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淬硬零件车削不再困难淬硬零件车削不再困难淬硬零件车削不再困难自 20 世纪 80 年代中期以来，淬硬零件车削作为一种加工工艺取得了巨大的进步机床、工件材料、淬火工艺、切削刀具以及整个相关系统的发展使淬硬工件的车削成为一项极具吸引力的新工艺——所有齿轮加工厂都可以容易地采用此项工艺硬车的应用从广义上讲，硬车是指对硬度超过 HRC45 的工件进行单点车削，大多数情况下被加工材料的硬度介于 HRC58～68 之间被加工工件的材料包括各种高硬度的合金钢、工具钢、渗碳钢、耐热合金、渗氮钢以及经过热处理的粉末冶金等硬车通常被应用于精加工工序或半精加工工序，要求经硬车后获得较高的尺寸精度、形状精度和较好的表面粗糙度对淬硬工件进行精加工的传统解决方案为磨削与之相比，采用切削刀具对淬硬工件进行加工能够带来许多显而易见的好处，这些好处已在许多应用场合被证明，其应用范围正在不断地增加，主要为硬零件的车削和铣削尽管这样，淬硬零件车削（硬车，HPT）并不是能够替代所有磨削的一种加工方法，实际上许多应用都会同时用到这两种加工工艺，互为补充硬车首先应用于汽车行业并得到了该行业的认可，其主要用途是改进传动零件的生产制造。

早期使用立方氮化硼（CBN）刀片进行硬车替代磨削的最典型的例子是对齿轮轴承配合表面的加工目前，许多不同行业都在对淬硬工件进行大量的车削加工表面淬硬零件是一个典型的例子，其淬硬层深度通常为 1mm 多，因此具有抗磨损的坚硬表面和高韧性的芯部具有这些材料特性的典型零件包括用于运输和能源行业的齿轮、轴、心轴、凸轮轴、万向节、驱动齿轮和连接件等，另外在普通机械工程中也有许多应用硬车的优势通过客户的使用已经验证了硬态车削具有很多优势，更容易适应复杂的零件外形；加工不同零件时，零件之间转换较快；一次装夹可进行多个工序；金属去除率高；可利用相同数控车床对软零件进行车削；硬车对于机床的投资小；金属切屑不会对环境造成污染；大多数情况下不需要使用冷却液；刀具库存小；占地空间相对较小；多数情况下表面粗糙度好硬车的解决方案当今进行硬车时需要一系列不同的刀具材料，最优化地应用于不同工况、工序要求和质量要求等山特维克可乐满的CB7015、CB7025、CB7525、 CC6050 等产品是由几种相互补充的不同材质所构成完整硬车材质，可以满足用户对不同材料进行硬车时的各种需求CB7015——低含量 CBN，用于在稳定工况下，使用高切削速度进行连续切削，或偶尔带有轻载断续切削的场合，主要适用于表面淬硬钢。

CB7025——中等含量 CBN，用于中等切削速度、混合有轻型至重载断续切削以及连续切削的工序，比如工件上有毛边残留或无倒角等切入条件较差等场合主要适用于表面淬硬钢CB7525——极硬的高含量 CBN 材质，具有极高的切削刃韧性，适用于零件形状变化较大、重载间断切削或工件上无倒角的苛刻条件CC6050——混合三氧化二铝基陶瓷材质，具有出色的耐热性和较高的抗磨损性能，用于在良好的稳定工况下进行轻型、连续精加工摆线铣削淬硬钢工件上的槽在淬硬工件上铣槽一直是切削加工中的难题之一，其原因有三：①加工时，刀具的大部分切入工件中，会产生很大的切削力和较多的切削热；②每个刀齿上切屑的载荷不均匀，切入工件最多的刀齿载荷最大，其它位置的刀齿载荷较小；③随着容屑槽逐渐被切屑填满，排屑空间变小，切屑的重切机率增大如果工件上槽的深度相对于其宽度比较深，则排屑更为困难；如果是曲线槽，则排屑难度更大；如果是在淬硬钢上铣槽，更是难上加难这些困难迫使人们只能采用较小的进给量和切深进行加工，以避免打刀但即使采用小的进给量，刀具寿命仍然较短摆线铣削摆线铣削或螺旋线铣削提供了一种很好的铣槽解决方案，其基本原理是通过编程，使刀具的走刀路径为圆周，并使该圆向前滚动切入工件。

