通过对淬火钢加工性能的了解，我们知道了由于淬火钢硬度高切削抗力大加工过程中刀易崩刃;由于淬火钢切削抗力大导热系数低，刀尖易磨损刀具耐用度低。这就要求刀具材料有很高的抗弯强度防止刀具崩刃，又要有很高的红硬性以减少刀具磨损。这对刀具材料来说二者是矛盾的。大家都知道，凡是抗弯强度高不易崩刃的刀具就不耐磨;凡是红硬性高耐磨的刀具材料，抗弯强度低就很易崩刃，也就是说单靠选刀具材料解决淬火钢的加工是很困难的。 但我们从淬火钢的加工性能中了解到：当切削温度达到400℃以上时，淬火钢的硬度则迅速下降，加工性能将得到改善。从而提示我们，在选刀具材料的同时要和切削用量，刀具几何参数同时考虑，并使之相匹配，是解决高硬度淬火钢加工难题的重要途径。

　　一、淬硬钢加工特点

　　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的比重。

　　加工淬火钢的传统方法是磨削。但为了提高加工效率，解决工件形状复杂而不能磨削和淬火后产生形状和位置误差的问题，往往就需要采用车削、铣削、镗削、钻削和铰削等切削加工方法。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：这是淬火钢的主要切削特点。当淬火钢的硬度达到HRC50～60时，其强度可达σb=2100～2600MPa，按照被加工材料加工性分级规定，淬火钢的硬度和强度均为9a级，属于最难切削的材料。

　　(2)切削力大、切削温度高：要从高硬度和高强度的工件上切下切屑，其单位切削力可达4500MPa。为了改善切削条件，增大散热面积，刀具选择较小的主偏角和副偏角。这时会引起振动，要求要有较好的工艺系统刚性。

　　(3)不易产生积屑瘤：淬火钢的硬度高、脆性大，切削时不易产生积屑瘤，被加工表面可以获得较低的表面粗糙度。

　　(4)刀刃易崩碎、磨损：由于淬火钢的脆性大，切削时切屑与刀刃接触短，切削力和切削热集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨损。

　　(5)导热系数低：一般淬火钢的导热系数为7.12W/(m�6�1K)，约为45号钢的1/7。材料的切削加工性等级是9a级，属于很难切削的材料。由于淬火钢的导热系数低，切削热很难通过切屑带走，切削温度很高，加快了刀具磨损。

　　二、刀具材料的选择

　　从淬火钢的加工性能中了解到：适合加工淬火钢的刀具材料有硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具等，对于高硬度淬火硬钢硬质合金刀具无法加工，不是剧烈磨损就是加工不动，陶瓷刀具适合精加工工序，小进给量加工工件，并且尽量避免断续切削，如对于大型工件精加工余量2mm以上的，淬火后变形量大，不建议选用陶瓷刀具;立方氮化硼刀具相对于硬质合金刀具和陶瓷刀具硬度较高，耐磨性好，是目前加工淬火硬钢件最合适的刀具。

　　三、刀具几何参数的选择

　　多年实践证明，一把刀具好用与否，单靠选好的刀具材料是不够的，必须有相适应的刀具几何角度及合理的切削用量相匹配，才能充分发挥刀具材料的性能，实现正常加工的目的。刀具材质抗弯强度较低耐磨性尚好但崩刃严重，这时可以选用较小的后角及负前角，以加大楔角提高刀具的抗冲击性。如果加工表面质量不好，可以减小付偏角加大刀尖圆弧等等。因此刀具几何参数 的选用至关重要。具体各角的选择原则如下：

　　1) 前角 ： 前角对刀具的切削过程影响较大，前角太大、太小都会使刀具使用寿命显著降低。对于不同的刀具材料，各有其对应的刀具最大使用寿命前角，称为合理前角,加工淬火钢时为确保刀尖的抗冲击性能减少打刀，提高刀具耐用度、前角要小。但如果前角过小切削抗力加大、切削径向力将会加大，易引起工艺系统的振动，导致刀具寿命、加工表面质量、尺寸精度的降低，工件材料强度、硬度高，应取较小的前角;加工特别硬的工件(如淬硬钢)时， 前角很小甚至取负值。一般应 选前角r0=0°~-8°之间。淬火硬度越高负前角应取得越大。精车时前角可取r0=0°

　　2) 后角：通常加大后角能提高刀具的锋利性，减少后刀面磨损，有利于刀具耐用度的提高和提高工件表面质量。但车削淬火钢由于切削抗力大，刀具后角加大会使楔角减小，降低了刀刃强度，在 切削过程中易出现崩刃。因此，车削淬火钢时，后角不宜太大。

　　3)主偏角：主偏角直接影响刀具的径向力的大小和散热条件。主偏角选的小时，可增加刀具强度和散热条件，但如果主偏角选的过小会增加径向力，特别是加工切削抗力很大的淬火钢易引起切削振动。基于上述原因，加工淬火钢时一般主偏角取Kr=30°~60°之间，通常淬火硬度偏低、工艺系 统刚性较好，可选较小的主偏角。反之主偏角可适当加大。

