目的に金、銀、ニッケル、無電解ニッケルめっき等が、反射特性を目的に金、銀、ニッケル、クロム、エッチング、黒色処理等が、ねじ等のかじり防止の目的で銀めっき等が、また更なる耐食性、耐指紋特性を目的に不動態化処理(パシぺーション)が、装飾を目的としたものでは、塗装接着性の向上を目的に陽極電解酸化、クロム酸・硫酸(りん酸)酸化等による浸漬着色、電解着色、めっき、スパッタリング、エッチング、熱処理等が行われている。

ステンレス鋼へのめっきは、一般的には表面の強固な酸化皮膜の除去を塩酸等の強酸中で陰極電解を行うか塩化ニッケルを主成分とするニッケルストライク(ウッド)浴にてストライクめっきを行いニッケルめっき又は目的のめっき・処理等を行うことができる。

３．水素脆性と応力腐食割れ

水素脆性とは、鋼中に吸収された水素によって鋼材に生じる延性又は靭性が低下する現象をいう。水素脆化は、腐食、溶接、酸洗、電気めっきなどの場合に生じることが多くこれらの原因によって生じた破壊を遅れ破壊ともいう。

水素脆性破壊は、引張り応力の掛かった場所、応力の集中する切欠き(ノッチ)部、結晶粒界で起こりやすい。

ステンレス鋼における脆性破壊は、フェライト系とオーステナイト系を比較するとフェライト系(13Cr系、体心立方構造)のものが起きやすく、オーステナイト系(SUS304、316等、面心立方構造)は起きにくい。

応力とは、加えられた力(外力)に対し材料内部に生じた力(内力)で、釣合った状態において単位面積当りの内力をいう。

これら応力は、垂直応力、せん断応力、引張り応力に分解される。

応力腐食割れとは、腐食と引張り応力との相乗作用によって金属材料に割れを生じる現象であり、腐食は素材組成状態や環境(温度、湿度、ガス雰囲気(Cl^-, SO₂, NH₃)、製品の状態等)により促進され引張り応力のかかった場所で破壊が生じる。

応力腐食割れは、ニッケル含有量の多い合金ほど起きにくく、モリブデンの添加は応力腐食割れ防止に有効とされている。

3-1. 素材と水素脆性

素材の硬度と抗張力の水素脆性における感受性は素材ごとに異なりまた表面処理、めっき種(工程)によっても異なるため水素脆性除去のためのベーキングは宇宙・航空機部品についてはAMS2759等に準じ行なわれている。

ベーキングを行なわなくてはならない素材には、400シリーズステンレス(マルテンサイト等)、析出硬化ステンレス、の他、炭素鋼、低合金鋼、浸炭、窒化、炭・窒化処理品等がある。

電気めっきおける鉄鋼材料では、硬度がHRC40以上、抗張力180ksi以上の高張力鋼は水素脆性を受けやすいため、めっき後4時間以内にベーキング処理を行なう必要がある。

(例: 炭素鋼、低合金鋼への銀めっき…温度191±14℃・3時間以上ベーキングを行なう

(参考　AMS2759、QQ-S-365参照))

次に、水素脆性を起こしにくいため、めっき後ベーキングの必要のない素材の1例を示す。

めっき後ベーキングの必要のない素材の1例

	材料名称		材料記号
耐食耐熱合金	ニッケル基	Inconel 718 Inconel X750 Inconel 600	AMS5589C, UNS NO7718、 AMS5664D, UNS NO7750等 AMS5582D, AMS5598C, UNS NO7750, AMS5668H等 AMS5540L, AMS5665L, AMS5580H, UNS NO6600等
	鉄基	A 286	AMS5525G, AMS5726B, AMS5804E, UNS S66286等
	コバルト基	MP159 MP35N	AMS5841C, AMS5842C, AMS5843C, UNS 30159等 AMS5758F, AMS5844E, UNS R30035等
	ニッケル-銅合金	Monel400	AMS4544F, AMS4574D, AMS4575D, UNS NO4400等
ステンレス鋼	オーステナイト系	ステンレススチール	SUS301, SUS302, SUS303, SUS304, SUS305, SUS309S SUS310S, SUS316, SUS317, SUS321, SUS321, SUS347 SUS384, SUSXM7等
非鉄金属	アルミニウム及びアルミニウム合金		A1050, A1200, A2014, A2017, A2117, A2218, A2024 A3003, A4032, A5005, A5052, A5154, A5056, A5083 A6151, A6061, A6063, A7075等