摆线铣削的一个主要优点是：刀具在每一时刻只有一小部分参与切削，并且进给量保持不变此外，由于采用直径小于槽宽的立铣刀，因此留有排屑空间但是，为了实现摆线铣削，还必须解决一些相关问题：①摆线铣削的走刀路径较复杂，超出了普通 CNC 系统的软件编程能力；②摆线铣削要求机床刚性好、运动速度快；③所用刀具应能适应高速切削，耐磨性好其它相关因素还包括刀具的直径、工件材料、切削深度等三家公司的技术合作大隈（美国）机床公司、美国联合刀具公司和 CNC 软件开发商DP 技术公司三家企业携手合作，共同开发摆线铣削技术首先，为了解决排屑困难的问题，它们有意设计了一个特别难加工的零件，要求加工其上的波形槽，槽宽 12mm，槽深 20mm；工件材料为 P20 钢，硬度 35HRC “采用一般的方法加工这个槽将非常困难 ”美国联合刀具公司营销与市场副总裁 Jonathan Hay 如是说摆线铣削的基本理念是要显著提高切削速度和进给率为此，采用了大隈公司一台带托盘交换的 OKK VM5Ⅲ高性能立式加工中心，根据配置的主轴结构，机床转速可达 20000 转/分接下来是选择刀具选用了一把美国联合刀具公司的 CZS 10mm、4 槽、方头、铬基 UT 涂层刀具。

CZS 系列立铣刀可加工硬度达 50HRC 的淬硬钢，并有过中心的端刃，可直接开始铣槽或窝DP 技术公司提供了该公司加工模具用的 Esprit Mold CNC 软件包，其中包括 20 种 2.5－5 轴的铣削策略，以创建最佳走刀路径，包括尖角的做圆、在任何情况下的顺铣，以实现刀具切入时具有最大切屑厚度，然后逐步减小用户选择“摆线铣削”选项后，屏幕上就会提示输入前进步距和滚动圆直径，然后由软件自动生成加工程序，只需 30 分钟即可完成工件的加工编程效率明显提高摆线铣削可显著提高铣槽效率通常，铣槽时所用进给速度为铣侧面时所用进给速度的 20％，如果使用摆线铣削，则可将进给速度提高至 80％此外，一般铣槽时的轴向切深为 2－3mm，切出20mm 深的槽至少需要走 6 刀，而摆线铣削的轴向切深可达 10mm，只需走 2 刀就能切出 20mm 深的槽采用摆线铣削后，零件波形槽的加工时间只需 37 分 42 秒，比常规加工方法快了 12 倍通过对工件的加工，显示出摆线铣削对减小切削力和切削热的明显效果：尽管采用了比常规铣槽加工高得多的切削速度和进给速度，但刀具的磨损却很轻微，在切削了几个工件以后，几乎还看不出切削刃的磨损，刀具和夹头摸上去温度也未升高。

这是因为摆线铣削的切削载荷非常均匀，且排屑顺畅如果采用普通铣槽方法，切削温度要高得多，会使刀具寿命缩短 50％在普通的铣槽切削中，立铣刀直径的 50％位于切削区内，而在摆线铣削时，只有 5％位于切削区，其切削力和切削热可减少 90％由于只需采用空气冷却就足够了，因此可避免冷却液浇注不匀所造成的打刀现象在此次试验中，用一把刀具加工了 6 个工件，而刀具基本上没有磨损，用摆线铣削法铣槽的优越性和应用潜力得到了充分体现淬硬钢的高速加工用立铣刀切削加工淬硬钢时，切削深度和每齿进给量的增加将引起切削阻力显着增大，因此，在小切深且不增加每齿进给量的条件下，采用高速铣削这种高效加工方法十分有效但是，随着被加工工件硬度的提高，切削热也在增加，使刀具刃口处于高温状态这样，由于扩散和氧化等原因，将加剧刀具的磨损因此，用于高速铣削淬硬钢的刀具，在高温下的稳定性显得十分重要本文介绍淬硬钢的切削实例淬硬钢的切削使用涂覆有耐热膜层的硬质合金立铣刀，这种耐热涂层在高温下具有良好的耐氧化性、耐磨损性等特性另外，还使用了在高速加工领域引人注目的 CBN 立铣刀耐热涂层立铣刀加工实例为了实现淬硬钢的高速铣削，涂层除了应具有与刀具之间高的结合强度以外，提高其硬度、耐热性、抗氧化性能也必不可少。