　　4)副偏角：副偏角的大小直接影响工件的表面质量。副偏角小易提高表面质量。刀尖散热条件较好刀具耐磨性提高，但太小会增加径向抗力引起切削振动。实践证明副偏角取6°~12°较好，粗车半精车取大点，精车取小点。

　　5) 刃倾角：刃倾角的大小直接影响刀尖部分的强度，刃倾角取负值可提高刀尖强度，但如果取值过大会加大径向力引起切削振动。一般刃倾角λs=0°~5°。半精车取较大值，精车取0°。但在断续加工时，淬火硬度偏高时应取λs= -10°~15°。

　　6) 刀尖圆弧：通常在加大刀尖圆弧半径时可提高刀尖强度和散热性，也可提高工件表面质量。但是刀尖圆弧过大时，切削接触面增大，切削抗力增加易产生切削振动，并造成打刀和工件表面质量的下降，一般刀尖圆弧re=1.2~2毫米，精车刀可适当取大。

　　四、加工淬硬钢零件的刀具材质

　　(1)加工淬硬钢滚珠丝杠：可选择立方氮化硼刀片BN-S20材质，整体聚晶立方氮化硼刀片，切削参数：ap=4.5mm，Fr=0.10mm/r,Vc=90m/min抗冲击韧性好，加工淬硬钢精度高，并且耐磨性好，不崩刀。

　　(2)加工淬硬钢齿轮：精加工淬硬钢齿轮可选择立方氮化硼刀片BN-H10材质和BN-H20材质，立方氮化硼刀片BN-H10材质适合连续切削，立方氮化硼刀片BN-H20材质适合断续切削，共同点就在于吃到深度控制在0.3mm以下，粗加工淬硬钢齿轮，并且存在强断续切削时选择立方氮化硼刀片BN-S20材质，属于非金属粘合剂整体聚晶立方氮化硼刀片，抗冲击韧性好并且耐磨，最后的失效方式是正常的后刀面磨损，而不是令人担心的崩刀。

　　(3)加工淬硬钢轴承：轴承应用较为广泛，常用材料为GCr15，硬度HRC62，精加工淬硬钢轴承选择立方氮化硼刀片BN-H11材质，高速切削，切削参数：ap=2.5mm，Fr=0.12mm/r,Vc=140m/min，一个刃口可加工12件，粗糙度达到0.8，即提高了加工效率，有节省了加工成本。

　　(4)精铣加工淬硬钢模具：硬度HRC65，选择立方氮化硼刀片BN-S200材质，切削参数：ap=0.5mm,Fr=0.12mm/r每齿,Vc=130m/min。模具精度可达到Ra0.8，并节省的刀具费用。

　　还有加工淬硬钢万向联轴节选择BN-H10材质，高速加工同步器可选择立方氮化硼刀具BN-H10材质和BN-H20材质。

　　五、断续切削淬硬钢的刀具材料创新

　　随着刀具材料的创新发展，在连续切削淬硬钢领域已经不算问题，可轻松解决，但在断续切削工况，尤其强断续切削工况还是常出现刀具崩刃，工件加工不完就需要更换刀具，对工件的尺寸精度和表面光洁度有很大的影响。但在超硬刀具企业的不断努力下，最终攻克难关，研制出可断续切削淬硬钢件的刀具材质—BN-H21，其材质属于复合式CBN刀片，是主要针对断续切削淬硬钢所研发的立方氮化硼刀片材质，在保证产品质量的同时，其刀具寿命是同质产品的几倍。

　　六、立方氮化硼刀片BN-H21材质断续切削淬硬钢的案例现场

　　加工工况：强断续切削端面

　　加工材料：20CrMnTi齿轮，HRC58-62

　　选用刀片：BN-H21 WNGA08040

　　切削参数：ap=0.15mm，Fr=0.1mm/r，Vc=117m/min

　　加工方式：干切

　　加工效果：相较于某品牌CBN刀片，BN-H21材质的刀具寿命提高5倍。

　　延伸阅读：开云app(kaiyun)官方网站提供如下难加工材料和高效率加工方面的刀具产品及解决方案：

　　1，高硬度铸铁/铸钢的加工,如:高铬铸铁、白口铸铁、镍硬铸铁等高硬度合金铸铁，高锰钢等耐热耐磨钢的粗加工和精加工【可拉荒粗车有夹砂、气孔的铸件毛坯】

　　2，热处理后的高硬度工件加工,如:淬硬轴承钢、渗碳钢、氮化钢、工具钢、模具钢热后硬切削，可断续切削【刀片的韧性和耐磨性能优异;单边背吃刀量ap可达7.5mm，可加工HRC45-HRC79之间的高硬度钢件】

　　3，其他难切削材料类：高温合金、粉末冶金，难熔合金及碳化钨，镍基，钴基合金的加工以及热喷涂喷焊件的硬面加工【可订做非标，来图来样加工】

　　4，普通灰口铸铁、珠光体球墨铸铁的高速切削【刀具寿命是合金刀具寿命的10-20倍】