什么是淬火?

什么是淬火?

淬火钢是指淬火后组织为马氏体，硬度大于HRC50的钢。它在难切割材料中占有相当大的比例。

淬火钢加工工具的选择有几个关键点:

一、淬火的切削特性:

1. 高硬度、高强度，几乎没有塑性:这是淬火钢的主要切削特性。淬火钢硬度达到hrc50 ~ 60时，强度可达σb=2100 ~ 2600mpa。根据被加工材料的工作性能分类要求，淬火钢的硬度和强度为9a，是最难切削的材料。
2. 切削力大、切削温度高:切削切屑由高硬度、高强度工件制成，单位切削力可达4500MPa。为了改善切削条件，增加散热面积，刀具选择较小的主、次偏角。此时，它将引起振动，这就要求加工系统具有良好的刚性。
3. 硬化后的钢具有高硬度和高脆性，不易产生堆积边。在切削过程中不易产生堆积边，加工后的表面可获得较低的表面粗糙度。
4. 切削刃易断裂磨损:由于淬火钢的高脆性，切削时切削屑与切削刃接触时间短，切削力和切削热都集中在刀具切削刃附近，易使切削刃断裂磨损。
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。该材料的切削能力等级为9a级，难以切割。硬化钢由于导热系数低，很难通过切屑将切削头取出，切削温度很高，加速刀具磨损。

二、淬火加工刀具的材料选择

合理选择刀具材料是切削淬硬钢的重要条件。根据淬硬钢的切削特性，刀具材料不仅要有较高的硬度、耐磨性、耐热性，还要有一定的强度和导热性。加工淬火钢的刀具材料有:

1. 硬质合金:在选择硬质合金时，应先选择含有适当数量TaC或NbC超细颗粒的硬质合金材料。因为WC-Co硬质合金中加入TaC后，其在800℃时的原始高温强度可提高150~300MPa，常温下的硬度可提高HV40~100。切削淬火钢常用的硬质合金牌号有:YM051、YM052、YN05、YN10、600、610、726、758、767、813等。
2. 热压复合陶瓷和热压氮化硅陶瓷:在Al2O3中加入TiC等金属元素，采用热压工艺，提高了陶瓷的致密性，改善了铝基陶瓷的性能，并提高了其硬度。HRA95.5，抗弯强度可达800~1200MPa，耐热性可达1200℃~1300℃，可减少使用过程中的粘结和扩散磨损。
3. 立方氮化硼复合板材(PCBN)刀具:其硬度为HV8000~9000，复合抗弯强度为900~1300MPa，导热系数比较高，耐热性为1400℃~1500℃，是刀具材料中最高的，非常适合淬硬钢的精加工。后来开发的一体化CBN刀片BN-S20，增加了CBN刀片的应用领域，可广泛应用于粗加工和间歇加工。

第三，硬度选择经验点，选择淬火钢加工工具

如果是偶尔生产单件，可以用相应品牌的普通硬质合金刀具加工。如果淬火钢是分批加工的，可根据工件的硬度和加工余量从涂层硬质合金、陶瓷刀具、CBN刀具三种刀具材料中选择。

1. 洛氏硬度在45 HRC以下的淬火和回火零件适合选择要求相对低速车削的涂层硬质合金刀具。
2. 淬火后硬度为HRC40-55度的工件加工，可选用陶瓷刀片，但应尽量避免间歇车削。如果加工余量较大或有间歇性加工，可采用立方氮化硼刀具。
3. 淬火后硬度在HRC55以上的工件，建议选用CBN立方氮化硼刀具。加工余量小。如果一侧余量小于30丝，可选用焊接复合立方氮化硼刀具。一般刀深以0.3mm为好。

如果加工余量较大，单面余量大于1mm，建议选用整体式CBN刀具BN-S20，这种刀具可以用大量刀具加工淬硬钢，减少道次，提高加工效率。

四、切削方法的淬火加工刀具选择经验要点

硬质合金刀具和陶瓷刀片通常是耐热的，在加工淬硬钢时需要湿切削。立方氮化硼叶片的导热性和耐热性都很好。无需添加切削液即可在高速切削下进行干式切削，绿色环保。

注:如果必须增加小孔的切削条件或切削液，需要提前与刀具工程师沟通，选择湿切立方氮化硼等级。

第五，淬火钢加工刀具经验点选择的切削参数

切削硬化钢的切削参数主要根据刀具材料和工件材料的物理力学性能、工件的形状、加工系统的刚度和加工余量来选择。在选择切削量三要素时，首先考虑选择合理的切削速度，其次是切削深度，最后是进给量。