3-2. ベーキング有無の確認

ベーキング対象素材でも、ベーキングを行ったため素材の本来の目的と特性を損なう可能性のある場合もあり、工程、処理条件、ベーキング処理の有無を顧客と検討する必要がある。

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Oct 23 Thu 2008 16:02
微细钻头折断原因探讨www.tool-tool.com

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采用高速钢直柄麻花钻钻削微小孔(φ1mm以下)时，折断是钻头破坏的主要形式。由于钻头折断是突然发生的，事先难以预测，而折断了的钻头头部往往卡在未完成的孔中，很难取出，给生产造成了许多麻烦，也使自动化钻削微小孔难以实现。
在钻削过程中，钻头受到扭转、弯曲和压缩等三种载荷的组合作用，对钻头折断断口和受力情况进行研究，可以弄清钻头折断原因及各项载荷在钻头折断中所起的作用，从而采取必要措施，防止钻头突然折断。例如，应用钻削测力仪对造成钻头折断的主要载荷进行在线检测，当该项载荷增大到一定数值时，发出报警信号，使钻头退回，以避免钻头折断和钻削质量下降。

1 钻头断口观测与分析

对微细钻头折断断口进行显微放大观察发现，绝大部分断口都发生在钻头螺旋槽中部到根部之间，距切削刃较远。对着螺旋槽方向看，断口截面外法线与钻头轴线的夹角大约在40°～50°之间。图1为φ0.34mm的高速钢直柄麻花钻在钻削18Cr2Ni4WA低碳合金钢时的折断断口SEM照片。

图1 钻削低碳合金钢钻头断口
根据弹性力学及金属材料强度理论，非圆截面杆件自由扭转时，横截面上尖角处剪应力等于零，凹槽处剪应力最大(即危险点)，杆件横截面即为最大剪应力所在截面；剪应力最大点处的最大正应力所在截面为危险截面，该截面与最大剪应力所在截面之间的夹角为45°。因此，钻头受扭矩作用时最大剪应力发生在螺旋槽底部的横截面上，最大正应力所在的截面与钻头横截面之间的夹角为45°。由于实测钻头断口截面与钻头受扭转载荷作用时的危险截面方向基本一致，可以断定，扭转载荷过大是钻头折断的最主要原因。

2.钻头分别受扭、弯、压载荷作用时的断口实测与分析

为了验证以上分析的正确性，对φ0.34mm的高速钢直柄麻花钻分别按照理想的扭转、弯曲、压缩三种方式加载直至钻头破坏，将其破坏断口与钻削破坏断口进行比较。

钻头受纯弯曲载荷作用时，最大正应力发生于横截面上，钻头断口应与钻头横截面方向一致，这与实验结果相吻合(见图2)。

图2 钻头受纯弯曲载荷折断断口
钻头受压缩载荷作用时，将发生剪切破坏，断口应该是最大剪应力所在截面，它与钻头横截面呈约45°夹角。与受扭转载荷作用不同的是断口方位是随机的，与螺旋槽的位置无关，在与横截面呈45°夹角的任意位置均可发生，在这一系列斜截面上剪应力值相等。实测压缩断口截面与横截面成45°夹角(见图3)，与上述分析一致。

图3 钻头受压缩载荷折断断口
图4为钻头受纯扭转载荷作用时的破坏断口，与图1所示的钻头在钻削过程中折断的断口方位基本一致。扭转破坏断口有一个突出的特点，即对着钻头螺旋槽看时，断口截面与横截面成45°夹角，这也正是剪应力最大点处的最大正应力所在截面的方位。

