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精加工淬火钢的立方氮化硼刀具


郑州华菱超硬材料有限公司

2014.10

精加工淬火钢的立方氮化硼刀具
一、淬火钢的切削特点及精加工淬火钢的工艺
(1)淬火钢的切削特点: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大的比重。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(主要切削特

点) ;(2)切削力大、 切削温度高;(3)不易产生积屑瘤;(4)刀刃易崩碎、磨损;(5)导热系数低。 (2) 精加工淬火钢的工艺变化: 淬火钢精加工时因为工件淬火后硬度提高, 按照传统的精加工方法就是用磨削方法来达到最后尺寸精度和光洁度要求的, 但 磨削效率太低。随着各种新型刀具(如硬质合金涂层刀具、金刚石、陶瓷、立方 氮化硼等超硬刀具)的应用日趋广泛,现在出现了用车削方法来加工淬火钢的新 工艺,也就是以车代磨。以车代磨的优点(1)是车削比磨削的效率高,在某些场合 车削所需工时仅为磨削的几十分之一 ;(2) 是工件几何形状 (圆度 ) 比磨削的好 ; (3)是机床容易维护和保养。 以下是通过车削的方法精加工淬火钢, 简单介绍了精加工时刀具材料的选择 以及华菱立方氮化硼刀具精加工淬火钢的应用案例。

二、精加工淬火钢时刀具材料的选择
合理选择刀具材料,是精加工淬火钢的重要条件。根据淬火钢的切削特点, 刀具材料不仅要有高的硬度、耐磨性、耐热性,而且要有一定的强度和导热性。 (1)硬质合金刀具:硬质合金刀片的硬度在 89-94HRA,相当于 71-76HRC, 对于 HRC40 以上的淬火钢加工时硬质合金刀片容易烧刀造成磨损块且加工效率 低,所以适合 HRC45 以下硬度工件的精加工,相对来讲需低速车削(如果是单件 偶尔性精加工生产,也可用合适牌号的普通硬质合金刀具进行加工)。 (2)陶瓷刀具:陶瓷刀片由于脆性太大、容易崩刀,PCBN 刀具的硬度一般 为 HV3000-5000 ,精 HV 硬度换算 HRC 相当于 HRC95-100 ,适合加工硬度在 HRC40--55 度的工件的精加工,但尽量避免断续车削。 (3)华菱立方氮化硼刀具 BN-H10 牌号,BN-H20 牌号和 BN-S20 牌号:对 淬火后硬度在 HRC55 硬度以上的钢件最为适合。 精加工吃刀深度在 0.3mm 以下可 以选择 BN-H10 牌号和 BN-H20 牌号,都属于焊接复合式立方氮化硼刀具,两种刀 具牌号的区别在于 BN-H10 牌号只适合连续切削, 而 BN-H20 可加工中等断续工件。 当吃刀深度 0.5mm 以上的粗加工或者有断续精加工的淬火钢可考虑 BN-S20 牌号 整体聚晶立方氮化硼刀具,此牌号属于非金属粘合剂,它不仅可以断续切削淬火 钢,也可以大余量切除工件的淬硬层,但前提是并没有牺牲刀具的耐磨性,这是 与市场上的立方氮化硼刀具最大的不同。由于三种刀具牌号的硬度高(HV8000~ 9000),耐热性高(1400℃~1500℃),在使用时可以高于硬质合金几倍的切削速 度切削淬火钢, 而耐用度是硬度合金的几倍到几十倍。以下是三种刀具牌号的性 能优势及适合加工材料表:

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BN-H10 牌号的性能优势及适合加工材质表 刀具牌号 BN-H10 适合加工材质 此牌号刀具的性能优势 典型应用行业

