如何使用立方氮化硼刀片硬车加工齿轮

如何使用立方氮化硼刀片硬车加工齿轮

对于热处理后硬度HRC58-63的齿轮硬车加工时，常采用立方氮化硼刀片或陶瓷刀片，以实现以车代磨，节能增效的目的。由于齿轮热处理后预留加工余量和加工工况不同，具体的刀具材质和的选用亦有差异，齿轮热处理后精车表面的加工状况，分为连续切削，断续切削，并结合热处理后预留的加工量选择刀具材质以及结构形式；经过不同材质刀具和不同刀具的反复试切，结合国内外淬火钢热后硬车方面的学术研究，现总结出齿轮和齿轮轴行业硬车削时刀具材质选用经验，笔者尝试用这些刀具加工淬硬模具钢，淬硬轴承钢时，也取得很好的效果。

工具/原料

立方氮化硼刀具BN-H10，BN-H20，BN-S20，陶瓷刀片

车床，热处理后的齿轮，其他工量具。

方法/步骤

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工况一：连续切削（精车）：

加工材料：20CrMnTi齿轮钢（淬火后硬度58HRC-63HRC)，淬火后精车。

连续切削时常用切削参数：线速度Vc=120-230m/min；进给量fn=0.06-0.25mm/r；背吃刀量ap≤0.3mm。

连续切削时常用刀具：

1）华菱超硬BN-H10：适合高速连续切削，耐磨损性和耐崩损性均衡，可获得Ra0.4内的切削粗糙度（如图1）；

2）可选刀具BN-H11：特点：更多数量的CBN刃口，使用成本更经济（如图2）。

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连续切削的案例：以车代磨加工齿轮内孔（如下图）

加工材料：齿轮钢（淬火后硬度58HRC-63HRC)

加工工序：淬火后精车（连续切削）

刀具：BN-H10

切削参数：ap=0.2mm

Fr=0.1mm/r

Vc=180mm/min

切削状态：连续切削，干式切削。

华菱BN-H10立方氮化硼刀具与陶瓷刀片的效果对比如图：

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工况二：断续切削（精车）

关于齿轮热后断续切削：

淬火后齿轮需要加工端面，而加工面有螺栓孔或者齿轮内孔部位存在油孔时，热后精车会存在“断续加工”，此时就需要刀具抗断裂韧性和抗崩损性能优异。

断续切削时常用立方氮化硼刀具：

1)常用BN-H20：中等断续切削用立方氮化硼刀片，经济切削线速度Vc=100-180m/min,fn=0.07-0.15mm/r，镶嵌式结构（同BN-H11)

2)华菱新BN-H21：强断续切削刀片，焊刃复合式结构；抗冲击韧性更好，适合强断续切削HRC55以上淬火钢件（刀片结构同BN-H10）。

注意：以上两种刀具虽能承受断续切削，但吃刀深度均不能超过0.5mm，如果遇到需要吃刀深度大于0.5mm甚至达到几毫米的，刀具选用见下文工况三。

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热后断续切削齿轮的案例：加工齿轮端面（如下图，端面部位有孔，造成断续切削）

加工材料：齿轮钢（淬火后硬度58HRC-63HRC)

加工工序：淬火后精车（中等断续切削）

刀具：BN-H20

切削参数：ap=0.25mm

Fr=0.1mm/r

Vc=120m/min

切削状态：断续切削，干式切削。

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工况三:热后大余量切削（不同于以上两种工况的热处理后留量均在0.5mm以内）。

关于淬火后大余量硬车：此类情况一般在加工大型工件中遇到，有时也出现

在一些模具钢零件加工中。一般热处理预留余量大，采用磨削加工时，效率低，而且由于磨削时间长，更容易出现磨削烧伤和磨削裂纹，此时若选用合适的硬车削刀具定能事半功倍。

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淬火钢的粗加工案例：（如下图）

加工案例分析：

大型齿轮（齿圈）渗碳淬火后变形严重，齿轮外圆变形量高达2mm，淬火后的硬度为HRC60-65，原来用的进口陶瓷刀具和立方氮化硼刀片当吃刀量过大或者有断续切削时经常出现崩刀现象，只能多次走刀加工，才能把预留磨削量切掉，而且陶瓷刀具和立方氮化硼刀片崩刃严重，刀具费用非常高。

后来经金属切削刀具协会推荐一种能用于粗加工淬硬钢的立方氮化硼刀具BN-S20，使用的具体加工数据如下：

加工材料：大齿轮（硬度60HRC)

加工工况：车外圆（加工余量大，而且是断续切削）

刀具：BN-S20

切削参数：吃刀深度：ap=2.5mm

进给量：Fr=0.12mm/r

切削线速度：Vc=90m/min

切削状态：断续切削，干式切削。

如下表，结果显示，BN-S20非金属粘合剂立方氮化硼刀具比原来用的进口刀具抗冲击，在吃刀深度增大三倍的情况下寿命是原用刀具的6倍，切削效率

提高6倍（原来是三次走刀，现在是一次走到完成，而且线速度提高一倍）。工件表面粗糙度也达到用户要求，最难能可贵的是刀具的最终失效形式并不是让人担心的崩刀刃，而是正常的后刀面磨损。

END

注意事项

经济切削线速度，是目前采用国产硬车机床实测最经济的切削速度范围，具体可根据机床刚性和加工节拍要求调整，随着高刚性硬车机床的发展和普及，具体切削速度可适当提高。

以上刀具均有华菱超硬（原河南超硬材料研究所）提供。使用立方氮化硼加工淬火钢时，需要钢材热处理后的硬度达到HRC45--HRC68之间；硬度低的钢材不适合采用立方氮化硼刀具切削。

以上刀具除了用于热处理后齿轮硬车削外，也用于像轴承，模具，齿轮轴等其他硬钢零件的以车代磨切削领域。