如何选择刀具切削加工淬火硬钢

一、淬火钢的定义及加工特点
淬火钢是指钢件经过热处理后获得马氏体组织，其硬度(大于HRC50) 高，强度也高，几乎没有塑性的一类钢件。
淬火钢的切削加工特点：（1）硬度高、强度高，塑性接近0；（2）切削力大、切削温度高；（3）不易产生积屑瘤；（4）导热系数低。
由于淬火钢具有良好的使用性能，广泛应用于交通行业，风电行业，机床行业，模具行业等领域，典型零部件有齿轮，齿轮轴，轴承，滚珠丝杠，同步器，模具等。

二、淬火钢的热处理工艺
淬火钢之所以具有良好的使用性能，热处理是不可避免的工序，淬火钢常见的热处理工艺包括退火，淬火，回火。退火是在在切削加工之前，目的是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力。淬火、回火是一起的，淬火后直接回火，在精加工之前进行，淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好准备等。回火的目的主要是：消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。
经过热处理之后，工件的硬度一般在HRC45以上，有的甚至达到HRC60以上，不同的工件，工作性质不同，故热处理后的硬度也不同，如汽车变速箱齿轮热处理后的硬度一般在HRC58-63之间，回转支承轴承热处理后的硬度在HRC47-55之间，滚珠丝杠热处理后的硬度一般在HRC60-62之间。

三、淬火钢的机械加工工艺
淬火钢经过热处理之后需精加工，保证图纸要求尺寸和表面粗糙度，但热处理后的淬火钢件硬度高难加工，部分工件属于断续切削或表面精度要求高，常采用磨削方式来提高工件精度，下面就简单介绍几种淬火钢的机械加工工艺。
齿轮的加工工艺：下料—锻造—正火—粗车—调质热处理(淬火+高温回火)—精车—齿面磨削加工--检验入库。
滚珠丝杠的加工工艺：下料—锻造—退火—切削加工—热处理—磨削加工—检验入库。
汽车半轴的加工工艺：下料—锻造—正火—车削加工—拉花键—热处理—磨削加工。
从加工工艺来看，以上几种淬火钢件均需要磨削加工来保证图纸要求，齿轮是由于属于断续切削，车刀无法加工；而滚珠丝杠和汽车半轴就属于表面精度高，采用磨削方式来达到表面光洁度。

四、采用以车代磨工艺切削加工淬火钢
随着切削技术的不断发展，刀具行业依次研制出涂层硬质合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具，车削代替磨削做为最终加工工序，实现以车代磨工艺。下面就简单介绍一下这三种刀具的性能。
涂层硬质合金刀具：是在韧性较好的硬质合金刀具上电镀一层耐磨材料，比未涂层的硬质合金刀具性能硬度高，耐磨性好，但涂层的厚度一般在2～18μm，耐磨层较薄，长时间的加工致使耐磨层磨损，耐磨层磨损完之后的加工性能和未涂层的硬质合金刀具无异；或者遇到断续时涂层硬质合金刀具刃口崩裂，导致磨损加剧，换刀频繁，影响加工效率，增加刀具成本。
陶瓷刀具：与涂层刀具相比性能较好，但脆性大是众所周知的缺点，不能断续切削和大余量车削，适合精加工硬度HRC45-55之间的淬硬钢件。
立方氮化硼刀具：由于硬度仅次于金刚石刀具，和金刚石刀具统称为超硬刀具。除了硬度高之外，耐磨性好，但和陶瓷刀具的缺点一样脆性大是不争的事实。我国刀具行业通过不断的努力和研究，研制出非金属粘合剂立方氮化硼刀具，解决了立方氮化硼刀具只能用于精加工工序的问题。
我国针对淬火钢不同工件的不同性能，和涂层硬质合金，陶瓷刀具加工淬硬钢时出现的问题，研制出相对应的刀具材质。
下面就简单介绍一下我国切削加工淬火钢的刀具材质及切削参数。

四、我国刀具切削加工淬火钢的刀具材质及切削参数
（1）我国刀具切削加工齿轮钢的刀具材质及切削参数
在加工齿轮钢时常出现两种工况：连续切削和断续切削，我国针对两种工况研制出BN-H11材质，BN-H20材质和BN-S20材质。加工方案如下：
连续切削：选择BN-H11材质(如下图)，属于焊接式立方氮化硼刀具，吃刀深度控制在0.3mm以内。切削参数：ap≤1mm，Fr=0.05-0.35mm/r，Vc=60-250m/min。
断续切削：选择BN-H20材质（刀片图样和BN-H11材质相同），属于焊接式立方氮化硼刀具，耐磨损性和耐崩损性强，吃刀深度控制在0.3mm以内。切削参数：ap≤1mm，Fr=0.05-0.35mm/r，Vc=60-250m/min。
还有一种断续切削属于大余量车削，由于大型工件热处理后的变形量大，加工余量≥2mm，并且属于强断续切削，此类情况选择我国研制的BN-S20材质，此牌号属于整体式立方氮化硼刀具，吃刀深度无上限，可吃满整个刀片。
下面简单介绍一下我国立方氮化硼刀具加工齿轮钢的案例：

（2）我国研制的刀具加工轴承钢的案例
轴承钢可以说是无处不在，不同的轴承使用性能不同，故轴承钢的材质也不同，我国针对轴承钢的不同工件研制出不同的刀具材质，分别有BN-S200材质和BN-H11材质。其中BN-S200材质属于整体式立方氮化硼刀具，BN-H11材质属于焊接式立方氮化硼刀具，刀片图样如下图：
以上两种刀具材质均属于精加工工序，切削参数为：ap≤1mm，Fr=0.05-0.35mm/r，Vc=60-250m/min。如精加工轴承钢时余量≥2mm，选择我国刀具BN-S20材质。
五、总结
随着现代技术的不断发展，越来越多的淬火钢件出现在机械加工车间，机械制造商一直在寻找高效率低成本的车削刀具，这对于刀具行业来说，只有不断研发出高性能高质量的刀具材料或刀具材质，才能占领刀具市场，并进一步推动中国制造业的发展。