轴承,齿轮,齿轮轴,恒 淬火钢和高强 适合高速精加工,耐磨 速联轴节;珠光体球墨铸 度铸铁 损性和耐崩损性均衡。 铁等。

BN-H20 牌号的性能优势及适合加工材质表 刀具牌号 适合加工材质 此牌号刀具的性能优势 典型应用行业

BN-H20

刀片夹紧方式更灵活,多刃口 刹车盘,制动鼓,铸 淬火钢,难切 数量。在淬火钢等难切削材料 铁零件, 淬硬钢齿轮 削材料 加工中耐磨损性和耐崩损性 等 兼备。

BN-S20 牌号的性能优势及适合加工材质表 刀具牌号 适合加工材质 此牌号刀具的性能优势 典型应用行业

BN-S20

淬硬钢轧辊, 淬火钢、高强度钢,轧 加工淬硬钢和高强度 钢 丝杠,风电轴 制硬钢、耐热耐磨钢、 时具有优异的耐热冲 击 承,高速钢轧 镍基合金及其表面硬 性和耐磨性。 辊,石油钻杆 化材料 耐磨层等

三、 用以上三种牌号立方氮化硼刀具切削淬火钢时, 在哪些情况下代 替磨削最为有效?
(1)在数控机床上切削复杂的表面和几个复杂的表面,代替磨削工序,可以减 少 1/3~2/3 的劳动量,而且能保证很高的位置精度。 (2)形状复杂的内孔或小孔。如采用磨削,要求砂轮的形状也相应复杂,有的 时候无法磨削,这时采用车削最为有利。 (3)一个零件几个表面(外圆、内孔、端面、阶台、沟槽)都需磨削,这时采用 车削,一道工序即可完成,可减去磨削用的工装。 (4)零件淬火后易变形和留余量小时易造成废品,这时可留余量大一些,待淬 火后,再用 CBN 刀具切除多余余量,再磨削,以减少因变形大而产生的废品。 (5)在加工载荷变动量很大的,困难条件下使用的表面高频零件,采用 CBN 刀
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具加工,工件表面组织和物理力学性能较磨削时好,可以延长零件的使用寿命。

四、华菱立方氮化硼刀具 BN-H10 牌号,BN-H20 牌号和 BN-S20 牌 号加工淬火钢的案例。
(1) BN-H10 牌号精加工齿轮钢 (淬火后硬度 58HRC-63HRC) 的案例 (如下图) : 切削参数:ap=0.2mm, Fr=0.1mm/r,Vc=180m/min。 切削状态:连续切削,干 式切削。

华菱 BN-H10 牌号与陶瓷刀具对比效果(如下图) :在华菱 BN-H10 牌号切削 速度高于陶瓷刀片 0.4 倍的情况下刀具寿命是陶瓷刀具的五倍多, 提高了加工效 率,节约了加工时间。

(2)BN-H20牌号精加工同步器齿套(淬火后硬度58HRC-63HRC)的案例:切削参 数:ap=0.15mm, Fr=0.1mm/r,Vc=170m/min。加工工序:精车槽,连续切削, 切削状态:干式切削。

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同步器零件及华菱 BN-H20 牌号的刀具图片

BN-H20 牌号和陶瓷刀片对比效果(如下图) :在华菱 BN-H20 牌号立方氮化 硼刀具的切削速度比陶瓷刀片高 0.4 倍的情况下刀具寿命是陶瓷刀片的 5 倍。 不 但提高了加工效率,而且还增加了刀具寿命。

(3) BN-S20 牌号精加工滚珠丝杠的案例: 加工材料: 中国牌号 40CrMo 或 Gcr15, 硬度 60-62HRC,切削参数:ap=4.5mm,Fr=0.10mm/r 每齿,Vc=90m/min,切削方 式:干式切削。 滚珠丝杠零件和装夹 BN-S20 牌号刀片的车刀图片

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BN-S20 牌号和陶瓷刀片的对比(如下图):在华菱 BN-S20 牌号的切削速度提 高 30%的情况下吃刀深度是陶瓷刀片的 9 倍,可见 BN-S20 牌号颠覆了人们对于 立方氮化硼刀片只能用于精加工的认识,由于非金属粘合剂 BN-S20 牌号刀片的 抗冲击韧性增加使得能够承受 7.5mm 的切削深度, 降低走刀次数来来节约加工时 间,降低加工成本,使得淬火钢粗加工和特别是大型硬零件的重切削成为现实。

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