如何使用 CBN 刀片加工渗碳淬火钢

如何使用 CBN 刀片加工渗碳淬火钢

PCD 刀片

什么 插入 对于热处理后硬度高达HRC58-62的渗碳淬火钢件,用什么刀具比较好?对于高硬度的渗碳淬火钢件,硬质合金刀片、陶瓷刀片、聚晶立方氮化硼(CBN)刀片都可以加工。为什么说CBN刀片是加工HRC58-62渗碳淬火钢比较合适的刀具呢?

渗碳淬火钢的加工特性

渗碳淬火钢硬度一般在HRC58-62度之间,常用钢种有20CrMnTi、40Cr等,常用于齿轮、齿套、齿模、齿轮轴等零件,其切削加工特点如下。

  • 渗碳淬火钢具有较高的强度和硬度,而塑性几乎没有,接近于0。
  • 切削HRC58-62渗碳淬火钢时,切削力较大,切削温度较高。
  • 渗碳淬火钢件表面不易产生积屑瘤。
  • 渗碳淬火钢的热导率较低。

渗碳淬火钢的热处理工艺

渗碳淬火是金属材料常见的热处理工艺,可使渗碳工件表面获得较高的硬度,提高其耐磨性。传统工艺主要有:低温回火、预冷直接淬火、一次加热淬火、渗碳高温回火、二次淬火冷处理、渗碳后感应加热等工艺。

渗碳淬火钢的加工工艺

渗碳淬火钢件在热处理后需要进行精加工,以保证图纸要求的尺寸和表面粗糙度。但热处理后的渗碳淬火钢件硬度较高,加工难度大。有些渗碳淬火工件是断续切削,容易造成刀具崩刃。以渗碳淬火齿轮为例。

  • 齿轮加工工艺: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—检验入库。
  • 从加工工艺上看,渗碳淬火钢件需要磨削加工才能保证图纸的要求。齿轮是间断切削,车刀不能一次性加工完。

PCD 刀片

渗碳淬火钢加工用刀具材料

随着切削技术的不断发展,工具行业相继开发出涂层硬质合金刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼刀具,实现了渗碳淬火钢的以车代磨加工。

涂层硬质合金刀片。它是在具有良好韧性的硬质合金刀片上电镀一层耐磨材料。它比未涂层的硬质合金刀片具有更高的硬度和更好的耐磨性,但涂层厚度一般为2至18μm,耐磨层较薄。长期加工导致耐磨层磨损。耐磨层磨损后,加工性能与未涂层硬质合金无异。而且,当遇到间歇性工作条件时,涂层硬质合金刀片的刃口容易开裂,导致磨损增加,频繁更换刀具,影响加工效率,增加刀具成本。

陶瓷刀片。与涂层硬质合金刀具相比,其硬度更高,性能更佳,但缺点是脆性较大,断续切削时陶瓷刀片易断裂。

CBN刀具。立方氮化硼材料硬度仅次于金刚石刀具,与金刚石刀具一起统称为超硬刀具。它除了硬度高、耐磨性好外,还存在着脆性的缺点。我国工具行业经过不断的努力和研究,开发出了非金属结合剂立方氮化硼刀具,解决了CBN刀具只能用于精加工工序,不能用于断续加工的难题。对于渗碳淬火钢件加工,BN-H10可用于连续精加工工序,BN-H21可用于强断续加工工序。

MCD 插入件

CBN刀片切削渗碳淬火钢的工艺参数

渗碳淬火齿轮钢加工时常有两种工况,连续切削、断续切削和粗车削,针对这两种工况,我国分别开发了BN-H10、BN-H21、BN-S20材料,其加工方案如下。

连续切削。选用BN-H10材料,属于复合CBN刀片,切削深度控制在0.3mm以内。切削参数:ap≤1mm,Fr=0.05-0.35mm/r,Vc=60-250m/min。

断续切削。选用BN-H21材料,这是一种耐磨性强、抗崩损的复合立方氮化硼刀具,切削深度控制在0.3mm以内。切削参数:ap≤1mm,Fr=0.05-0.35mm/r,Vc=60-250m/min。

粗车削。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变形较大,加工余量≥2mm,属于强断续切削。本例选用我国研制的BN-S20材料。该牌号属于整体立方氮化硼刀具,切削深度无上限,可填满整个刀片。

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