CBN刀具应用——断续切削齿轮

什么刀具适合间歇切割齿轮？齿轮间歇切割的部分主要是内孔和端面，带键槽的内孔和带组孔的端面。齿轮钢件渗碳淬火后硬度高（58-62HRC），再加上间歇工况，对刀具的抗冲击韧性和抗断裂性要求较高，一般刀具不能加工，推荐使用BN-H21材质超硬CBN刀具。

1.断断续续切削条件的定义

如果淬火后高硬度钢件有断断切削，断断切削加工条件难以加工。CBN刀具加工高硬度淬火钢件时，刀具的切割速度较高。如果工件间歇切割，刀具每分钟会受到100次以上的冲击。以齿轮为例，20CrMnTi渗碳淬火后HRC58-62度，齿轮内孔有键槽和油孔，齿轮端面有组孔，属于连续切割。当刀具在高速运行时遇到油孔时，属于连续工况。下图显示了经常遇到的情况：

2.齿轮间歇切割难点

间歇切割齿轮的难点主要体现在：

(1)渗碳齿轮硬度高，洛氏硬度58-62度；

(2)齿轮端面内孔切割加工存在间歇性工况，刀具高速运行时容易坍塌，齿轮位置公差难以保证；

(3)齿轮精度和尺寸位置公差要求高。作为工业机械的典型部件，齿轮本身要求高，只能复合使用PCBN精车刀片加工可保证高精度要求。

3.齿轮刀具的间歇切割要求

齿轮渗碳热处理后硬度高，要实现车代磨硬车加工齿轮，对刀具材料要求高：

（1）硬度高、耐磨性高、耐高温。齿轮切割工具必须具有高硬度。它可以用硬车削加工60度以上的淬火件。其次，它还具有良好的耐磨性。它可以在稳定的时间节拍下加工渗碳齿轮零件。间歇切割齿轮时切割温度高，刀具本身的材料应耐高温；

(2)抗冲击韧性好，齿轮端面内孔间歇切割，刀具在加工过程中必须具有较高的抗弯强度和抗冲击韧性，避免刀具和工件损坏；

(3)稳定性好，能保证齿轮严格的尺寸精度和表面光洁度。

精车刀具材料主要为陶瓷和立方氮化硼，陶瓷性能脆弱，不适合间歇工况。

4.选择间歇切割齿轮BN-H21 CBN刀具

BN-H21材质CBN刀具，采用1-2μm立方氮化硼的粒度CBN颗粒，CBN含量为60%，是专门针对淬火钢齿轮的断续加工材料，也可加工模具钢、工具钢、轴承钢等淬火钢件。

在保证齿轮严格尺寸精度和表面清洁的要求下，以前常用进口CBN刀具，在中国制造CBN刀具的发展和改进，BN-H21材质CBN刀具的加工效果可与进口刀具相媲美CBN刀片堪比。

而且BN-H21具有优异的刀尖强度和间歇切削条件的优点。车削齿轮的推荐参数为：Vc=90-180m/min，进给量0.07-0.1mm/r，吃刀0.3mm以内。

5.切割齿轮的实际情况

20CrMnTi材料齿轮，碳化淬火后的硬度HRC58-62度，车削端面，齿轮端面有8个孔，选用强间歇专用BN-H21 CBN刀具，刀片为桃形WNGA080404，干切，每刀切深0.15mm，进给量0.1mm/r，切削速度117m/min(注:速度不是转速，机床转速需要按公式转换)。可稳定加工600件，刀具正常磨损，无崩刀。

今年，20种材料用于强断续切割齿轮齿圈CrNiMo，热后硬车也可以选择改进涂层刀片——BN-H20 C75涂层PCBN刀片，CNGA160408，恒速S=300，进给量0.1mm/r，吃刀切深0.1-0.2mm，CBN涂层刀片完全胜任，齿圈表面粗糙度稳定Ra0.8以内。