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鄭州晶品超硬工具有限公司
工廠：鄭州市中原西路竹川工業區
運營：鄭州市明理路266號木華廣場
電話：0371-5600 9088
官微：晶品工具
郵箱：zjp@zzjpgj.com
聯系人：鄭先生 朱女士
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| 鄭州晶品轉載：硬車削（以車代磨）——淬火鋼的切削加工 |
以車代磨是近幾年慢慢流行起來的新技術，硬車削是指把淬硬鋼的車削作為最終加工或精加工的工藝方法。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。
隨著我國工業飛速發展，對機械零件的性能要求越來越高。為了提高機械零件的耐磨性，延長其使用壽命，很多結構鋼零件常常采用淬火處理。但淬火后的零件強度和硬度較高，塑性較差，這就給切削加工帶來了難題。
一、淬火鋼的加工特點：
（1）硬度高、強度高，幾乎沒有塑性：這是淬火鋼的主要切削特點。當淬火鋼的硬度達到HRC50～60時，其強度可達σb=2100～2600MPa，按照被加工材料加工性分級規定，淬火鋼的硬度和強度均為9a級，屬于最難切削的材料。
（2）切削力大、切削溫度高：要從高硬度和高強度的工件上切下切屑，其單位切削力可達4500MPa。為了改善切削條件，增大散熱面積，刀具選擇較小的主偏角和副偏角。這時會引起振動，要求要有較好的工藝系統剛性。
（3）不易產生積屑瘤：淬火鋼的硬度高、脆性大，切削時不易產生積屑瘤，被加工表面可以獲得較低的表面粗糙度。
（4）刀刃易崩碎、磨損：由于淬火鋼的脆性大，切削時切屑與刀刃接觸短，切削力和切削熱集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨損。
（5）導熱系數低：一般淬火鋼的導熱系數為7.12W/(m·K)，約為45號鋼的1/7。材料的切削加工性等級是9a級，屬于很難切削的材料。由于淬火鋼的導熱系數低，切削熱很難通過切屑帶走，切削溫度很高，加快了刀具磨損。
二、淬火鋼的熱處理工藝
淬火鋼之所以具有良好的使用性能，熱處理是不可避免的工序，淬火鋼常見的熱處理工藝包括退火、淬火、回火。退火是在在切削加工之前，目的是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應力。
淬火、回火是一起的，淬火后直接回火，在精加工之前進行，淬火的目的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好準備等。回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時所產生的應力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韌性等。
淬火鋼熱處理
經過熱處理之后，工件的硬度一般在HRC45以上，有的甚至達到HRC60以上，不同的工件，工作性質不同，故熱處理后的硬度也不同，如汽車變速箱齒輪熱處理后的硬度一般在HRC58-63之間，回轉支承軸承熱處理后的硬度在HRC47-55之間，滾珠絲杠熱處理后的硬度一般在HRC60-62之間。
三、淬火鋼的機械加工工藝
淬火鋼經過熱處理之后需精加工，保證圖紙要求的尺寸和表面粗糙度，但熱處理后的淬火鋼件硬度高難加工，部分工件需要斷續切削或表面精度要求高，以前常采用磨削方式來提高工件精度，下面就簡單介紹幾種淬火鋼的機械加工工藝。
齒輪的加工工藝：下料—鍛造—正火—粗車—調質熱處理(淬火+高溫回火)—精車—齒面磨削加工--檢驗入庫。
