精加工齿轮的刀具方案—立方氮化硼刀具

　　随着汽车行业的迅速发展，也带动了汽车行业下游，如汽车零部件等行业的迅速崛起。并且随着汽车大量生产，很多加工汽车零部件的机械加工厂均属于批量生产，如汽车齿轮，齿轮轴等零部件。本文主要介绍一下汽车零部件的加工工艺及材料的选择，和如何批量加工汽车齿轮。

　　目前，每辆汽车中通常有18-30个齿部，齿轮作为汽车行业主要的基础传动元件，其质量直接影响汽车的噪声、平稳性及使用寿命。并且齿轮的作用不同，选择的齿轮材料也不同，如汽车变速箱齿轮，驱动桥主动齿轮，驱动器差速齿轮等常采用20CrMoTi，20CrMo材料；汽车曲轴齿轮常采用35、40、45或40Cr材料。为了使汽车齿轮在使用过程中，获得较高的硬度，强度和弯曲疲劳强度和接触疲劳强度(抗疲劳点蚀)，常热处理工艺来提高齿轮的硬度，耐磨性和抗疲劳强度。

　　汽车齿轮常采用的热处理工艺有正火，调质，渗碳等工艺，其中正火是在加工零部件之前，为了去除材料的内应力和增加材料的硬度；调质和渗碳一般在齿轮粗加工之后，为了得到高的表面硬度、高的耐磨性和疲劳强度，并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷，借以延长零件的使用寿命。对于不同的材质选择不同的热处理工艺，其中重要齿轮（如变速箱车轮20CrMoTi材质）需渗碳之后淬火、回火热处理,以提高耐磨性和疲劳抗力。为保证心部有足够的强度及韧性,材料的淬透性要求较高,心部硬度应在3545HRC，表面硬度在58-64HRC。

　　20CrMoTi材质的齿轮经过热处理之后的硬度在58-64HRC，其他材质的齿轮经过热处理后的硬度一般也在HRC45以上，并且在热处理时难免会出现变形问题，无疑是给精加工再次制造麻烦，故在精加工时选择正确的刀具材料就显得尤为重要，原因在于汽车齿轮不仅要求精度高，而且质量高，并且批量生产时还需保证加工效率。

　　目前，市场上有三种刀具材料，分别是刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具，涂层硬质合金刀具虽说硬度和强度在一定程度上高于为涂层的硬质合金刀具，但由于表面的耐磨层较薄，长时间的加工致使表面耐磨层用完之后，所表现出来的性能和未涂层的硬质合金刀具一样不耐磨。大批量加工时不建议选择涂层硬质合金刀具，影响加工效率，小量或少量加工齿轮时，在不影响加工效率的情况下，可选择合适的涂层硬质合金刀具。

　　陶瓷刀具就不用说了，脆性大，不能断续切削众所周知，并且适合精加工工件硬度在HRC45-55之间，所以在没有断续切削，余量小时选择陶瓷刀具较经济。

　　立方氮化硼刀具相较于以上两种刀具，不仅硬度，强度高，而且耐磨性好，虽说传统的立方氮化硼刀具脆性大是不争的事实，但相较于陶瓷刀具来说还是具有一定的抗冲击性能。尤其是华菱超硬研制的非金属粘合剂立方氮化硼刀具，解决了立方氮化硼只能用于精加工工序的难题。

　　华菱超硬，作为我国立方氮化硼刀具国产化的先驱，其刀具方案可全方位、高效的完成硬材料加工行业领域的各种零部件的车削、铣削等一系列加工。自创业以来，准确把握时代的变化脉搏，不断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。目前被广泛应用于高硬度材料，热处理后的高硬度工件，和其他难切削材料的零件领域。

　　齿轮在精加工时加工余量一般在0.3mm以内，华菱超硬针其加工余量，使用性能及质量要求，研制出精加工齿轮的非金属粘合剂立方氮化硼刀具BN-H10牌号和BN-H20牌号，以上两种刀具牌号均属于焊接式立方氮化硼刀具，吃刀深度控制在0.3mm以内效果最好。其主要区别在于工况不同，选择的刀具牌号不同，下面就简单介绍一下不同的工况如何选择正确的刀具牌号。

　　（1）连续切削工况：选择BN-H10牌号（如下图），BN-H10牌号硬度高，耐磨性和耐崩损性良好，适合高速精加工连续切削工况，切削参数:ap1mm，Fr=0.05-0.35mm/r，Vc=60-250m/min。

　　加工案例：加工硬度HRC58-63之间的齿轮（如下图），刀具牌号：BN-H10；切削参数：ap=0.2mm，Fr=0.1mm/r，Vc=180m/min。加工工序：干式切削。加工效果：刀具寿命不仅是陶瓷刀具的4倍，而且生产节拍只有陶瓷刀具的40%。

　　（2）断续切削工况：就是齿轮端面有群孔或内孔里面有槽等属于断续切削。此工况选华菱超硬立方氮化硼刀具BN-H20牌号，此牌号不仅硬度高，耐磨性好而且抗冲击性强，耐磨损和耐磨崩损性兼具，并且多刃口数量，降低刀具费用。

　　加工案例：加工硬度HRC58-63之间的齿轮端面（如下图），刀具牌号BN-H20牌号；切削参数：ap=0.25mm，Fr=0.1mm/r，Vc=120m/min。加工方式：干式切削。加工效果：与欧系品牌PCBN刀片相比，不仅刀具寿命长，而且工具费只有欧系品牌PCBN刀片的1/2。