所谓淬火钢，就是热处理后的钢件材质，一般经过热处理后硬度在HRC50以上，属于加工中的高硬度材料之一。
目前，可切削加工淬火钢的刀具有硬质合金刀具、陶瓷刀具、CBN刀具三种。
硬质合金刀具：硬质合金刀具是目前市面上最为常见的刀具，如果单件偶尔性生产淬火钢工件，可用合适牌号的普通硬质合金刀具进行加工，同时注意淬火钢硬度HRC45以下使用。
陶瓷刀具：陶瓷刀具使用时车削速度可比硬质合金提高2～5倍，适合高硬度材料加工、精加工以及高速加工。对于硬度在HRC45-55度的淬火钢精车可以选用陶瓷刀具，但要注意尽量避免断续切削。
CBN刀具：CBN刀具是目前加工淬火钢的理想切削刀具，CBN的硬度和耐磨性仅次于金刚石，有极好的高温硬度，与陶瓷刀具相比，冲击强度和抗破碎性能较好。它广泛适用于淬火钢(HRC55以上)切削加工。
如使用CBN刀具连续精车齿轮内孔，工件材质为20CrMnTi，硬度为HRC58~62，采用BTS6000牌号、CNGA1204型号CBN刀片，切削参数为：Vc=120-160m /min，ap=0.15-0.3mm，f=0.05-0.15mm/r。较某品牌硬质合金刀片，刀具寿命提高6倍，加工效率提高3倍。

　　淬火硬料用什么车刀(高硬度高耐磨刀头)，车加工淬火件（淬火料，淬火硬料，热处理后钢材）用什么车刀，解决普通刀具不耐磨、易崩刀（崩刃、掰刀、掉刀头）的问题，选用立方氮化硼超硬车刀——KBN700，KBN150和KBN200牌号，分别用于淬火件（淬火料，淬火硬料，热处理后钢材）的粗加工和精加工，能有效提高加工效率，节约生产时间，减少生产成本。该车刀还可镗加工调质钢、氮化钢、渗碳钢（热后加工，热后硬车），模具钢（淬火后，调制后加工）等高硬度淬火件，硬度值在HRC45以上（HRC58，HRC60，HRC62，HRC65等）的淬火硬料。

　　淬火件（淬火料，淬火硬料，热处理后的钢材）车加工时，由于硬度高、强度高、几乎没有塑性，当硬度达到HRC50-65时，属于难加工材料；切削力大、切削温度高，刀刃易崩碎、磨损。

车加工淬火件（淬火料，淬火硬料，热处理后钢材）用什么车刀型号，

精车刀片型号有：CNGA120408，CNGA120404，WNGA080404，CCGW09T304，TNGA160408等，配备通用数控机夹刀杆；粗车刀片KBN700的常用车刀型号有：RCMX120700，RCMX120800，SNMN090404，SNMN090408，SNMN120712，SNMN120708，SNMN150716，SNMN150712。可用于淬火件（淬火料，淬火硬料，热处理后钢材）车外圆、车内孔

粗车刀片为整体不带孔CBN刀片，需配备专用装夹刀杆，常用刀方尺寸有：20*20,25*25,30*30,35*35,40*40。

　　车加工淬火件（淬火料，淬火硬料，热处理后钢材）用多大的转速和进给量，吃刀量设定多少合适，刀具车加工淬火件（淬火料，淬火硬料，热处理后钢材）的切削参数推荐：

　　车加工淬火件（淬火料，淬火硬料，热处理后钢材）的实际案例：

　　（1）KBN700牌号PCBN刀片车加工淬火件

　　（2）KBN200牌号PCBN刀片车加工淬火件

　　（3）KBN150牌号PCBN刀片车加工淬火件

淬火钢也就是淬火后的钢件，硬度一般都在HRC45以上，如齿轮钢20CrMnTi渗碳淬火后硬度HRC58-62之间，轴承钢GCr15淬火后硬度HRC60-62之间，模具钢H13淬火后硬度HRC65，还有其他，如42CrMo，20Cr等硬度都很高，目前加工淬火钢的刀具有涂层硬质合金刀具，陶瓷刀具和CBN刀具。
对于硬度在HRC45以下渗碳淬火钢件，低成本的涂层硬质合金可实现低速车削，价格还比较便宜。
对于硬度在HRC45以上渗碳淬火钢件，大批量生产时用陶瓷刀具和CBN刀具更经济。
加工渗碳淬火钢时，陶瓷刀具和CBN刀具可以同时选择，因此进行成本效益和加工质量分析非常必要，以确定哪一种材料更经济。陶瓷刀具脆性大，主要用于连续加工，CBN刀具BN-H05同样也可以连续加工，因此客户可进行分析对比，确定哪个更经济就选择哪个。
但断续加工渗碳淬火钢时，就不建议用陶瓷刀具，脆性大遇到断续易崩刀，此时选择CBN刀具比较好，轻微断续用BN-H10CBN刀具，强断续加工用BN-H21CBN刀具，如大型渗碳淬火钢淬火后变形量大于1mm，且切削余量不均匀的情况下，用BN-H200CBN刀具，如果渗碳淬火钢件余量大于2mm及以上余量，则用BN-S20CBN刀具，大余量切削不崩刀更耐磨。