淬火鋼是機械加工車間常見的一種鋼件，淬火鋼工件種類繁多，並且在加工過程中出現很多加工難題。目前，加工淬火鋼的刀具材料有塗層硬質合金刀具，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具，，針對以上三種刀具做了簡單的分析，並簡單闡述了淬火鋼的切削用量。
工具/原料
淬火鋼變形原因，加工淬火鋼問題
塗層硬質合金刀具，陶瓷刀具，立方氮化硼刀具
方法/步驟
一、淬火件變形的因素及預防與控制方法
（1）淬火件變形的原因：1），碳含量及其對淬火變化量的影響；2），合金元素對淬火變形的影響；3），原始組織和應力狀態對熱處理變形的影響；4），淬火前工件本身的應力狀態對變形有重要影響。特別是形狀複雜,經過大進給量切削加工的工件,其殘餘應力若未經消除,對淬火變形有很大影響。；5)，工件幾何形狀對熱處理變形的影響；6)，工藝參數對熱處理變形的影響。
（2）淬火變形的預防與控制方法：1) 反向壓彎法：根據軸類零件的熱處理變形規律，可在淬火前預加一個應力，即在零件彎曲方向的反向壓彎，以補償淬火後所產生的彎曲變形，可減小校直工作量。2) 靜態淬火法：要求淬火冷卻液的溫度要均勻，並且是在淬火前剛被攪勻後的靜止狀態；3) 零件設計均勻對稱：零件的截面形狀設計應儘量均勻對稱,必要時可開工藝用槽；4)採用專用淬火夾具淬火：如果零件截面是對稱的，在出爐後可套入專用夾具，然後以垂直方向淬入冷卻液。由於零件變形受到夾具的限制，一般都可以控制在預留餘量範圍以內；5)利用埋入式鹽浴爐加熱：插入式鹽浴爐加熱,零件單面受熱快,容易產生彎曲變形,而埋入式鹽浴爐則溫度較均勻，而且節能,也可採用流動粒子爐；6)直吊橫放：對於長零件淬火前後的存放,應注意不使零件因自重而彎曲,最好採用架子直吊。長途運輸時，可採用多個塑料氣墊包，這樣不但能使零件自動取得平衡,且有減震作用；7)淬火前消除應力：用於重要的容易變形的零件，例如精密長絲桿等。淬火前進行退火或正火以細化晶粒並使組織均勻化，減少內應力。淬火加熱時嚴格控制加熱溫度。
二、淬火鋼加工中遇到的問題
1、淬火鋼的粗加工：車削加工熱處理過的齒輪，齒圈的生產過程中，一些齒輪、齒圈淬火或滲碳淬火後，硬度一般在HRC55以上，有的硬度達到HRC60甚至HRC65左右。齒輪常用一下材質：20Cr、20CrMnTi，40Cr、42CrMo、35CrMo。有的齒輪熱處理後變形嚴重，特別是滲碳淬火後的大齒圈，大齒輪，如高鐵齒輪，工程機械大齒圈，重工行業用大齒圈等，這些大型齒輪齒圈淬火後變形量非常大，這就涉及到淬火鋼粗加工。同樣，在模具鋼生產過程中，淬火鋼的粗加工也經常看到，但很多廠家採取的措施也五花八門，有的先把大餘量線切割掉，有的用硬質合金刀具慢慢啃，有的用CBN刀具多次走刀才能完成加工，工人感慨粗加工淬火鋼是有勁使不出，乾著急，沒辦法。
2、淬火鋼的斷續加工：間斷切削加工一直是個難題，何況是動輒HRC60左右的淬火鋼。特別是在高速車削淬火鋼時，如果工件有間斷切削，刀具在間斷切削淬火鋼時會以每分鐘100次以上的衝擊來完成加工，對刀具的抗衝擊性能是個很大的挑戰。以汽車齒輪加工為例，淬硬齒輪以車代磨已經成為一種趨勢，據瞭解，作為齒輪產業的三大市場之一，車輛齒輪佔據了齒輪市場總額的62%，其中汽車齒輪又佔據了車輛齒輪市場份額的62%。也就是說，汽車所用齒輪佔有了整個齒輪市場近40%的比重，可見齒輪對於汽車產業的重要性。雖然淬火鋼的以車代磨和硬車削已經很普及，其實汽車淬硬齒輪加工過程中仍然遇到很多問題，如一些汽車齒輪內孔有油孔，這就出現間斷切削加工難題，很多CBN刀具在高速運轉時期遇到油孔容易崩刀，齒輪的位置公差難以保證，等等
