華菱立方氮化硼刀具精加工淬火鋼的方案

時間：2014-12-29

華菱立方氮化硼刀具精加工淬火鋼的方案

一、淬火鋼的切削特點及精加工淬火鋼的工藝

（1）淬火鋼的切削特點

淬火鋼是指金屬經過淬火后，組織為馬氏體，硬度大于HRC50的鋼。它在難切削材料中占有相當大的比重。淬火鋼在切削時有以下特點：(1)硬度高、強度高，幾乎沒有塑性（主要切削特點）；(2)切削力大、切削溫度高；(3)不易產生積屑瘤；(4)刀刃易崩碎、磨損；(5)導熱系數低。

（2）精加工淬火鋼的工藝變化

淬火鋼精加工時因為工件淬火后硬度提高，按照傳統(tǒng)的精加工方法就是用磨削方法來達到最后尺寸精度和光潔度要求的，但磨削效率太低。隨著各種新型刀具(如硬質合金涂層刀具、金剛石、陶瓷、立方氮化硼等超硬刀具)的應用日趨廣泛，現在出現了用車削方法來加工淬火鋼的新工藝,也就是以車代磨。以車代磨的優(yōu)點(1)是車削比磨削的效率高,在某些場合車削所需工時僅為磨削的幾十分之一;(2)是工件幾何形狀(圓度)比磨削的好;（3）是機床容易維護和保養(yǎng)。

以下是通過車削的方法精加工淬火鋼，簡單介紹了精加工時刀具材料的選擇以及華菱立方氮化硼刀具精加工淬火鋼的應用案例。

二、精加工淬火鋼時刀具材料的選擇

合理選擇刀具材料，是精加工淬火鋼的重要條件。根據淬火鋼的切削特點，刀具材料不僅要有高的硬度、耐磨性、耐熱性，而且要有一定的強度和導熱性。

（1）硬質合金刀具：硬質合金刀片的硬度在89-94HRA，相當于71-76HRC，對于HRC40以上的淬火鋼加工時硬質合金刀片容易燒刀造成磨損塊且加工效率低，所以適合HRC45以下硬度工件的精加工，相對來講需低速車削(如果是單件偶爾性精加工生產，也可用合適牌號的普通硬質合金刀具進行加工)。

（2）陶瓷刀具：陶瓷刀片由于脆性太大、容易崩刀，PCBN刀具的硬度一般為HV3000-5000，精HV硬度換算HRC相當于HRC95-100，適合加工硬度在HRC40--55度的工件的精加工，但盡量避免斷續(xù)車削。

（3）華菱立方氮化硼刀具BN-H10牌號，BN-H20牌號和BN-S20 牌號：對淬火后硬度在HRC55硬度以上的鋼件較為適合。精加工吃刀深度在0.3mm以下可以選擇BN-H10牌號和BN-H20牌號，都屬于焊接復合式立方氮化硼刀具，兩種刀具牌號的區(qū)別在于BN-H10牌號只適合連續(xù)切削，而BN-H20可加工中等斷續(xù)工件。當吃刀深度0.5mm以上的粗加工或者有斷續(xù)精加工的淬火鋼可考慮BN-S20牌號整體聚晶立方氮化硼刀具，此牌號屬于非金屬粘合劑，它不僅可以斷續(xù)切削淬火鋼，也可以大余量切除工件的淬硬層，但前提是并沒有犧牲刀具的耐磨性，這是與市場上的立方氮化硼刀具較大的不同。由于三種刀具牌號的硬度高(HV8000～9000)，耐熱性高(1400℃～1500℃)，在使用時可以**硬質合金幾倍的切削速度切削淬火鋼，而耐用度是硬度合金的幾倍到幾十倍。以下是三種刀具牌號的性能優(yōu)勢及適合加工材料表：

BN-H10牌號的性能優(yōu)勢及適合加工材質表

刀具牌號	適合加工材質	此牌號刀具的性能優(yōu)勢	典型應用行業(yè)
BN-H10	淬火鋼和高強度鑄鐵	適合高速精加工，耐磨損性和耐崩損性均衡。	軸承，齒輪，齒輪軸，恒速聯軸節(jié)；珠光體球墨鑄鐵等。

