【齿轮刀具】金属切削刀具材料应具备哪些基本性能？

发布日期：2013-03-19 阅读次数：312次 在金属切削过程中，齿轮刀具的切削部分承受着高温、高压、摩擦、冲击和振动等恶 劣条件的影响。为了使切削过程顺利进行，刀具材料应具备以下基本性能。 高的硬度和耐磨性。齿轮刀具材料的常温硬度必须大于629則，而且必须高 于工件材料硬度307。以上，否则就无法切削。刀具材料还必须具备高温硬度，它 是刀具材料耐热性的重要指标。一般刀具材料的常温硬度的差别不是太大，由于 高温硬度的不同，而使切削速度相差几倍。显微硬度是刀具材料金相组织硬度的 指标。其中基体组织的硬度，硬质点的硬度、大小、数量和分布情况对刀具耐磨性 有显著影响。实践证明，刀具材料的硬度相差1出刀具的耐用度相差 1倍。所以说，刀具材料的硬度和刀具的耐磨性成正比的关系。刀具材料硬度大 小的顺序是:金刚石、立方氮化硼、陶瓷、金属陶瓷、硬质合金、高速钢。 较高的耐热性。刀具材料的耐热性，是指刀具切削时能承受高温，同时具 备抗氧化的能力。现代的高速切削和工件材料硬度高的切削，其切削温度可达 10001左右。为了满足在这种条件下能顺利切削，要求刀具材料的耐热性应在 900^以上。齿轮刀具材料耐热性大小的顺序是:立方氮化硼〉陶瓷〉硬质合金〉金刚石 〉高速钢。 足够的强度和韧性。刀具材料的强度一般是指抗弯强度，用表示。刀 具在切削时，要承受很大的切削力、冲击力和振动。如果刀具材料没有足够的强 度，在切削时就会造成脆性断裂和崩刃等现象，使切削无法进行。所以，在选择 数控刀具 材料时，除硬度等特性外，应尽可能选用抗弯强度高的刀具材料牌号。刀具材料 的抗弯强度大小顺序是:高速钢〉硬质合金〉陶瓷〉金刚石和立方氮化硼。
(斗）良好的工艺性。为了便于压制成形、机械加工、锻造、焊接、热处理，要求 刀具材料具有可加工性。 除上述基本性能要求外，还要求刀具材料抗黏结性好，以避免或减小刀具的微 粒被切屑和工件带走，从而影响已加工表面质量和造成刀具黏结磨损。再有刀具 材料的导热系数，直接影响切削区切削温度的高低。导热系数高的刀具材料，切削 区的温度就相对低，刀具耐用度就高。 北京哈成刃具销售有限公司专业经营刃具、齿轮刀具、数控刀具、数控铣刀、铣刀及钻头等。“专业资格，打造品牌”是哈成刃具的经营目标，“卓越质量，信赖价格”是哈成刃具的经营宗旨。哈成刃具在机械五金领域拥有人才、资源、网络、规模、经验的巨大优势和影响力，成为具有高度竞争力和领先性优势的全新创业组织。

　　齿轮内孔和齿轮轴外圆，经渗碳淬火后， 硬度达50 ～62HRC。一般采用渗碳淬火热处理前留余量，渗碳淬火热处理后磨削加工至图样要求的工艺方法；采用渗碳淬火热处理前留余量，渗碳淬火热处理后，用CBN刀片车削至图样要求的方法。齿轮和齿轮轴配合处内孔和外圆有较高的精度要求，渗碳淬火热处理前留余量，渗碳淬火热处理后磨削加工的方法，磨削工序生产成本较高，生产周期长。渗碳淬火热处理前留余量，渗碳淬火热处理后用CBN刀片车削方法加工出的工件， 其表面粗糙度、形位精度不稳定，不能量产，经济性差。
　　磨削加工是目前较为普遍的加工工艺，能保证零件加工精度，但生产效率低，不环保，产品交货期长，在市场经济环境下竞争优势不明显。

车削加工方法分析
　　CBN刀片硬度高，相比加工硬度低的材料，刀具需更硬、更耐磨、强度更大。切削本身是一种碰撞、摩擦及挤压的过程，并且产生大量热，尤其是刀尖部分温度最高。

　　直接用CBN刀片进行半精车、精车加工，刀尖圆角极易出现后角磨损的情况，甚至出现圆角崩塌等不良情况。
　　工件表面会因刀尖角磨损、刀具刃口失效无法保证加工精度。工件表面也会因刀尖角磨损， 切削时无法进行切屑、排屑、断屑，而使表面粗糙度质量变差。