3、淬火鋼的切槽加工：舉一個簡單的例子，同步器滑套齧合槽淬火後的硬車削加工，雖然CBN刀具廠家開發出了同步器滑套專用CBN切槽刀具，但CBN刀具的壽命仍然不盡如人意。
4、淬火鋼車削的光潔度問題：例如，軸承鋼淬火後車削加工一般需要很好的表面光潔度，Gcr15鋼是常用軸承鋼，淬火後硬度一般在HRC62左右，在生產加工過稱中，由於軸承的精度和光潔度要求非常高，如果設計調整好CBN刀具的刃口，淬火鋼車削光潔度達到Ra0.4也不是不可能。
三、塗層硬質合金加工淬火鋼
塗層硬質合金刀具是在韌性較好的硬質合金刀具上塗覆一層或多層耐磨性好的TiN、TiCN、TiAlN和Al2O3等，塗層的厚度為2～18µm，塗層通常起到以下兩方面的作用：一方面，它具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導係數，減弱了刀具基體的熱作用；另一方面，它能夠有效地改善切削過程的摩擦和粘附作用，降低切削熱的生成。塗層硬質合金刀具與硬質合金刀具相比，無論在強度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高。對乾硬度在HRC45～55HRC之間的工件的車削，低成本的塗層硬質合金可實現高速車削。近年來，一些廠家靠改進塗層材料與比例的方法，也使得塗層刀具的性能有極大的提高。如美國、日本一些廠家採用瑞士AlTiN塗層材料和新塗層專利技術生產的刀片，硬度高達4500 ～4900HV ，在車削溫度高達1500℃～1600℃時硬度仍然不降低，不氧化，刀片壽命為一般塗層刀片的4倍．而成本只為30% ，且附著力好。它可以在498.56m/min的速度下加工硬度達47～52HRC 的模具鋼。
四、陶瓷材料加工淬火鋼
陶瓷刀具具有高硬度(91～95HRA)、高強度(抗彎強度為750～1000 MPa)、耐磨性好、化學穩定性好、良好的抗粘結性能、摩擦係數低且價格低廉的特點。使用正常時，耐用度極高，車速可比硬質合金提高2～5倍，特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工，可加工硬度為62HRC的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵。常用的有氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。近年來通過大量的研究、改進和採用新的製作工藝，陶瓷材料的抗彎強度和韌性均有了很大的提高，如日本三菱金屬公司開發的新型金屬陶瓷NX2525及瑞典山特維克公司可樂滿開發的金屬陶瓷刀片新品CT系列和塗層金屬陶瓷刀片系列，其晶粒組織的直徑細小至1µm以下，抗彎強度和耐磨性均遠高於普通的金屬陶瓷，大大拓寬了陶瓷材料的應用範圍。清華大學研製成功的氮化硅陶瓷材料刀具也達到了國際先進水平。
五、立方氮化硼刀具（CBN刀具）加工淬火鋼
立方氮化硼的硬度和耐磨性僅次於金剛石，有極好的高溫硬度，與陶瓷刀具相比，其耐熱性和化學穩定性稍差，但衝擊強度和抗破碎性能較好。它廣泛適用於淬硬鋼(50HRC以上)、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工，與硬質合金刀具相比，其切削速度甚至可提高一個數量級。