图4 钻头受纯扭转载荷折断断口
3 微细钻头折断原因分析

微细钻头使用寿命的分散性很大，仍以φ0.34mm的高速钢麻花钻钻削18Cr2Ni4WA低碳合金钢为例，当孔深为2mm时，钻头寿命约在10～80mm 之间。使用显微放大镜对钻头切削刃进行观察发现，部分寿命较高的钻头折断前其后刀面有较明显的磨钝痕迹，而部分钻头在切削刃尚无明显磨钝痕迹的情况下就折断了，另有小部分钻头由于钻头材料内部有缺陷或是切削刃刃磨角度误差较大，其使用寿命尚不及10mm。可见，钻削过程中的一些随机因素对钻头使用寿命影响很大。

在正常钻削过程中各项载荷都在钻头的承载能力之内，而当钻削扭矩突然波动、超过其承载能力时，钻头便会折断。微细钻头钻芯厚度相对较大，钻芯厚度与钻头直径之比约为0.3～0.4(普通直径的钻头在0.2以下)，使得螺旋槽较浅，容屑、排屑能力较低，加之液体具有表面张力，切削液很难进入微小孔内，极易造成切屑堵塞，使钻削扭矩突然增大而使钻头折断。

可见，切屑堵塞、切削刃磨损导致钻削扭矩过大和钻头制造缺陷是微细麻花钻折断的主要原因。因此，在将微细钻头用于钻削加工前，应先对切削刃刃磨角度进行检测，剔除偏差过大的钻头；应用钻削测力仪进行钻削力在线检测时，应以钻削扭矩作为检测、控制指标。

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Oct 23 Thu 2008 11:46
金屬切削乳化液的合理使用www.tool-tool.com