滾珠絲杠的加工工藝：下料—鍛造—退火—切削加工—熱處理—磨削加工—檢驗入庫。
汽車半軸的加工工藝：下料—鍛造—正火—車削加工—拉花鍵—熱處理—磨削加工。
淬火鋼切削加工
從加工工藝來看，以上幾種淬火鋼件均需要磨削加工來保證圖紙的尺寸和粗糙度要求，齒輪是由于帶斷續切削，車刀無法加工；而滾珠絲杠和汽車半軸就屬于表面精度高，采用磨削方式來達到表面光潔度。
四、淬火鋼的加工難點
（1）淬火鋼的粗加工：車削加工熱處理過的齒輪、齒圈的生產過程中，一些齒輪、齒圈淬火或滲碳淬火后，硬度一般在HRC55以上，有的硬度達到HRC60甚至HRC65左右。有的齒輪熱處理后變形嚴重，特別是滲碳淬火后的大齒圈、大齒輪（如高鐵齒輪、工程機械大齒圈、重工行業用大齒圈等），這些大型齒輪齒圈淬火后變形量非常大，這就涉及到淬火鋼粗加工。
（2）淬火鋼的斷續加工：斷續切削加工一直是個難題，何況是動輒HRC60左右的高硬度淬火鋼。特別是在高速車削淬火鋼時，如果工件有斷續切削，刀具在斷續切削淬火鋼時會受到每分鐘100次以上的沖擊來完成加工，對刀具的抗沖擊性能是個很大的挑戰。以汽車齒輪加工為例，淬硬齒輪以車代磨已經成為一種趨勢，據了解，作為齒輪產業的三大市場之一，車輛齒輪占據了齒輪市場總額的62%，其中汽車齒輪又占據了車輛齒輪市場份額的62%。也就是說，汽車所用齒輪占有了整個齒輪市場近40%的比重，可見齒輪對于汽車產業的重要性。雖然淬火鋼的以車代磨和硬車削已經很普及，但汽車淬硬齒輪加工過程中仍然遇到很多問題，如一些汽車齒輪內孔有油孔，刀具在高速運轉時期遇到油孔容易崩刀、齒輪的位置公差難以保證等等。
切削工況：連續-斷續-強斷續
（3）淬火鋼的切槽加工：如同步器滑套嚙合槽淬火后的硬車削加工，雖然刀具制造商開發出了同步器滑套專用切槽刀具，但刀具的壽命仍然不盡如人意。
（4）淬火鋼車削的光潔度問題：如軸承鋼淬火后車削加工一般要求很好的表面光潔度，Gcr15鋼是常用軸承鋼，淬火后硬度一般在HRC62左右，在生產加工過稱中，由于軸承的精度和光潔度要求非常高，如果設計調整好刀具的刃口，使用CBN刀具加工淬火鋼時車削光潔度可達到Ra0.4。
五、淬火鋼切削加工案例（典型零部件——齒輪）
（1）齒輪的連續切削工況：
加工材質：20CrMnTi齒輪，硬度HRC58-62，選用優質CBN刀具材質BN-H05，刀片CNGA120408，切削參數：ap=0.1mm，Fr=0.1mm/r，Vc=180m/min，干切；加工工件的表面粗糙度≦Ra0.8，BN-H05材質刀具壽命>800件，比普通CBN材質刀具壽命提升45%。
齒輪的連續切削工況
（2）齒輪的中等斷續切削工況：
加工材料：20CrMnTi齒輪，硬度HRC58-62，選用國產CBN刀具材質BN-H10，刀片CCGW09T304，切削參數：ap=0.25mm，Fr=0.08mm/r，Vc=135m/min，干切；BN-H10材質刀具的切削速度和壽命相比進口PCBN刀具均有提升，加工效率提升22%。
齒輪的中等斷續切削工況
（3）齒輪的強斷續切削工況：
加工材料：20CrMnTi齒輪，硬度HRC58-62，由于強斷續工況，使用普通CBN刀具崩刀嚴重，而選用強斷續優勢CBN刀具材質BN-H21，刀片WNGA080404，切削參數：ap=0.15mm，Fr=0.1mm/r，Vc=117m/min，干切，刀具壽命提升6倍，正常磨損。
齒輪的強斷續切削工況
隨著現代技術的不斷發展，越來越多的淬火鋼件出現在機械加工車間，機械制造商一直在尋找高效率低成本的車削刀具，這對于刀具行業來說，只有不斷研發出高性能高質量的刀具材料或刀具材質，才能占領刀具市場，并進一步推動中國制造業的發展。 |
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