　　加工直径100mm、长度86mm内孔，可加工62件，其中6件表面粗糙度值a=3.6～4.5μm，11件精度超差。因此用CBN刀片车削，虽能达到硬车目的，但质量不稳定，不能量产，发挥不出经济效益。
　　在车床上采用CBN车削技术，加工高硬工件可成倍提高效率，目前国内针对淬火后高硬度钢件加工有以下CBN刀具牌号：KBN100 和KBN200

精车采用CBN刀片硬车。常见的硬车齿轮刀具牌号有KBN100，和KBN200 刀具牌号分别针对连续和强断续加工工况。CBN刀片需选用带后角刀片，一般7°即可，配合正前角车刀杆使用，因加工表面粗糙度值a需低于1.6μm，刀尖角应选用0.4mm以上，切削时的每转进给应控制在0.04～0.08mm/r，线速度应控制在60～80m/min，切深应控制在0.1～0.2mm。为保证精车一刀即达图样要求，应试车一小段距离，确认精度后，精车至图样要求。精车时加高压切削液，效果更佳。

单个刃口加工直径100mm、长度86mm内孔，可加工151件，其中151件表面粗糙度值a=1.0～1.6μm，无零件精度超差。生产效率较磨削提高了68%～75%，单件加工成本降低48%左右；较单用CBN进行半精车、精车提高38%～50%，单件加工成本降低52.5%左右，且质量稳定，满足批量生产要求。

汽车齿轮的加工刀具选择

　　目前，市场上有三种刀具材料，分别是涂层硬质合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具，涂层硬质合金刀具虽说硬度和强度在一定程度上高于未涂层的硬质合金刀具，但由于表面的耐磨层较薄，长时间的加工致使表面耐磨层用完之后，所表现出来的性能和未涂层的硬质合金刀具一样不耐磨。大批量加工时不建议选择涂层硬质合金刀具，影响加工效率，小量或少量加工齿轮时，在不影响加工效率的情况下，可选择合适的涂层硬质合金刀具。

　　陶瓷刀具就不用说了，脆性大，不能断续切削众所周知，并且适合精车工件硬度在HRC45-55之间，所以在没有断续切削，余量小时选择陶瓷刀具较经济。

　　立方氮化硼刀具相较于以上两种刀具，不仅硬度，强度高，而且耐磨性好，虽说传统的立方氮化硼刀具脆性大是不争的事实，但相较于陶瓷刀具来说还是具有一定的抗冲击性能。还有就是我国研制的非金属粘合剂立方氮化硼刀具，解决了立方氮化硼只能用于精加工工序的难题。

　　下面就简单介绍一下非金属粘合剂立方氮化硼刀具是如何加工齿轮的。
　　
非金属粘合剂立方氮化硼刀具精加工齿轮的方案

　　齿轮在精加工时加工余量一般在0.3mm以内，我国刀具行业针对其加工余量，使用性能及质量要求，研制出精车齿轮的非金属粘合剂立方氮化硼刀具KBN150材质和KBN200材质，以上两种刀具牌号均属于焊接式立方氮化硼刀具，吃刀深度控制在0.3mm以内效果 好。其主要区别在于工况不同，选择的刀具牌号不同，下面就简单介绍一下不同的工况如何选择正确的刀具材质。

　　（1）连续切削工况：选择KBN150材质（如下图），KBN150牌号硬度高，耐磨性和耐崩损性良好，适合高速精加工连续切削工况，切削参数:ap≤1mm，Fr=0.05-0.35mm/r，Vc=60-250m/min。

　　加工案例：加工硬度HRC58-63之间的齿轮（如下图），刀具材质：KBN150；切削参数：ap=0.2mm，Fr=0.1mm/r，Vc=180m/min。加工工序：干式切削。加工效果：刀具寿命不仅是陶瓷刀具的4倍，而且生产节拍只有陶瓷刀具的40%。

　　（2）断续切削工况：就是齿轮端面有群孔或内孔里面有槽等属于断续切削。此工况选非金属粘合剂立方氮化硼刀具KBN2000材质，此材质不仅硬度高，耐磨性好而且抗冲击性强，耐磨损和耐磨崩损性兼具，并且多刃口数量，降低刀具费用。

　　加工案例：加工硬度HRC58-63之间的齿轮端面，刀具材质：KBN200材质；切削参数：ap=0.25mm，Fr=0.1mm/r，Vc=120m/min。加工方式：干式切削。加工效果：与欧系PCBN刀片相比，不仅刀具寿命长，而且工具费只有欧系PCBN刀片的1/2。