随着我国工业飞速发展，对机械零件的性能要求越来越高。为了提高机械零件的耐磨性，延长其使用寿命，很多结构钢零件常常采用淬火处理。但淬火后的零件强度和硬度较高，塑性较差，这就给切削加工带来了难题。

 刀具性能的优劣对切削加工的效率和加工精度至关重要。提高刀具性能一直是机械制造领域不断探索和研究的课题之一。本文主要介绍了淬硬钢的加工特点及如何选择正确的刀具材料加工淬硬钢。 

一、淬火钢的定义及加工特点

  淬火钢是指钢件经过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钢件。

  淬火钢的切削加工特点：（1）硬度高、强度高，塑性接近0；（2）切削力大、切削温度高；（3）不易产生积屑瘤；（4）导热系数低。

  由于淬火钢具有良好的使用性能，广泛应用于交通行业，风电行业，机床行业，模具行业等领域，典型零部件有齿轮，齿轮轴，轴承，滚珠丝杠，同步器，模具等。

二、淬火钢的热处理工艺

  淬火钢之所以具有良好的使用性能，热处理是不可避免的工序，淬火钢常见的热处理工艺包括退火，淬火，回火。退火是在在切削加工之前，目的是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力。淬火、回火是一起的，淬火后直接回火，在精加工之前进行，淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好准备等。回火的目的主要是：消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。

  经过热处理之后，工件的硬度一般在HRC45以上，有的甚至达到HRC60以上，不同的工件，工作性质不同，故热处理后的硬度也不同，如汽车变速箱齿轮热处理后的硬度一般在HRC58-63之间，回转支承轴承热处理后的硬度在HRC47-55之间，滚珠丝杠热处理后的硬度一般在HRC60-62之间。

三、淬火钢的机械加工工艺

  淬火钢经过热处理之后需精加工，保证图纸要求尺寸和表面粗糙度，但热处理后的淬火钢件硬度高难加工，部分工件属于断续切削或表面精度要求高，常采用磨削方式来提高工件精度，下面就简单介绍几种淬火钢的机械加工工艺。

  齿轮的加工工艺：下料—锻造—正火—粗车—调质热处理(淬火+高温回火)—精车—齿面磨削加工--检验入库。

  滚珠丝杠的加工工艺：下料—锻造—退火—切削加工—热处理—磨削加工—检验入库。

  汽车半轴的加工工艺：下料—锻造—正火—车削加工—拉花键—热处理—磨削加工。

  从加工工艺来看，以上几种淬火钢件均需要磨削加工来保证图纸要求，齿轮是由于属于断续切削，车刀无法加工；而滚珠丝杠和汽车半轴就属于表面精度高，采用磨削方式来达到表面光洁度。 

四、采用以车代磨工艺切削加工淬火钢

  随着切削技术的不断发展，刀具行业依次研制出涂层硬质合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具，车削代替磨削做为最终加工工序，实现以车代磨工艺。下面就简单介绍一下这三种刀具的性能。

  涂层硬质合金刀具：是在韧性较好的硬质合金刀具上电镀一层耐磨材料，比未涂层的硬质合金刀具性能硬度高，耐磨性好，但涂层的厚度一般在2～18μm，耐磨层较薄，长时间的加工致使耐磨层磨损，耐磨层磨损完之后的加工性能和未涂层的硬质合金刀具无异；或者遇到断续时涂层硬质合金刀具刃口崩裂，导致磨损加剧，换刀频繁，影响加工效率，增加刀具成本。

  陶瓷刀具：与涂层刀具相比性能较好，但脆性大是众所周知的缺点，不能断续切削和大余量车削，适合精加工硬度HRC45-55之间的淬硬钢件。

  立方氮化硼刀具：由于硬度仅次于金刚石刀具，和金刚石刀具统称为超硬刀具。除了硬度高之外，耐磨性好，但和陶瓷刀具的缺点一样脆性大是不争的事实。我国刀具行业通过不断的努力和研究，研制出非金属粘合剂立方氮化硼刀具，解决了立方氮化硼刀具只能用于精加工工序的问题。

  我国针对淬火钢不同工件的不同性能，和涂层硬质合金，陶瓷刀具加工淬硬钢时出现的问题，研制出相对应的刀具材质。

  下面就简单介绍一下华菱超硬切削加工淬火钢的刀具材质及切削参数。

四、华菱超硬刀具切削加工淬火钢的刀具材质及切削参数

（1）华菱超硬刀具切削加工齿轮钢的刀具材质及切削参数

  在加工齿轮钢时常出现两种工况：连续切削和断续切削，我国针对两种工况研制出BN-H11材质，BN-H20材质和BN-S20材质。加工方案如下：

  连续切削：选择BN-H05材质(如下图)，属于复合式立方氮化硼刀具，吃刀深度控制在0.3mm以内。切削参数：ap≤1mm，Fr=0.05-0.35mm/r，Vc=60-250m/min。  

  断续切削：选择BN-H10和BN-H21材质，属于复合式立方氮化硼刀具，耐磨损性和耐崩损性强，吃刀深度控制在0.3mm以内。切削参数：ap≤1mm，Fr=0.05-0.35mm/r，Vc=60-250m/min。

  还有一种断续切削属于大余量车削，由于大型工件热处理后的变形量大，加工余量≥2mm，并且属于强断续切削，此类情况选择我国研制的BN-S20材质，此牌号属于整体式立方氮化硼刀具，吃刀深度无上限，可吃满整个刀片。

  下面简单介绍一下我国立方氮化硼刀具加工齿轮钢的案例：

（2）华菱超硬研制的刀具加工轴承钢的案例

  轴承钢可以说是无处不在，不同的轴承使用性能不同，故轴承钢的材质也不同，我国针对轴承钢的不同工件研制出不同的刀具材质，分别有BN-S200材质和BN-H11材质。其中BN-S200材质属于整体式立方氮化硼刀具，BN-H11材质属于焊接式立方氮化硼刀具，刀片图样如下图：

  以上两种刀具材质均属于精加工工序，切削参数为：ap≤1mm，Fr=0.05-0.35mm/r，Vc=60-250m/min。如精加工轴承钢时余量≥2mm，选择我国刀具BN-S20材质。

  下面简单介绍一下华菱超硬两种刀具材质加工轴承钢的案例（如下表）：

五、总结

  随着现代技术的不断发展，越来越多的淬火钢件出现在机械加工车间，机械制造商一直在寻找高效率低成本的车削刀具，这对于刀具行业来说，只有不断研发出高性能高质量的刀具材料或刀具材质，才能占领刀具市场，并进一步推动中国制造业的发展。