淬火钢的加工特点及如何选择刀具材料

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淬火钢的加工特点及如何选择刀具材料

一、淬火钢加工特点 
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•K)，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。

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二、淬火件变形的因素及预防与控制方法 
（1）淬火件变形的原因：1），碳含量及其对淬火变化量的影响；2），合金元素对淬火变形的影响；3），原始组织和应力状态对热处理变形的影响；4），淬火前工件本身的应力状态对变形有重要影响。特别是形状复杂,经过大进给量切削加工的工件,其残余应力若未经消除,对淬火变形有很大影响。；5)，工件几何形状对热处理变形的影响；6)，工艺参数对热处理变形的影响。 
(2)淬火变形的预防与控制方法：1) 反向压弯法：根据轴类零件的热处理变形规律，可在淬火前预加一个应力，即在零件弯曲方向的反向压弯，以补偿淬火后所产生的弯曲变形，可减小校直工作量。2) 静态淬火法：要求淬火冷却液的温度要均匀，并且是在淬火前刚被搅匀后的静止状态；3) 零件设计均匀对称：零件的截面形状设计应尽量均匀对称,必要时可开工艺用槽；4)采用专用淬火夹具淬火：如果零件截面是对称的，在出炉后可套入专用夹具，然后以垂直方向淬入冷却液。由于零件变形受到夹具的限制，一般都可以控制在预留余量范围以内；5)利用埋入式盐浴炉加热：插入式盐浴炉加热,零件单面受热快,容易产生弯曲变形,而埋入式盐浴炉则温度较均匀，而且节能,也可采用流动粒子炉；6)直吊横放：对于长零件淬火前后的存放,应注意不使零件因自重而弯曲,最好采用架子直吊。长途运输时，可采用多个塑料气垫包，这样不但能使零件自动取得平衡,且有减震作用；7)淬火前消除应力：用于重要的容易变形的零件，例如精密长丝杆等。淬火前进行退火或正火以细化晶粒并使组织均匀化，减少内应力。淬火加热时严格控制加热温度。

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三、加工淬火钢时选择刀具常出现的问题
淬火件由于淬火之后变形，虽然采取了预防和控制，但对于大型零部件淬火之后的变形还是无法控制的很好，并且淬火件淬火之后的硬度一般在HRC45以上，属于中硬齿面，这时选择的刀具材料就很重要，从车削加工淬火钢角度来讲，选择淬火钢加工的刀具有几个方面：一是刀具材质选择：一般从加工硬度上来说，在切削硬度低于HRC50以下和小切深小进给情况下的淬火钢工件时，陶瓷刀具是较好的选择。立方氮化硼刀具（CBN刀具）适合于工件硬度高于HRC50情况，另外陶瓷刀具尽量避免在半精加工和粗加工用，而整体立方氮化硼刀片（CBN刀片）可以适合断续切削，重载粗加工。二是立方氮化硼刀具（CBN刀具）厂家/牌号选择及刃口处理，好的立方氮化硼刀具（CBN刀具）不但粗加工不崩刃，而且能够在高效率精加工时保持超长的使用寿命和很好的加工表面光洁度。 
在淬火钢精加工过程中，常用的立方氮化硼焊接刀具，目前国内做CBN焊接刀具的厂家有很多，大部分是用国外CBN复合片经切割、焊接制成各种CBN刀具，对国外CBN刀具的复杂牌号特性弄得不并是很清楚，这也是国内CBN焊接刀具市场的尴尬处境。 
在淬火钢粗加工和断续切削中，应该选用整体CBN刀片（即立方氮化硼整体聚晶刀片），这种刀具国内也有少数厂家生产，但对于淬火钢加工的CBN刀具最有话语权的当属河南超硬材料研究所（华菱超硬），其BN-S20牌号在淬火钢粗加工和间断车削领域的研制并应用成功，在超硬刀具学术界享有很高的声誉，HLCBN作为民族超硬刀具品牌在世界超硬材料刀具中占有重要的地位。 
我国华菱超硬自创业以来，准确把握时代的变化脉搏，不断努力开发，提供可迅速满足日益多样化需求的高品质，高性能刀具产品。凭借长期培养积累的技术实力和最尖端的技术开发能力，在国内首次提出粗加工用“立方氮化硼整体聚晶刀片”概念，并适应当代“高速，精密加工”等切削要求。在超硬刀具学术界享有很高声誉。