立方氮化硼含量高的CBN刀具，硬度高、耐磨性好、抗壓強度高及耐衝擊韌性好，其缺點是熱穩定性差和化學惰性低，適用於耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結金屬的切削加工。複合P立方氮化硼刀具中立方氮化硼 顆粒含量較低，採用陶瓷作粘結劑，其硬度較低，但彌補了前一種材料熱穩定性差、化學惰性低的特點，適用於淬硬鋼的切削加工。
在切削灰鑄鐵和淬硬鋼的應用領域，陶瓷刀具和立方氮化硼刀具是可同時選擇的，因此進行成本效益和加工質量分析非常必要，以確定哪一種材料更經濟。P立方氮化硼刀具材料切削性能優於Al2O3，和Si3N4淬硬鋼的乾式切削加工時，Al2O3陶瓷的成本低於立方氮化硼材料，陶瓷刀具具有良好的熱化學穩定性，但卻不及立方氮化硼刀具的韌性和硬度。在切削硬度低於6OHRC以下和小進給量情況下的工件時，陶瓷刀具是較好的選擇。立方氮化硼刀具適合於工件硬度高於60HRC情況，尤其是對於自動化加工和高精度加工時更為重要。除此之外，在相同後刀面磨損情況下，立方氮化硼刀具切削後的工件表面殘餘應力也比陶瓷刀具相對穩定。
使用立方氮化硼刀具乾式切削淬硬鋼還應遵循以下原則：在機床剛性允許條件下儘可能選擇大切深，這樣切削區生成的熱量使得刃前區金屬局部軟化，能有效降低 立方氮化硼刀具的磨損。此外，在小切探時也應儘可能採用立方氮化硼刀具，因立方氮化硼 刀具導熱性差而使得切削區熱量來不及擴散，剪切區也能產生明顯的金屬軟化效應，減小切削刃的磨損。
六、淬火鋼的切削用量
切削加工淬火鋼的切削用量，主要根據刀具材料、工件材料的物理力學性能、工件外形、工藝系統剛性和加工餘量來選擇。在選擇切削用量三要素時，首先考慮選擇公道的切削速度，其次是切削深度，再其次是進給量。
(1)淬火鋼切削線速度：一般的淬火鋼耐熱性在200℃～600℃，而硬質合金的耐熱性為800℃～1000℃，陶瓷刀具的耐熱性為1100℃～1200℃，立方氮化硼的耐熱性為1400℃～1500℃。除高速鋼外，一般淬火鋼達到400℃左右時，它的硬度開始下降，而上述刀具材料仍保持它原有的硬度。所以在切削淬火鋼時，充分利用上述這一特性，切削速度不宜選擇太低或太高，以保持刀具有一定的耐用度。從目前的經驗來看，不同的刀具材料切削淬火鋼的切削速度，硬質合金刀具Vc=30～75 m/min；陶瓷刀具Vc=60～120 m/min；立方氮化硼刀具Vc=100～200 m/min。在斷續切削和工件材料硬度太高時，應降低切削速度，一般約為上面最低切削速度的1/2。在連續切削時的最佳切削速度，以切下的切屑呈暗紅色為宜。
(2)切削深度：一般根據加工餘量和工藝系統剛性選擇，一般情況下，αp=0.1～3 mm，目前針對大餘量切削淬火鋼的刀具材質有BN-S20，吃刀深度達到7-10mm，針對淬火後變形工件，淬火鋼加工餘量難以控制需要退火處理再加工等難題給出了滿意的刀具選擇，改變了固有的淬火鋼切削加工工藝；
(3)進給量：一般為0.05～0.4 mm/r。在工件材料硬度高或斷續切削時，為了減小單位切削力，應當減小進給量，以防崩刃和打刀；對於加工進給量的選擇，華菱超硬建議根據工件的形狀尺寸選擇刀具角度，能提高加工效率同時，更能有效提高刀具的使用壽命。