BN-H20牌號的性能優(yōu)勢及適合加工材質表

刀具牌號	適合加工材質	此牌號刀具的性能優(yōu)勢	典型應用行業(yè)
BN-H20	淬火鋼，難切削材料	刀片夾緊方式較靈活，多刃口數量。在淬火鋼等難切削材料加工中耐磨損性和耐崩損性兼?zhèn)洹?	剎車盤，制動鼓，鑄鐵零件，淬硬鋼齒輪等

BN-S20牌號的性能優(yōu)勢及適合加工材質表

刀具牌號	適合加工材質	此牌號刀具的性能優(yōu)勢	典型應用行業(yè)
BN-S20	淬火鋼、高強度鋼，軋制硬鋼、耐熱耐磨鋼、鎳基合金及其表面硬化材料	加工淬硬鋼和高強度鋼時具有優(yōu)異的耐熱沖擊性和耐磨性。	淬硬鋼軋輥，絲杠，風電軸承，高速鋼軋輥，石油鉆桿耐磨層等

三、用以上三種牌號立方氮化硼刀具切削淬火鋼時，在哪些情況下代替磨削較為有效？

(1)在數控機床上切削復雜的表面和幾個復雜的表面，代替磨削工序，可以減少1/3～2/3的勞動量，而且能保證很高的位置精度。

(2)形狀復雜的內孔或小孔。如采用磨削，要求砂輪的形狀也相應復雜，有的時候無法磨削，這時采用車削較為有利。

(3)一個零件幾個表面(外圓、內孔、端面、階臺、溝槽)都需磨削，這時采用車削，一道工序即可完成，可減去磨削用的工裝。

(4)零件淬火后易變形和留余量小時易造成廢品，這時可留余量大一些，待淬火后，再用CBN刀具切除多余余量，再磨削，以減少因變形大而產生的廢品。

(5)在加工載荷變動量很大的，困難條件下使用的表面高頻零件，采用CBN刀具加工，工件表面組織和物理力學性能較磨削時好，可以延長零件的使用壽命。

四、華菱立方氮化硼刀具BN-H10牌號，BN-H20牌號和BN-S20牌號加工淬火鋼的案例：

（1）BN-H10牌號精加工齒輪鋼（淬火后硬度58HRC-63HRC) 的案例（如下圖）：切削參數：ap=0.2mm， Fr=0.1mm/r，Vc=180m/min。切削狀態(tài)：連續(xù)切削，干式切削。

華菱BN-H10牌號與陶瓷刀具對比效果（如下圖）：在華菱BN-H10牌號切削速度**陶瓷刀片0.4倍的情況下刀具壽命是陶瓷刀具的五倍多，提高了加工效率，節(jié)約了加工時間。

（2）BN-H20牌號精加工同步器齒套（淬火后硬度58HRC-63HRC)的案例：切削參數：ap=0.15mm， Fr=0.1mm/r，Vc=170m/min。加工工序：精車槽，連續(xù)切削，切削狀態(tài)：干式切削。

同步器零件及華菱BN-H20牌號的刀具圖片

BN-H20牌號和陶瓷刀片對比效果（如下圖）：在華菱BN-H20牌號立方氮化硼刀具的切削速度比陶瓷刀片高0.4倍的情況下刀具壽命是陶瓷刀片的5倍。不但提高了加工效率，而且還增加了刀具壽命。

（3）BN-S20牌號精加工滾珠絲杠的案例：加工材料：中國牌號40CrMo或Gcr15，硬度60-62HRC，切削參數：ap=4.5mm,Fr=0.10mm/r每齒，Vc=90m/min，切削方式：干式切削。

滾珠絲杠零件和裝夾BN-S20牌號刀片的車刀圖片。

BN-S20牌號和陶瓷刀片的對比：在華菱BN-S20牌號的切削速度提高30%的情況下吃刀深度是陶瓷刀片的9倍，可見BN-S20牌號顛覆了人們對于立方氮化硼刀片只能用于精加工的認識，由于非金屬粘合劑BN-S20牌號刀片的抗沖擊韌性增加使得能夠承受7.5mm的切削深度，降低走刀次數來來節(jié)約加工時間，降低加工成本，使得淬火鋼粗加工和特別是大型硬零件的重切削成為現實。

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