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精加工淬火钢时刀具材料的选择
华菱超硬材料有限公司
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一、淬火钢的切削特点及精加工淬火钢的工艺
（1）淬火钢的切削特点：淬火钢是指金属经过淬火后，组织为马氏体，硬度大于HRC50的钢。它在难切削材料中占有相当大的比重。淬火钢在切削时有以下特点：(1)硬度高、强度高，几乎没有塑性（主要切削特点）；(2)切削力大、切削温度高；(3)不易产生积屑瘤；(4)刀刃易崩碎、磨损；(5)导热系数低。
（2）精加工淬火钢的工艺变化：淬火钢精加工时因为工件淬火后硬度提高，按照传统的精加工方法就是用磨削方法来达到最后尺寸精度和光洁度要求的，但磨削效率太低。随着各种新型刀具(如硬质合金涂层刀具、金刚石、陶瓷、立方氮化硼等超硬刀具)的应用日趋广泛，现在出现了用车削方法来加工淬火钢的新工艺,也就是以车代磨。以车代磨的优点(1)是车削比磨削的效率高,在某些场合车削所需工时仅为磨削的几十分之一;(2)是工件几何形状(圆度)比磨削的好;（3）是机床容易维护和保养。
以下是通过车削的方法精加工淬火钢，简单介绍了精加工时刀具材料的选择以及华菱CBN刀具精加工淬火钢的应用案例。
二、精加工淬火钢时刀具材料的选择
合理选择刀具材料，是精加工淬火钢的重要条件。根据淬火钢的切削特点，刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性、耐热性，而且要有一定的强度和导热性。
（1）硬质合金刀具：硬质合金刀片的硬度在89-94HRA，相当于71-76HRC，对于HRC40以上的淬火钢加工时硬质合金刀片容易烧刀造成磨损块且加工效率低，所以适合HRC45以下硬度工件的精加工，相对来讲需低速车削(如果是单件偶尔性精加工生产，也可用合适牌号的普通硬质合金刀具进行加工)。
（2）陶瓷刀具：陶瓷刀片由于脆性太大、容易崩刀，PCBN刀具的硬度一般为HV3000-5000，精HV硬度换算HRC相当于HRC95-100，适合加工硬度在HRC40--55度的工件的精加工，但尽量避免断续车削。
（3）华菱CBN刀具BN-H10牌号，BN-H20牌号和BN-S20 牌号：对淬火后硬度在HRC55硬度以上的钢件最为适合。精加工吃刀深度在0.3mm以下可以选择BN-H10牌号和BN-H20牌号，都属于焊接复合式CBN刀具，两种刀具牌号的区别在于BN-H10牌号只适合连续切削，而BN-H20可加工中等断续工件。当吃刀深度0.5mm以上的粗加工或者有断续精加工的淬火钢可考虑BN-S20牌号整体聚晶CBN刀具，此牌号属于非金属粘合剂，它不仅可以断续切削淬火钢，也可以大余量切除工件的淬硬层，但前提是并没有牺牲刀具的耐磨性，这是与市场上的CBN刀具最大的不同。由于三种刀具牌号的硬度高(HV8000——9000)，耐热性高(1400℃——1500℃)，在使用时可以高于硬质合金几倍的切削速度切削淬火钢，而耐用度是硬度合金的几倍到几十倍。以下是三种刀具牌号的性能优势及适合加工材料表：

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三、用以上三种牌号CBN刀具切削淬火钢时，在哪些情况下代替磨削最为有效？
(1)在数控机床上切削复杂的表面和几个复杂的表面，代替磨削工序，可以减少1/3——2/3的劳动量，而且能保证很高的位置精度。
(2)形状复杂的内孔或小孔。如采用磨削，要求砂轮的形状也相应复杂，有的时候无法磨削，这时采用车削最为有利。
(3)一个零件几个表面(外圆、内孔、端面、阶台、沟槽)都需磨削，这时采用车削，一道工序即可完成，可减去磨削用的工装。
(4)零件淬火后易变形和留余量小时易造成废品，这时可留余量大一些，待淬火后，再用CBN刀具切除多余余量，再磨削，以减少因变形大而产生的废品。
(5)在加工载荷变动量很大的，困难条件下使用的表面高频零件，采用CBN刀具加工，工件表面组织和物理力学性能较磨削时好，可以延长零件的使用寿命。
四、华菱CBN刀具BN-H10牌号，BN-H20牌号和BN-S20牌号加工淬火钢的案例。
（1）BN-H10牌号精加工齿轮钢（淬火后硬度58HRC-63HRC) 的案例：切削参数：ap=0.2mm， Fr=0.1mm/r，Vc=180m/min。 切削状态：连续切削，干式切削。
华菱BN-H10牌号与陶瓷刀具对比效果（如下图）：在华菱BN-H10牌号切削速度高于陶瓷刀片0.4倍的情况下刀具寿命是陶瓷刀具的五倍多，提高了加工效率，节约了加工时间。

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（2）BN-H20牌号精加工同步器齿套（淬火后硬度58HRC-63HRC)的案例：切削参数：ap=0.15mm， Fr=0.1mm/r，Vc=170m/min。加工工序：精车槽，连续切削，切削状态：干式切削。
同步器零件及华菱BN-H20牌号的刀具图片

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华菱BN-H20牌号的刀具

BN-H20牌号和陶瓷刀片对比效果（如下图）：在华菱BN-H20牌号CBN刀具的切削速度比陶瓷刀片高0.4倍的情况下刀具寿命是陶瓷刀片的5倍。不但提高了加工效率，而且还增加了刀具寿命。

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（3）BN-S20牌号精加工滚珠丝杠的案例：加工材料：中国牌号40CrMo或Gcr15，硬度60-62HRC，切削参数：ap=4.5mm,Fr=0.10mm/r每齿，Vc=90m/min，切削方式：干式切削。
滚珠丝杠零件和装夹BN-S20牌号刀片的车刀图片

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BN-S20牌号和陶瓷刀片的对比(如下图)：在华菱BN-S20牌号的切削速度提高30%的情况下吃刀深度是陶瓷刀片的9倍，可见BN-S20牌号颠覆了人们对于立方氮化硼刀片只能用于精加工的认识，由于非金属粘合剂BN-S20牌号刀片的抗冲击韧性增加使得能够承受7.5mm的切削深度，降低走刀次数来来节约加工时间，降低加工成本，使得淬火钢粗加工和特别是大型硬零件的重切削成为现实。

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11/7/2014

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