淬硬钢的加工
一、 摘要
本文主要叙述了淬硬钢的定义、加工特点、加工方式、刀具种类及特点和淬硬钢的零件的加工典例。
二、关键词
淬硬钢、车削、刀具、轧辊、齿轮
三、淬硬钢的定义及加工特点
淬硬钢是指钢件经过淬火的热处理后获得马氏体组织，其硬度(大于HRC50) 高，强度也高，几乎没有塑性的一类工件材料。
淬硬钢的切削加工特点有：硬度高、强度高，几乎没有塑性；切削力大、切削温度高；不易产生积屑瘤；导热系数低等。
1、硬度高、强度高，塑性接近0：当淬硬钢的硬度在HRC50～60这一范围时，其强度可高达σb=2100～2600Mpa。此时，淬硬钢的硬度和强度达到9a级，淬硬钢例属最难切削加工的材料。
2、切削力大、切削温度高：由于淬硬钢的高硬度和高强度特点，其工件上难以切下切屑，淬硬钢的单位切削力可达4500Mpa，相应的切削温度就非常之高。
3、不易产生积屑瘤：淬硬钢虽然硬度高，但是脆性大，所以切削时不易产生积屑瘤，被加工工件表面可以获得较低的表面粗糙度。
4、导热系数低：淬硬钢的导热系数为一般为7.12W/(m?K)，约为45号钢的1/7。
四、淬硬钢的加工方式
淬硬钢的加工方式有传统的磨削和现代机械化的车削两大种。
磨削是一种利用高速旋转的砂轮等磨具来加工工件表面的切削加工方法。磨削的特点有：一方面，磨削速度高约30～50m/s；磨削温度高，最高为 1000℃～1500℃；磨削过程短暂，只有万分之一秒左右；磨削加工可以获得较高的加工精度和很小的表面粗糙度值；磨削可以加工材料范围广，包括软材料：如未淬火钢、铸铁等。包括硬材料：淬火钢、瓷件、硬质合金等其他刀具不能加工的硬质材料。另一方面，磨削的金属切除率低；磨削时，会飞出磨屑和金属屑，磨屑和金属屑都可能使操作者的眼部损伤，灰尘被吸入肺部也会对身体有害；磨削时由于各种原因，可能造成砂轮的碎裂，导致工人受伤；工人在磨工具、清洁工件或砂轮修正方法不正确时，工人的手可能受伤；磨削加工时的噪音高达 110dB以上，影响工人健康。
车削指把淬硬钢的切削作为最终加工或精加工的工艺方法。与磨削相比，车削的加工特点有：加工效率高，这是由于切削时，切削深度大，工件转速高，其金属切除率通常是磨削加工的3～4倍，而且一次装夹即可；洁净加工工艺，这是由于车削时不需要冷却液，也省去了冷却设备，省时又节约成本；车削的设备投资少，适合柔性生产要求；使零件获得良好的整体加工精度，这是因为切屑带走车削中生产的大部分热量，而磨削则会使工件表面烧伤和产生裂纹。所以车削是目前最好的加工淬硬钢的方法。
五、淬硬钢的刀具种类及特点
目前，市面上采用的车削加工淬硬钢的刀具种类有：涂层硬质合金、金属陶瓷材料和立方氮化硼CBN。
涂层硬质合金刀具是在韧性较好的硬质合金刀具上电镀上一层或多层耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等，涂层的厚度为2～18µm。涂层硬质合金刀具的热传导系数比刀具基体和淬硬钢工件材料低许多，可以减弱刀具基体的热作用，还能够有效地改善车削过程中的刀具和淬硬钢工件间的摩擦和粘附作用，从而降低切削热的生成。涂层硬质合金刀具适用于硬度在HRC45～55HRC之间的工件的车削，低成本的涂层硬质合金可实现高速车削。但是由于淬硬钢的导热系数低，切削热很难由切屑带走，切削温度就很高，所以涂层硬质合金刀具就比较不耐磨。
金属陶瓷材料刀具的自身特点为高硬度(91～95HRA)、高强度(抗弯强度为750～1000 MPa)、耐磨性好、化学稳定性好、良好的抗粘结性能、摩擦系数低且价格低廉等。正常使用时，耐用度极高，车速可比硬质合金提高2～5倍，特别适合高硬度材料加工、精加工以及高速加工，可加工硬度为62HRC的各类淬硬钢和硬化铸铁。由于淬硬钢的脆性大，车削时切屑与刀刃接触短，产生的瞬时高温和热量就集中在刀刃附近，致使刀刃崩碎和磨损，所以金属陶瓷材料刀具车削高硬度的淬硬钢就会比较容易崩刀
CBN刀具是超硬材料中，硬度和耐磨性仅次于金刚石的第二大类耐高温高硬度材料。较之于与陶瓷刀具，CBN刀具的耐热性和化学稳定性稍微逊色些，但是对于加工淬硬钢来讲，CBN刀具的至关重要的两大性能：冲击强度和抗破碎性能却是陶瓷刀具望尘莫及的。因此，CBN刀具广泛适用于加工淬硬钢。
六、淬硬钢零件的加工典例
机械工业中以淬硬钢为主要原材料的零部件有很多，淬硬钢轧辊、齿轮、丝杠，风电轴承等。下面就以淬硬钢轧辊和齿轮加工为例，来详细说明其最适合加工它们的刀具是CBN刀具的切削参数特点。
1. 淬硬钢轧辊加工
工件材料86CrMoV7 工件硬度HRC58～63
表1
从表1中可以明显看出， 华晨CBN刀具的切削速度是金属陶瓷刀具的1.5倍，加工效率提高许多，而且该CBN刀具采用干式切削，不加冷却液，环保经济。
2. 淬硬钢齿轮加工
工件材料：齿轮钢 工件硬度HRC58~63 加工工序：精车
表2
从表2可以看出，华晨刀具焊接式CBN刀具的切削速度是金属陶瓷刀具的1.4倍，生产效率高出许多；焊接式CBN刀具的每个刃口可以切削加工800件是金属陶瓷刀具的5倍之多，可见其耐用度之高，而且具有多个刃口，可以转位式机夹刀片，减少了金属陶瓷刀具的换刀频率，更加提高工效；华晨刀具焊接式CBN刀具的生产节奏也比金属陶瓷刀具快许多，而且还可以实现连续切削，避免了频繁换刀，节约工时，提升工效；华晨焊接式CBN刀具由于采用了非金属（陶瓷）作粘结剂，可以弥补普通CBN刀具的热稳定性差、化学惰性低的特点，适用于淬硬钢的高速切削加工。
七、结论
淬硬钢的加工已经实现了以车代磨，加工效率更高，更加节约成本。淬硬钢件的加工要想往更高精度、更自动化方向发展，还需要有赖于刀具行业的不断创新和研究，只有走自主研发之路，才能不断推动五金机械化行业的发展。
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