OSG 公司正在开发并投入使用的耐热涂层（WX 超级涂层）的氧化开始温度由过去的 800℃大幅提高到 1300℃即使在高速切削淬硬钢所达到的高温情况下，氧化温度的提高也可有效防止涂层损坏，从而防止因氧化、扩散而导致硬质合金基体磨损状况的恶化而且，与过去的涂层相比，这种涂层的硬度也有所提高，能够防止涂层自身的磨料磨损下面介绍超耐热涂层立铣刀系列及其加工实例用 WX 特型球头立铣刀（WXS-EBD）加工 SKD11（62HRC）工件（加工条件为：使用刀具：WXS-EBD R1×4;工件材料：SKD11（62HRC） ；转速：32000r/min;进给速度：2800mm/min（0.038mm/齿） ；切削方法：加工型腔；切削深度：αa=0.04mm,Pf=0.05mm;冷却方式：风冷；加工机床：立式加工中心（HSK-E32） ） 由加工结果可见，与以前的涂层相比，WXS-EBD的磨损较慢，可长时间维持球头立铣刀的 R 形状用 WX 超耐热方头多刃立铣刀对 SKD11（60HRC）进行侧面铣削加工的实例（加工条件：使用刀具：WXS-EMSФ10;工件材料：SKD11（62HRC） ；切削速度：150m/min（4800/min） ；进给速度：860mm/min（0.03mm/齿） ；切削方法：侧面切削，下切式；切削深度：αa=10mm,αr=0.5mm;冷却方式：风冷；加工机床：立式加工中心（BT40） ） 。

尽管采用了 150m/min 高切削速度，刀具磨损情况仍然比较稳定，显示出了耐热涂层的效果新的涂层（WX 超级涂层）的开发极大提高了硬质合金涂层立铣刀切削淬硬钢的性能CBN 立铣刀加工实例立方氮化硼（CBN）的硬度和热传导率仅次于金刚石，与铁质材料反应极小，而且比金刚石具有更优良的热稳定性和化学稳定性因此，可用于加工金刚石难以加工的铁族金属CBN 不是天然材料，而是在高温高压条件下，经过与聚晶金刚石相同的工序人工合成的但是，合成时采用的粘合剂种类和 CBN 浓度，可极大影响 CBN 的机械性能和耐热特性CBN 刀具刚问世时，主要以加工铸铁为主，其使用已逐渐普及近来，由于 CBN 粒子的微细化、结合剂的改良，尤其是对刀具形状的改进，即使对于普通碳素钢和淬硬钢的切削，也显示出很好的效果下面介绍 CBN 立铣刀切削淬硬钢的加工实例用 CBN 立铣刀加工淬硬钢 SKD11（60HRC）直壁的实例（加工条件：使用刀具：①CBN-CR-EDSφ10（2 齿）②硬质合金涂层立铣刀φ10（6 齿） ；工件材料：SKD11（60HRC） ；切削速度：①400m/min（12740/min） ；②20m/min（640/min） ；进给速度：①1270mm/min（0.05mm/齿） ；②190mm/min（0.05mm/齿） ；悬伸长度：50mm;切削深度：①αr=0.5mm（αa=5mm×8 次） ；②αa=40mm,αr=0.01mm;倾斜量：①2~6μm;②10μm 以上；冷却方式：风冷；加工机床：立式加工中心） 。

使用短刃长颈立铣刀对40mm 宽的直壁进行加工以每 5mm 为一步的轴向切深进行高速切削，加工面的倾斜量达到 6μm 以下加工后的立铣刀磨损很小，可以继续切削带螺旋刃的 CBN 球头立铣刀系列 CBN-SXB 的加工实例这种球头螺旋刃有利于形成薄切屑和断续切削效果，一般用于硬质合金球头立铣刀尽管 CBN 铣刀的切削刃非常难以刃磨，但 OSG 公司还是采用螺旋刃作为基本刃形，并开发了特别适合 CBN 刀具几何形状（负角）的球头立铣刀，这种刀具现已投放市场由于这种螺旋刃与强韧性好的CBN 专用材料的双重效果，与过去的 CBN 球头立铣刀相比，CBN-SXB可以采用更大的切深，即使是在加工切削负荷变化的复杂形状时，也可实现稳定的切削用 CBN-SXB 加工 SKH51（65HRC）金属模具简易模型的切削实例（加工条件：使用刀具：CBN-SXB R1×5;工件材料：SKH51（65HRC） ；主轴转速：40000/min;进给速度：6000mm/min（0.075mm/t） ；切削深度：αa=0.03mm,Pf=0.05mm;冷却方式：MQL;加工机床：立式加工中心） 其走刀路。