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，为后道热处理作好组织准备等。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--验收交活。

 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、硬车削淬火钢的刀具选择

（1）涂层硬质合金刀具

 涂层硬质合金刀具是在韧性较好的硬质合金刀具上涂层，涂层的厚度为2～18µm，涂层后降了热传导系数，减弱了刀具基体的热作用；能够有效地改善切削过程的摩擦和粘附作用，降低切削热的生成。涂层硬质合金刀具与硬质合金刀具相比，无论在强度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高。对于硬度在HRC45以下工件的车削，低成本的涂层硬质合金可实现低速车削。

（2）陶瓷刀具

 陶瓷刀具使用正常时，车速可比硬质合金提高2～5倍，特别适合高硬度材料加工、精加工以及高速加工。对于硬度在HRC45-55度的淬火钢精车可以选用陶瓷刀具，注意尽量避免断续切削。

（3）CBN刀具

 CBN的硬度和耐磨性仅次于金刚石，有极好的高温硬度，与陶瓷刀具相比，冲击强度和抗破碎性能较好。它广泛适用于淬硬钢(50HRC以上)、珠光体灰铸铁、冷硬铸铁和高温合金等的切削加工，与硬质合金刀具相比，其切削速度甚至可提高一个数量级。

 CBN含量高的PCBN刀具，硬度高、耐磨性好、抗压强度高及耐冲击韧性好，其缺点是热稳定性差和化学惰性低，适用于耐热合金、铸铁和铁系烧结金属的切削加工。复合PCBN刀具中CBN 颗粒含量较低，采用陶瓷作粘结剂，其硬度较低，但弥补了前一种材料热稳定性差、化学惰性低的特点，适用于淬硬钢的切削加工。

 华菱超硬根据不同的淬火件，研制出不同的刀具牌号，加工效果相比较与硬质合金刀具和陶瓷刀具，不仅效果高，而且成本低。具体刀具牌号及切削参数见下表：

以上均属于精加工淬火件的刀具牌号，对于余量较大，断续面可选择华菱超硬刀具BN-S20牌号，耐磨性和抗冲击性兼优，加工断续淬火件效果俱佳。

五、硬车削淬火钢齿轮/轴承/丝杠等零部件的案例参数

（1）齿轮

 齿轮作为硬车工艺的典型应用行业，其中连续切削用BN-H10材质和BN-H10 C25（涂层PCBN刀片），断续切削用BN-H21材质和BN-H21 C25（涂层PCBN刀片），其切削速度Vc=60-250m/min，吃刀深度ap≤1mm，进给量Fr=0.05-0.35mm/r，表面粗糙度达到Ra0.4—Ra0.8，若能采用刚性好的标准数控机床加工，连续切削齿轮的表面光洁度可达到Ra0.3μm，尺寸精度可达到0.01mm。

 以BN-H21材质断续切削齿轮端面（端面有8个孔）为例：试切刀具寿命达到600件时，表面粗糙度开始变差；如果使用涂层PCBN刀片，在保证Ra0.8的表面粗糙度下，刀具寿命提高一倍。

（2）轴承

 轴承行业同样是淬硬钢材料使用率较高的行业之一，部分大型轴承的热后硬车工序的加工余量都是根据此前的热处理工艺及淬火变形量预留的，如风电轴承淬火后硬车余量为2-6mm，对PCBN刀片的抗冲击韧性和稳定性要求较高，对此推荐BN-S20材质PCBN刀片，此材质自身硬度达到HRC98.5，适合长时间大余量硬车轴承零部件，对于余量≤1mm的轴承，可选择BN-S200材质，耐磨性优异，刀具寿命是某品牌CBN刀片的2倍。案例如下：

（3）滚珠丝杠

 滚珠丝杠从工艺角度分为冷轧滚珠丝杠和磨削滚珠丝杠两类，硬车工艺不但适合轧制丝杠端部轴承座的加工，也适合部分精度磨制丝杠的硬车工艺。  

 精加工滚珠丝杠，推荐BN-S20材质整体聚晶CBN刀具，此材质采用纯陶瓷作为结合剂的CBN烧结体，经过高温高压合成，具有更好的抗冲击性能；且采用纳米级超细晶粒，其耐磨性能更优异，在加工淬硬冷轧滚珠丝杠两端轴承座安装位置时，寿命是普通CBN刀片的4倍以上，由于抗冲击韧性好，单边吃刀量可以达到7.5mm，也适合淬硬滚珠丝杠螺纹的断续加工。具体案例如下：

（4）同步器

 同步器作为手动变速箱结构内部的重要设备，经过热处理后硬度在HRC60左右，切削加工过程中会产生大量的切削热，对刀具的红硬性要求高，而且同步器热处理后存在变形量的问题，对切削刀具的抗冲击韧性有一定的要求，此时选择PCBN刀具BN-H10材质，可保证产品最终的尺寸精度和表面光洁度要求。具体案例如下：