我们都知道齿轮是现代机械传动装置中的重要组成零部件，上到国防机械下到民用机械，从重工业机械到轻工业机械，齿轮传动在其中都有着无可替代的重要地位。机械加工领域现在对齿轮的强度硬度以及精度要求都相对较高，比如汽车领域的齿轮箱、齿轮轴，风力发电领域的风电齿轮箱和主轴，到现如今齿轮行业一直以来都是汽车行业的重要支柱产业。齿轮通常按工作条件选择适合的加工材料，一般齿轮选择45号中碳钢和地、中碳合金钢，例如20Cr、20CrMnTi（较为常用）、40Cr。要求较高的齿轮多选用38CrMoAIA氮化钢，非传力齿轮也可用铸铁、尼龙和夹布胶木等材料进行加工。
20CrMnTi齿轮随着现代工业的不断发展，对齿轮等零件的质量和性能要求越来越严格。热处理工艺作为获得齿轮等零件所要求的强度、韧性、抗疲劳强度，实现更安全可靠的重要技术手段，被广泛应用与各类机械行业中。
齿轮常见的热处理工艺
热处理现场为使齿轮零件使用过程中获得较高的硬度、较好的耐磨性以及抗疲劳性，通常采用热处理工艺改善齿轮零件的使用性能其中需要的齿轮有差速器齿轮、变速箱齿轮、发动机齿轮等。齿轮常采用热处理的工艺有正火、调质：淬火+高温回火、渗碳等。以下简单介绍以下齿轮热处理工艺的目的及应用领域。
正火
正火又称为常化是将工件加热至Ac3(Ac指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，一般是从℃到℃)或Acm(Acm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线)以上30℃~50℃，保温一段时间后从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。
正火的目的主要是去去除材料的内应力和增加材料的硬度；
正火的主要应用范围：①低碳钢；②中碳钢；③工具钢、轴承钢和渗碳钢；④铸钢件；⑤大型锻件；⑥球墨铸铁。
调质(淬火+高温回火)
调质是将钢材或钢件进行淬火和高温回火(℃~℃)的复合热处理工艺。适用于调质处理的钢称为调质钢，一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。
调质后的钢件在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧件具有较好的耐磨件，抗弯曲性。常用于各种机器和机构的结构件，如轴类、连杆、螺栓、齿轮等，在机床、汽车和拖拉机等制造业中得到普遍应用，尤其是对重型机器制造中的大型部件，调质处理用得更多。
渗碳
渗碳是指使碳原子渗入钢表面层的过程。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。渗碳的目的是得到高的表面硬度、高的耐磨性和疲劳强度，并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性，使工件能承受冲击载荷，延长零件的使用寿命。
渗碳零件的材料一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量低于0.25%)。渗碳工艺广泛用于飞机、汽车和拖拉机等的机械零件如汽车齿轮、轴、凸轮轴等。
齿轮常用材质——20CrMnTi
20CrMnTi是中淬透性低碳合金钢常用于汽车变速箱齿轮等，汽车变速箱齿轮要求具备较大承载能力、耐磨性好、使用寿命长等，经过渗碳、淬火、低温回火后表面硬度可达到58~62HRC，齿轮中心部硬度为30~45HRC，韧性较好，具有较高的低温冲击韧性。齿轮轮齿表面组织应为回火马氏体+残余奥氏体+碳化物，齿轮中心部位组织应为铁素体+细珠光体+低破回火马氏体。
热后硬车精加工齿轮刀具的选择
经过热处理后的汽车齿轮需要精加工以保证图纸要求的尺寸及精度，而选择合适的刀具对汽车齿轮精加工很重要。选用适合的高质量的刀具，不仅可保证汽车齿轮零件的精加工质量，更能提高工作效率节省加工成本。
目前加工热处理后的汽车齿轮的刀具材料有硬质合金刀具、陶瓷刀具和PCBN/CBN刀具(或立方氨化硼刀)等，必须根据热处理后的汽车齿轮的硬度选择合适的刀具，如加工热处理后硬度在45HRC以下的齿轮可选择硬质合金刀具。由于硬质合金刀具本身刀体的硬度低，只适合加工如汽车曲轴正时齿轮或者汽车发动机凸轮轴齿轮等硬度低的齿轮，如果加工高硬度汽车齿轮可能出现刀具剧烈磨损或车不动的现象。因此，热处理后钢件硬度较高，难加工车削的齿轮就需要用到PCBN刀具。下面提供一些不同切削情况选用不同的刀具和一些案例参数。
渗碳淬火后齿轮加工用PCBN刀具方案
连续切削工况：渗碳淬火后加工齿轮推荐BN-H05材质，表面粗糙度可达到Ra0.4，尺寸精度保证在±0.2微米之间，同时还可提供CBN涂层BN-H05C25，使淬火钢齿轮表面粗糙度变差的时间一倍。
中等断续切削工况：渗碳淬火后硬车削齿轮推荐BN-H10材质，由于被加工工件与不断受冲击，必须选择抗冲击韧性强的PCBN，推荐BN-H10材质，不仅可承受断续切削的冲击，而且寿命较长，若采用修光刃，粗糙度变差的时间可以进一步。
强断续切削工况：渗碳淬火后断续精车齿轮端面推荐BN-H21材质，断续粗车齿轮齿圈推荐BN-S20材质，BN-H21材质是针对余量小于0.5mm的齿轮进行硬车削，属于复合式CBN；如果切削余量大，振动大，则选择BN-S20材质，此材质属于整体聚晶CBN，可用7mm切深对HRC65的淬火钢齿圈进行大余量粗加工。
精加工热后硬车淬硬钢件齿轮用PCBN刀片型号
来源华菱超硬刀具牌号根据加工部位的不同，选择的刀片型号也不同，常见的有80度菱形（CNGA系列），三角形（TNGA系列），胖三角形（WNGA系列），35度菱形（VNGA系列），80度菱形带7度后角（CCGW系列）等，共有12款型号选择。如上图所示
淬火钢件齿轮加工案例参数
华菱超硬BN-H05连续切削加工案例华菱超硬BN-H21强断续切削齿轮端面案例