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乳化液是目前生產中使用最廣泛的一種切削液。本文介紹了乳化液的組成，特別是它的淨化方法和廢液的回收處理工藝，最後還研討了延長乳化液使用壽命的問題。近幾年來，我國切削液生產發展較快，新產品不斷推出，但歸納起來，它們的基本成分都是由油、水和各種化學添加劑配製而成。生產中常用的切削液有切削油、乳化液和水溶液三大類。切削油潤滑和防銹性好，但冷卻和清洗性較差，切削時在切削區會形成油霧，造成環境污染，同時油資源消耗多，生產成本高。水基切削液的冷卻和清洗性較好，但防銹性較差。乳化液具有一定的潤滑性、冷卻性、清洗性和防銹性，是目前生產中使用最廣泛的一種切削液。但它的使用壽命短，廢液多，排放時水質污染較嚴重，因此必須進行淨化和廢液回收處理。現就乳化液的組成及其淨化方法，廢液的回收處理，以及如何延長乳化液使用壽命等問題，介紹如下。乳化液的組成及其淨化方法乳化液的組成乳化液是用礦物油、乳化劑（如石油磺酸鈉、磺化蓖麻油等）及添加劑預先配製好的乳化油，加水稀釋而成。因為油不溶於水，為了使兩者混合，所以必須加入乳化劑。乳化劑是一種表面活性劑，它的分子是由極性基團和非極性基團兩部分組成。前者親水，可溶於水；後者親油，可溶於油。把油在水中攪拌成細粒時，乳化劑分子能定向地排列吸附在油水兩界面上，把油和水連接起來，使分離的細粒不再因凝聚而浮游在水中，成為浮濁液。乳化液中含乳化油少，即濃度低的（如濃度為 3%~5%），冷卻和清洗作用較好，適於粗加工和磨削；濃度高的（如濃度為10%~20%），潤滑作用較好，適於精加工（如拉削和鉸孔等）。為了進一步提高乳化液的潤滑性能，還可加入一定量的氯、硫、磷等極壓添加劑，配製成極壓乳化液。乳化液的淨化方法近幾年來研究表明，如將切削液中的雜質（如碎屑、砂輪粉末等）從40μm降低到10μm，刀具耐用度可延長1~3倍。由於人們的肉眼看不見小於40μm 的微粒，所以當切削液中的雜質，尺寸小於20μm，常被人們所忽視，然而這些不可見的雜質對金屬切削加工有著不可低估的影響。在切削加工時，它們將進入到刀具前刀面與切屑以及刀具後刀面與工件接觸區的界面上，產生強烈摩擦，使切削溫度增加，並使刀具耐用度大大降低，同時使加工表面質量變差。因此，目前的研究認為，無論是精密加工，還是在鑽削、擴孔、鉸孔和鏜孔等普通加工中，為了提高刀具耐用度和可靠性，改善零件加工質量，均應使用淨化的切削液。此外，清潔的切削液還可防止微生物的生長。乳化液的使用壽命短、易變質，與在乳化液中微生物的生長有重要關係。在乳化液中微生物的繁殖十分驚人。乳化液含細菌量的標準是不超過1000個/mL，當細菌繁殖到大於0.1×105~1×106個/mL時，乳化液就會變質發臭，並會污染周圍環境，使空氣中含有硫化氫和二氧化碳等有害氣體，影響工人健康。保持乳化液的清潔可以將細菌繁殖降至最低。圖1 乳化液的多級過濾裝置 1和8—控制閥 2和5—漩渦分離器 3—溢流閥 4—密封箱 6—液壓泵 7—儲液箱 9—管路 10—磁性分離器 11—過濾箱 12—回收器乳化液的淨化處理就是將它在工作中帶入的碎屑、砂輪粉末等雜質及時去除。常用的淨化方法有：過濾法和分離法。過濾法是使用多孔材料，如銅絲網、布質網、泡沫塑料等製成過濾器，以除去在工作時乳化液產生的雜質；分離法是應用重力沉澱、慣性分離、磁性分離等裝置，除去在工作時乳化液產生的雜質。實際生產中常將幾種方法綜合使用。圖1所示即是一種乳化液的多級過濾裝置。它不僅製造簡單，結構緊湊，並且過濾效果好，能保證乳化液具有較高的清潔度。該裝置由液壓泵6、漩渦分離器2和5（粗濾5，精濾2）、磁性分離器10、高壓密封箱4、過濾箱11、貯液箱7、溢流閥3及控制閥1和8等組成。工作時，液壓泵6將乳化液從貯液箱7內抽出並壓入到第一級漩渦分離器5內，使乳化液中10~25μm的雜質被分離出來，然後充滿整個密封箱4並使箱內產生高壓。當壓力達到一定值後，乳化液被壓入到第二級漩渦分離器2內，進行精濾淨化處理，並將5~10μm的細小微粒分離出來。經過上述淨化處理後的乳化液便可引向機床工作區使用。而使用過的含雜質較多的乳化液，以及從漩渦分離器2和5中產生的沉澱物則通過回收器12的錐體流入到過濾箱11內。