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加工齿轮的刀具材料选择

齿轮作为淬火件中的典型零部件，广泛应用于机床行业，交通行业等领域 。经过热处理之后的齿轮获得较高的硬度、强度，和良好的使用性能 。由于其齿轮经过热处理后硬度较高，常采用磨削方式作为最后加工工序，但加工效率低，之后刀具行业研制出可硬切削齿轮的刀具材料，以车代磨有效的提高了加工效率 。本文主要介绍一下齿轮的材质及加工齿轮的刀具材料的选择 。
工具/原料一、齿轮的材质及应用领域
所谓的齿轮就是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件（如下图） 。其齿轮应用行业不同，所采用的材质也不尽相同，下面就简单介绍一下针对不同行业所采用的齿轮材质 。
（1）制作简单的机械齿轮：采用强度高，塑性韧性好的Q255 Q275；
（2）制作机床齿轮：采用常见的40号钢、45号钢;
（3）制作较小的齿轮：采用20MnZ、20MnV、20Cr、20CrV（低淬火）；
（4）制作汽车变速箱齿轮：采用20CrMn、20CrMnTi、20CrMnMo（中淬火）；
（5）制作飞机坦克等大截面、高负荷及良好韧性的大齿轮：采用18Cr2Ni4WA（高淬火） 。
加工齿轮的刀具材料选择
二、加工齿轮的方式
机械加工厂常见的加工齿轮的方式有滚齿，磨齿和硬车削 。滚齿在加工过程中，常出现齿轮齿数不多，齿形不对称 。由于硬度高，加工过程中振动大，导致齿轮表面出现振纹、鱼鳞等现象 。对于滚齿需要熟练的工人操作 。
磨齿主要是作为最后加工工序，获得较高的表面粗糙度和形位公差 。但在磨削过程中不仅加工效率低，而且要求技术熟练的员工才能才做，不然工件的废品率较高 。
随着刀具行业的不断发展，研制出了可加工齿轮的刀具材料，由磨削转变成车削作为最后加工工序，加工工艺优机加工—热处理—磨削到现在的粗加工—热处理—精加工 。所谓的硬切削就是指把淬硬钢的车削作为最终加工或精加工的工艺方法，以避免目前普遍采用的磨削技术 。并且随着现代齿轮行业的发展，目前，齿轮多是批量生产，为了提高加工效率，降低加工成本，采用硬切削技术加工齿轮可有效提高加工效率，降低加工成本 。
加工齿轮的刀具材料选择
三、加工齿轮的刀具材料
随着刀具行业的不断发展，研制出加工齿轮的刀具材料，分别是硬质合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀片，以上三种刀具按硬度划分：硬质合金刀具＜陶瓷刀具＜立方氮化硼刀片；从韧性上来说陶瓷刀具＜硬质合金刀具＜立方氮化硼刀片 。
以上三种刀具的特性相比都很了解，在次就不在赘述 。主要介绍一下以上三种刀具适合加工哪些齿轮，从硬度上来区分：
（1）硬质合金刀具：适合加工硬度HRC45以下的齿轮；
（2）陶瓷刀具：适合加工硬度HRC45-55之间的齿轮，注意是精加工工序（小进给量小吃刀深度），避免断续切削；
（3）立方氮化硼刀片：适合HRC45以上的齿轮加工，注意也是精加工工序，不能断续切削 。
对于以上三种刀具材料加工齿轮并没有完全的解决问题，对于大型齿轮来说，热处理后变形量大余量大，对于以上三种刀具不能大余量切削的情况，刀具工程师通过努力研究、实践，终于我国于2009年研制出可大余量切削，断续切削的立方氮化硼刀片BN-S20材质（如下图） 。此牌号属于非金属粘合剂整体聚晶立方氮化硼刀片 。
我国研制的非金属粘合剂立方氮化硼刀片BN-S20材质，属于整体聚晶立方氮化硼刀片，与传统立方氮化硼刀片相比优势在于：不仅保证硬度，强度、良好的耐磨性的同时，提高了刀具的抗冲击韧性，在大余量加工齿轮是不仅不会剧烈磨损，更不会出现崩刀现象 。
下面就简单介绍一下我国非金属粘合剂立方氮化硼刀片BN-S20材质加工齿轮的案例 。
加工齿轮的刀具材料选择
四、我国非金属粘合剂立方氮化硼刀片BN-S20材质加工齿轮的案例（如下图）

加工零件：大齿轮
齿轮硬度HRC60；
加工工序：精车外圆（强断续切削）
刀具材质：BN-S20
切削参数：ap=2.5mm；Fr=0.12mm/r；Vc=90m/min 。
加工效果：与陶瓷刀片相比（如下图）：在切削速度高于陶瓷刀具2倍的基础上，刀具寿命是陶瓷刀具的16倍，并且陶瓷刀具一上去就出现崩损，无法加工，而非金属粘合剂立方氮化硼刀片BN-S20材质正常磨损 。
加工齿轮的刀具材料选择
五、总结

【加工齿轮的刀具材料选择】


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