切削硬度为HRC55-65的材料时，CBN刀具的切削速度应为50-120m/min。铣削时Vc =100~160m/min，每分钟进给量Vf=70~160mm/min;扩孔时Vc=60~130m/min, ap=0.1~0.2mm, f=0.07~0.2mm/r。需要注意的是，使用立方氮化硼刀具进行精车削淬硬钢时，工件硬度高于45HRC时，效果最好，工件硬度越高，切削速度越低，如工件硬度为70HRC时，切削速度应选择60-80m/min;当精密车削的切削深度为0.1~0.3mm，进给量为0.05~0.025mm/r时，精加工后的工件表面粗糙度为Ra0.3~0.6μm，尺寸精度可达0.013mm。若能用刚性好的标准数控车床加工，刀具刚性好，刃口锋利，完成车削后的工件表面粗糙度可达Ra0.3μm，尺寸精度可达0.01mm，可达到用数控磨床加工的水平。

第六、淬火钢加工工具的选择经验要点，使用车削代替磨刀

用立方氮化硼(CBN)刀具代替磨削硬车削钢的可行性

1. 在数控机床上切割复杂表面和几种复杂表面可以代替磨削加工，可减少1/3 ~ 2/3的人工，并能保证较高的位置精度。
2. 形状复杂的内孔或小孔。如果采用磨削，则要求砂轮的形状相应复杂，有时无法磨削。这时，转弯是最有利的。
3. 一个零件的几个表面(外圆、内孔、端面、工作台、槽)需要进行磨削，然后使用车削，这可以在一个工序中完成，并且可以减去用于磨削的工具。
4. 淬火后零件易变形，剩余余量小，易造成废品。此时，剩余保证金可以更大一些。淬火后，用CBN刀具将多余余量切掉，再进行磨削，以减少大变形废钢的发生。
5. 采用CBN刀具对加工载荷波动大的困难条件下使用的表面高频零件进行加工。工件的表面结构和物理机械性能优于磨削加工，可延长零件的使用寿命。

第七、螺纹加工对于淬火钢加工工具经验点的选择

螺纹滚轮的螺纹淬火后，一般用螺纹磨床研磨。但为了提高加工效率，解决不磨螺纹的困难，也可以车削加工。

1. 滚丝轮技术要求:毛坯材料为Cr12MoV合金工具钢，淬火后硬度为HRC59，螺距为1.5mm，螺纹头数为10个，半角α/2=30º±25′，齿深为0.922mm，齿尖高度h1 =(0.435±0.042)mm，齿根高度h2 = (0.487(+0.010/-0.029)mm。
2. 机床及刀具:机床为大连生产的8955型290mm铲齿车床，机床附件为分度盘。刀具分为粗车刀和精车刀。刀具几何参数为:γ。= -3º，α。=5º，α′=0º~2º，εr=60º20′，λs=-5º，前叶片面向螺旋方向倾斜3º。将工具磨成各个角度后，再用金刚石磨石进行研磨，在主副刃和刀尖处产生负倒角。
3. 切削量:切削速度26.2m/min，粗车螺纹aP=0.1~0.15mm，精车aP=0.05~0.08mm。反过来，每次移动刀具时，头分一次，以确保均匀地去除每个齿。
4. 注意事项:为防止刀尖在切进切出时塌陷，螺纹两端倒置30º角。为了精确控制每次吃刀的深度，可以在水平方向放置一个100米的刻度盘。

与磨削相比，车削磨削技术具有更高的加工效率。在硬车削中，华菱BN-S20可采用大切削深度间歇切削，再加上工件速度高，金属去除率通常是磨削加工的3 ~ 4倍，耗电、人工少，但材料耗材仅为磨削加工的1/5。

风险因素:用于硬车削的机床的间隙和刚度决定了振动刀刀让问题发生的概率，也会影响被加工工件的尺寸精度和表面粗糙度，因此用户需要根据自己的工件要求进行咨询和选择。