經過磁性分離處理，將其中含有切屑的雜質進行初步處理，然後再流回到貯液箱7內繼續使用。使用中，如需暫時切斷乳化液的供給（例如要更換加工零件），只要關閉控制閥，乳化液就會通過溢流閥3而流回到貯液箱7內，使整個過濾淨化系統不中斷工作。據報道，國外還研製出一種利用轉子——定子系統作為基礎的乳化液淨化處理裝置（俄羅斯專利發明號No 1503895），它是根據流動乳化液在通過變截面的孔時具有較大壓力降和速度梯度聲空現象原理，故能獲得高度瀰散細小的乳化液，乳化液中的微粒可破碎成 0.8~1.2μm。據稱，這是淨化乳化液最有效的一種裝置。廢乳化液的回收處理廢乳化液中含有大量礦物油料（例如配製一噸乳化油需用機械油600~800kg）及表面活性劑，過去由於對它的危害性認識不足，所以都採用直接排放。隨著工業的迅速發展，這種含油污水的排放量與日俱增。據不完全統計，中國大陸僅機械工業廢乳化液的日排放量已逾2億噸。含油污水造成的環境污染日益嚴重，嚴重地影響了水生動植物的生長、農業灌溉和人們的生活用水。此外，廢乳化液中的表面活性劑（乳化劑）由於其作用是使礦物油料高度分散在水中，所以更難清除，而且不少乳化劑有增加致癌物的作用，其危害性比分散的油污更為嚴重。因此，未經處理的廢乳化液不得任意排放。廢乳化液的回收處理，既符合環保要求，又可節約能源，降低生產成本。廢乳化液的回收處理工藝廢乳化液回收處理的工藝過程大致為：廢乳化液的集中→去除雜質→破乳→取油→水質淨化→取水樣化驗→廢水排放或供再循環使用。廢乳化液處理的關鍵工藝是要使油水分離，即破乳。也就是要將乳化液中的油滴，從水的包圍中分離出來，並使油滴相互聚集，然後借助於重力分離作用，使油、水分離開來。廢乳化液的破乳方法廢乳化液的破乳方法，主要有酸化法和聚化法兩種。酸化法就是往廢乳化液中加入酸（如鹽酸或硫酸）。所加入的酸可利用工業廢酸。由於在目前的乳化液配方中，多數選用陰離子型乳化劑（如石油磺酸鈉、磺化蓖麻油），所以遇到酸就會破壞，乳化生成相應的有機酸，使油水分離，而酸中氫離子的引入，也有助於破乳的過程。酸的用量是待處理乳化液重量的0.2%，濃度為37%；如果採用廢酸時，則酸的用量應適當加大。聚化法就是在廢乳化液中添加鹽類電解質（如0.4% 氯化鈣）和凝聚劑（如0.2%明礬），以達到乳化液破乳的目的。酸化法的優點是油質較好，成本低廉，水質也好，水質中含油量一般在20mg/L以下，化學耗氧量（COD）值也比其它破乳方法低；其缺點是沉渣較多。聚化法的優點是投藥量少，一般工廠均有條件使用，但油質較差。圖2 去除浮油的裝置 1—傳動機構 2—甩油盤 3—活塞泵 4—容器 5—油罐 6—斜槽圖3 廢乳化液回收處理流程示意圖 1—儲液箱 2—去除浮油裝置 3—儲酸槽 4—電凝器 5—水箱 6、9—儲油罐 7—液壓泵 8—油泵10、12—泵 11—破乳箱去除浮油的方法圖2所示為從乳化液的液面上去除浮油的一種裝置，它是利用浸在液體中旋轉著的甩油盤2來實現的。浮油黏附在盤上，利用刮板把油刮下來並沿著斜槽6流聚到油罐5中，然後用活塞泵3再將油從罐5中抽出並輸送到容器4中，甩油盤的旋轉是通過傳動機構1來實現的。廢乳化液回收處理裝置圖3為廢乳化液回收處理流程的示意圖。它是由貯液箱1、去除浮油裝置2、貯酸槽3、電凝器4、破乳箱11、貯油罐6和9，以及水箱5等組成。工作時，將使用過的廢乳化液先匯流集中到貯液箱1內，靜置一段時間，使其中的雜質（如碎屑、砂輪粉末等）沉澱於箱底，部分懸浮在液面上的油層利用去除浮油裝置2使其導入到貯油罐9內。沉澱過的乳化液用泵12吸入到破乳箱11內，而在吸管入口處應裝有銅絲網過濾器。破乳箱供乳化液破乳用，為此須從貯酸槽3中注入鹽酸或硫酸，以調整PH值（酸鹼值），並促使油、水分離，而飄浮在箱11中液面上的浮油用去除浮油裝置2也導入到貯油罐9中，然後用油泵8將其從罐9內吸出並送到貯運罐中。在破乳箱中破乳後的液體再用泵10輸送到電凝器4中，通過壓縮空氣的攪拌使其中油料成懸浮凝結狀被分離出來，並將它引入到貯油罐6內，而沉渣可從電凝器4的下端排出。經電凝器處理後的淨水引入到容器5中，然後用液壓泵7輸送到其它循環容器內供再循環使用或取水樣化驗，合格後即可排放。