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CBN刀具加工HRC55-70硬度汽车齿轮硬齿面

齿轮刀具是指生产加工各种齿轮（汽车齿轮、起重机齿轮、变速箱齿

轮）的刀具。用车削方法加工齿轮端面，采用立方氮化硼刀具高速切

削HRC55-70左右的硬齿面，达到以车代磨的效果。对于齿轮的性能

要求、齿轮选材及加工齿轮的刀具特性一一做个介绍。

①齿轮加工的性能要求

齿轮在机器中主要担负传递功率与调节速度的任务，有时也起改变

运动方向的作用。在工作时它通过齿面的接触传递动力，周期地受弯

曲应力和接触应力的作用，在啮合的齿面上，相互运动和滑动造成强

烈的摩擦，有时齿轮在换挡、启动或啮合不均匀时还承受冲击力等。

其失效形式主要有齿轮疲劳冲击断裂、过载断裂、齿面接触疲劳与磨

损。因此，要求材料具有高的疲劳强度和接触疲劳强度；齿面具有高

的硬度和耐磨性。齿面心部具有足够的强度与韧性。但是，对于不同

机器中的齿轮，因载荷大小，速度高低、精度要求、冲击强弱等工作

条件的差异，对性能的要求也有所不同，故应选用不同的材料及相应

的强化方法。

②齿轮用材的特点

机械齿轮通常采用锻造钢件制造，而且，一般均先锻成齿轮毛坯，以

获得致密组织和合理的流线分布。就钢种而言，主要有调质钢齿轮和

渗碳钢齿轮两类。

a.调质钢齿轮调质钢主要用于制造两种齿轮。一种是对耐磨性要求

较高，而冲击韧度要求一般的硬齿面（HB＞350）的齿轮，如车床、

钻床、铣床等机床的变速箱齿轮，通常采用45钢，40Cr、35SiMn等

钢，经调质或正火处理。

b.渗碳钢齿轮渗碳钢主要用于制造速度高、重载荷、冲击较大的硬

齿面齿轮，如汽车、拖拉机变速箱、驱动桥的齿轮，立车的重要齿轮

等，通常采用20CrMnTi、20MnVB、0CrMnMo等钢，经渗碳淬火，

低温回火处理，表面硬度高且耐磨，心部强韧耐冲击。除锻钢齿轮外，

还有铸钢、铸铁齿轮。铸钢（如ZG340-640）常用于制造力学性能要

求较高且形状复杂的大型齿轮，如起重机齿轮。对耐磨性、疲劳强度

要求较高但冲击载荷较小的齿轮，如机油泵齿轮，可采用球墨铸铁

（QT500-7）制造。而对受冲击很小的低精度、低速齿轮，如齿轮发

动机凸轮轴齿轮，可采用灰铸铁（如HT200、HT300）制造。

齿轮材料的特殊性。对于低速重载的传动齿轮，齿面受压易产生塑性

变形和磨损，且轮齿易折断，所以应选用机械强度、硬度等综合力学

性能较好的材料。HXD2型齿轮的材料为18CrNiMo6，这种材质的特

点是材质比较硬，齿轮芯部也比较硬，可达到布氏硬度(HB)370~450。

③齿轮加工工艺

齿轮生产主要采用硬齿面技术，经渗碳淬火或氮化处理后的带齿

件，齿面硬度高达HRC60。另外在精加工过程中，齿端面由于加工

需要，会有断续切削的情况出现。在齿轮加工工艺过程中齿形加工是

一个重要而独立的阶段。齿形加工方案的选择主要取决于齿轮的精度

等级。此外，还要考虑齿轮结构、热处理和生产批量等因素，具体加

工方案如下。

①8级精度以下的齿轮，经滚齿或插齿即可达到要求。对于淬硬

齿轮常采用“滚卧→齿端加工→齿面热处理→修正内孔”的加工方案，

但在齿面热处理前齿形加工精度应比图样设计要求高一级。

②7级精度不需要淬硬齿轮可用滚齿→剃齿方案。对于7级精度

淬硬齿轮，当批量较小或淬火后变形较大的齿轮，可采用磨齿方案：

滚齿→齿端加工→渗碳淬火→修正基准→磨齿

③5~6级精度齿轮常采用磨齿方案。

精车铸铁齿轮：采用（PCBN）聚晶立方氮化硼复合片，这种刀片

硬度高，耐磨性和耐热性大大高于硬质合金，适于精车高硬度冷硬铸

铁。车削时切削用量为vc=50~70m/min，ap=0.5~1m，f=0.2~0.4mm/r。

工件表面粗糙度Ra为3.2~1.6um。加工效率为硬质合金刀具的10倍

以上。加工含硼的铸铁缸套，切削参数:v=200m/min，f=0.1mm/r，

ap=0.2~1mm，可达到的加工表面粗糙度Ra≤1.6um，精度IT6，两次

刃磨间刀具寿命＞100件，实现了“以车代磨”。

④齿轮加工刀具

为适应齿轮加工行业的制造精度、生产效率、环保生产、提高质

量的要求，制齿机床制造业、齿轮加工刀具企业都纷纷投入到数控化、

高速高效、高精度、绿色环保的研发生产中，在这个激烈的竞争环境

中不断创新，力求脱颖而出。齿轮加工刀具首先会想到齿形加工，齿

轮端面加工，精加工齿轮选择磨齿工艺较多，但缺点也很明显，例如

生产率低，加工成本高，只适用