齒輪作為淬火后鋼件其中的一類，廣泛應用于汽車，電力設備，機床等行業。由于齒輪經過熱處理后的高硬度同時部分伴隨著斷續切削，早期常采用磨床加工。之后隨著刀具行業的不斷發展，越來越多的機械制造商選擇車削代替磨削進行硬車加工齒輪，此工藝稱之為以車代磨或硬車削。相比磨削，硬車削具有良好的加工柔性、經濟性和環保性能，因此備受齒輪行業的關注。

第一部分：先了解一下齒輪的加工工藝

齒輪的加工工藝路線：下料--改鍛成齒輪毛坯—正火--粗車外圓內孔及端面(按標準留加工余量)--熱處理(淬火+高溫回火)--精車外圓內孔及端面(到圖紙尺寸)--制齒(齒面留磨量)--齒部感應加熱表淬或滲碳淬火--齒面磨削加工--驗收交活。

不同材質的齒輪熱處理方式也不同，所得到的性能及硬度也不同，具體如下表。

第二部分：確定一下淬火后齒輪加工刀具的選擇

1、硬車加工齒輪的刀具材質選擇

硬車加工齒輪過程中，由于切削力大、切削溫度高，對硬車加工齒輪的刀具要求較高，需具備較高的耐熱性和耐磨性，高強度，抗沖擊韌性等。目前，硬車削齒輪的刀具有涂層硬質合金刀具，陶瓷刀具和CBN刀具(立方氮化硼刀具)

（1）涂層硬質合金刀具：是在硬質合金刀具上涂覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等，涂層的厚度為2～18mm。具有全面，良好的綜合性能。硬車削工件的硬度在HRC45-55之間，可高速車削。但加工大型工件時，由于涂層硬質合金刀具表面的涂覆層薄，表面一層耐磨材質加工完之后的性能就和硬質合金刀具性能無異，磨損加劇。

（2）陶瓷刀具：陶瓷刀具的硬度高于硬質合金刀具，可承受2000度的高溫，具有高硬度，高強度，耐熱性，高溫化學穩定性，并且陶瓷刀具的原材料豐富，可以說是取之不盡，用之不竭。對于硬度HRC45-55之間的淬火件比較適合，但陶瓷刀具最大的缺點就是脆性大，不能斷續切削，主要用于精加工的連續切削工序。

（3）CBN刀具（立方氮化硼刀具）：CBN刀具的硬度高于硬質合金刀具和陶瓷刀具，由于硬度僅次于金剛石刀具，與金剛石刀具統稱為超硬刀具。CBN刀具具有較高的硬度，耐磨性，抗破碎性能好，同時采用陶瓷作為粘結劑，增加了立方氮化硼刀具的韌性，可加工硬度HRC45-79之間的工件，是目前硬車加工齒輪的優選刀具。

淬火后齒輪的切削工況分別是連續切削、輕微斷續切削和強斷續切削工況（如下圖），針對以上三種工況，分別研制出不同材質的切削刀具，有針對性的解決難加工問題更具優勢。

2、連續硬車加工齒輪的CBN刀具選擇

連續切削工況主要面對的問題是硬度高，切削過程中產生大量的熱會影響切削刀具的使用壽命，因此切削刀具需具備高硬度，高耐磨性的優勢，對此推薦復合式CBN刀片BN-H05，BN-H05屬于復合式CBN刀具，只有單面切削刃可使用，但硬車加工齒輪時，其優異的耐磨性和耐熱性是其他公司多刃口CBN刀具無法比擬的。同時在保證齒輪2絲的尺寸精度和Ra0.4的表面光潔度的基礎上，大幅提高生產效率和降低生產成本。

3、輕微斷續硬車加工齒輪的CBN刀具選擇

輕微斷續切削工況的難加工問題是在淬硬齒輪硬度高的基礎上，再加上斷續切削（切削刃間斷的與齒輪接觸的切削），容易造成齒輪表面粗糙度超差，尺寸精度差，甚至崩刀。

對此，采用CBN刀片BN-H10，屬于復合式CBN刀片，多刃口數量，耐磨損性和耐崩損性兼備，并且所配刀桿和硬質合金可轉位刀片的刀桿通用，更經濟。

4、強斷續硬車加工齒輪的CBN刀具選擇

強斷續切削工況是目前淬硬齒輪最難加工的工況，對切削刀具的性能和穩定性要求極高，尤其在要求嚴格的尺寸公差和表面光潔度的情況下。超硬刀具行業經過長期的研究實踐，最終研制出可強斷續硬車加工淬火后齒輪的切削刀具-BN-H21，優異的刀尖強度，在強斷續切削淬火后齒輪中表現優異。

第三部分：了解一下CBN刀具加工淬火后齒輪的效果

1、連續硬車加工齒輪的CBN刀具案例參數

        加工工況：連續切削

        齒輪材料：20CrMnTi，HRC58-62

        選用刀片：BN-H05 CNGA120408  

        切削參數：ap=0.1mm，Fr=0.1mm/r，Vc=180m/min

        加工方式：干切

    加工效果：相比某品牌CBN刀具，BN-H05 CBN刀具在表面粗糙度達到Ra0.8以內的前提下，刀具壽命提高45%。

2、中等斷續硬切削齒輪的CBN刀具案例參數

        加工部位：齒輪內孔

        齒輪材料：20CrMnTi，HRC58-62

        選用刀片：BN-H10 CCGW09T304

        切削參數：ap=0.25mm，Fr=0.08mm/r，Vc=135m/min

        加工方式：干切

    加工效果：相比某歐系品牌CBN刀具，BN-H10 CBN刀具硬車削齒輪刀具壽命提高67%，效率提高22%

3、強斷續硬車削齒輪的CBN刀具案例參數

        加工部位：齒輪端面（有8個油孔）

        齒輪材料：20CrMnTi，HRC58-62

        選用刀片：BN-H21 WNGA080404

        切削參數：ap=0.15mm，Fr=0.1mm/r，Vc=117m/min

        加工方式：干切

    加工效果：相比某品牌CBN刀具，BN-H21 CBN刀具壽命提高3倍，同時失效形式為正常磨損，而另一家的CBN刀具則崩損狀態。

第四部分：總結

CBN刀片硬車加工齒輪時一般采用干式切削，不添加切削液，但有時對工件的加工精度和表面質量及刀具壽命有特殊要求時，也可使用乳化液進行連續、均勻的冷卻，避免刀片產生微裂紋。