根據GB3551規定，工業污水排放標準須符合如下要求： PH值為6~9，化學耗氧量（COD）<100mg/l，含油量<10mg/l，懸浮物500mg/l。如取水樣化驗仍達不到排放要求，可> 延長乳化液使用壽命的方法乳化液使用壽命短，如不妥善管理，就會變質發臭，為了保證乳化液的質量及延長的使用壽命，乳化液應隨用隨配，不宜久藏。乳化液應置放在室內或有擋陽的地方，溫度應保持在2℃~27℃，貯液箱上要加蓋，以防灰塵等雜質落入，影響使用質量。註：菌數單位 × 106個/mL 表1 水的硬度對乳化液中細菌繁殖數的影響配製乳化液時應先將水放在配製桶內，再根據濃度要求將乳化油慢慢注入水中，一邊注入，一邊攪拌，使其形成均勻的乳化液。水溫不應過低，否則容易產生結塊現象。應注意的是，目前不少操作者在配製乳化液時，都是先用桶到倉庫內領取乳化油，然後直接放水稀釋，這樣不易使乳化油在水中攪拌均勻，難以保證質量。配制乳化液時還應注意水質硬度，水的硬度通常用每升中所含硬度礦物質碳酸鈣的mg數表示，即用ppm表示，水的硬度應在100~200ppm之間。硬度過大的水不但會影響乳化液的穩定性和防銹性，並會加快細菌的繁殖，見表1。為此，需進行軟化處理。如可加入洗滌蘇打NaCO3．10H2O或採用蒸餾水。國外常用淨水來配製乳化液。淨水實際上是去離子水。用去離子水配製的乳化液，在使用中沒有殘留物，不腐蝕機床和工件，而且乳化液不易變質，使用壽命長。但價格較貴，主要用於精密加工等有特殊要求的場合。乳化液應注意日常的維護與管理，要定期對水質、系統清潔度和系統液量進行檢測。系統清潔度對乳化液性能穩定十分重要，系統清潔主要是除油污。由於在生產過程中會帶走部分乳化液，所以每天要及時補充新液，使系統總液量不變。補液時，應注意倒入液槽的位置要低、速度要慢。必須指出，乳化液要經常不斷地循環使用，停機較長時間不工作的乳化液（如五一和十一國慶節放長假），仍需定時進行循環（至少應隔3~4天，開動液壓泵一次）、攪拌或通入空氣；或加殺菌劑、補充添加劑等，以防止乳化液中厭氧菌大量繁殖，導致乳化液變質。工作的乳化液還要定期檢測和調整它的濃度和PH值。乳化液的濃度通常為 5%~15%。濃度過高泡沫多，成本也高，刺激皮膚，冷卻性差；濃度過低，則防銹性、抑制細菌能力和潤滑性都變差。導致濃度下降的原因很多，如水質的硬度高、乳脂和油脂析出、細菌污染、乳化劑消耗、乳化液不穩定等，視情況須及時加以調整。乳化液的PH值應呈中性或略帶鹼性，即PH值應為7~9。當PH值小於6時，乳化液就不穩定，會起腐蝕作用。如果PH值下降，可加一些NaOH或蘇打，但不能加得太多。如果PH值上升，則應添加一些新配製的乳化液。研究表明，當PH值由12~14下降到8~9時，此時乳化液中細菌繁殖極快，應加入殺菌劑（如亞甲二氯化酚、乙二胺四酯酸EDTA等）。殺菌劑用於乳化液中，僅起一種衝擊性殺菌作用，所以要定期反覆使用，大約一個月左右加一次。但經常使用同一種殺菌劑，亦會造成細菌的抗藥性。為了延長乳化液的使用壽命，還可採用集中供液的方法。所謂集中供液就是將多台濕式加工的、使用相同的切削方式和材料的，每台機床上各自獨立的乳化液供給裝置，合併為一個供給系統，如圖4所示。圖4 乳化液集中供給示意圖 L—乳化液集中供給淨化裝置 L1—含雜質乳化液流 L2—深化乳化液流 C—內循環 M1、M2…Mn—機床集中供液由於採用了大循環、大流量、大行程液體回流，所以乳化液的熱量散發快，供液系統溫度低，並且在週末和節假日等停工期間還設有內循環（見圖4中C 回路），使大流量的乳化液能不間斷地流動，有效地抑制了細菌的生長，同時也易於對乳化液的性能指標（如PH值、濃度以及泡沫等）實現自動控制，確保乳化液的質量。此外，集中供液也便於污液的集中淨化處理，保護生態環境。中國大陸上海大眾汽車有限公司發動機廠對乳化液採用集中供液後，使乳化液的平均壽命比單機分散供液時提高了2.5倍，取得了顯著的經濟效益。但集中供液一次性投入的成本較高。實踐證明，乳化液只要正確供給、配製、存放、保管和殺菌，它的使用壽命即可大大延長。

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