应用案例

硬车淬硬钢的刀具选择—PCBN刀片

发布日期：2020-05-27 11:01:32

导读：经过淬火后的钢件硬度很高，也成为淬硬钢，传统方式都是采用磨削工艺来获得，但为了提高加工效率，降低生产成本，随着刀具行业的不断发展，逐渐出现了硬车（以车代磨）工艺。

经过淬火后的钢件硬度很高，也成为淬硬钢，传统方式都是采用磨削工艺来获得，但为了提高加工效率，降低生产成本，随着刀具行业的不断发展，逐渐出现了硬车（以车代磨）工艺，但同样车削淬硬钢难度较大，由于遇到断续切削工况，更难保证其加工效果。本文就重点介绍一下淬硬钢应该如何选择刀具材料，对其切削加工。

一、首先了解淬硬钢的加工方式及加工难点

1、淬硬钢的加工方式

淬硬钢常用的加工方式有车削（端面、外圆、切槽）、铣削（平面）、镗孔（内孔），攻丝等。

其中镗孔可在车床和镗床上完成，对于大型工件一般采用专业的镗床进行孔加工，对于小零件，回转零件可在车床上进行。

对于在车床上进行镗孔时，对于孔径16mm以下，建议采用专业的镗孔刀杆进行加工，对于16mm以上的可采用车刀杆代替镗孔刀杆进行加工。

2、淬硬钢的加工难点

（1）首先是硬度问题：淬火后工件硬度一般HRC50以上，还有例如模具硬度达到HRC60以上，一般刀具很难加工；

（2）还有加工工况的问题：很多零部件的被加工位置有断续工况存在，如齿轮内孔，端面常有键槽和油孔，刀具很容易崩碎；

（3）其次就是工件淬火后存在变形量的问题：如风电轴承直径很大，一般在2米以上，被加工位置余量为1mm，但经过热处理后，部分位置余量达到3mm，在加工过程中突然从1mm变成3mm，很多刀具承受不了就出现崩刃的情况；

（4）最后还有精度和表面光洁度的问题：表面光洁度Ra0.8属于正常范围，如果同时要求很高精度的情况下，刀具的使用寿命就会急剧下降，影响生产效率。

二、之后选择不同刀具材料加工淬硬钢

1、切削刀具材质的发展过程

从耐磨性和硬度方面分析，具体如下图：

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2、硬质合金刀具

应优先选用添加TaC或NbC的细晶粒或超细晶粒的硬质合金。因为在硬质合金中添加TaC或NbC后，可使期常温和高温硬度及抗弯强度提高。常用来切削加工淬硬钢的硬质合金材质有YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。

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3、热压复合陶瓷和热压氮化硅陶瓷刀具

在Al2O3中加入TiC等金属元素并采用热压工艺，改善了陶瓷的致密性，提高了氧化铝基陶瓷的性能，使它的硬度提高到HRA95.5，抗弯强度可达到800～1200MPa，耐热性可达1200℃～1300℃，在使用中可减少粘结和扩散磨损。其主要材质有AG2、AG3、AG4、LT35、LT55、AT6等。氮化硅基陶瓷是在Si3N4中加入TiC等金属元素，其硬度为HRA93～94，抗弯强度为700～1100MPa。其主要材质有HS73、HS80、F85、ST4、TP4、SM、HDM1、HDM2、HDM3，这两种陶瓷适用于车、铣、镗削淬硬钢。

4、PCBN刀片

PCBN的硬度在HV8000～9000，复合抗弯强度为900～1300MPa，导热性比较好，耐热性为1400～1500℃，在800℃时的硬度为Al2O3/TiC陶瓷的常温硬度。同时具备很高的抗氧化能力，在1000℃时也不产生氧化现象，与铁系材料在1200～1300℃时也不发生化学反应。PCBN刀片是刀具材料中最高的，非常适合淬硬钢的粗加工和精加工。常用来硬车淬硬钢的刀具材质有：BN-S20，BN-S200，BN-H05，BN-H10，BN-H11，BN-H20，BN-H21，BN-H05 C25，BN-H10 C25，BN-H21 C25。其中后面带有C25的是一种涂层刀片，相较于未涂层的PCBN刀片耐磨性更好。

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三、如何选择合理的切削参数加工淬硬钢

1、淬硬钢硬车刀具的切削参数选择

硬车淬硬钢的切削用量，首先确定合理的切削速度，其次是切削深度，再其次是进给量。

切削速度：一般淬硬钢的耐热性为200～400℃，高于此温度时，材料的硬度就会下降。而硬质合金的耐热性为800～1000℃，陶瓷刀具材料的耐热性为1200℃，立方氮化硼的耐热性为1400～1500℃。所以在切削淬硬钢时，要充分利用这一特性，切削速度Vc不能选择太低。硬质合金刀具Vc为30～75m/min；陶瓷刀具Vc为60～120m/min；立方氮化硼（CBN）刀具Vc为50～250m/min。如是断续切削时，vc为上述的1/2左右。