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（濰坊學(xué)院，山東濰坊CubicBoronNitride）是立方氮化硼（CBN，CubicBoronNitride）顆粒加結(jié)合劑在高溫高壓下燒結(jié)而成的非天然的物質(zhì)，其硬度僅次于金剛石，且具有較好的導(dǎo)熱性和耐磨性、較高的熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，是理想的切削鐵系金屬的刀具材料。根據(jù)結(jié)合劑種類的不同及CBN含量的不同，PCBN刀具的切削性能也有所不同。為此，介紹了PCBN刀具材料的物理性能和切削性能，闡述了PCBN刀具在不同切削領(lǐng)域應(yīng)用的特點(diǎn)，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。
1PCBN刀具材料的性能PCBN的組成成分對(duì)刀具性能的影響1.1.1結(jié)合劑對(duì)PCBN刀具性能的影響屬，主要影響PCBN的韌性和導(dǎo)電性；陶瓷結(jié)合劑有TiN、TiN-AlN、Al23等，主要影響PCBN的熱穩(wěn)定性；也有同時(shí)加入金屬和陶瓷結(jié)合劑的。
1.1.2CBN的含量對(duì)PCBN刀具性能的影響CBN是人工合成的，硬度僅次于金剛石，其晶粒硬度可達(dá)HV80009000，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陶瓷和硬質(zhì)合金。PCBN復(fù)合片的硬度（通常為HV30005000）主要取決于CBN的含量（如所示），一般CBN含量在40%95%之間。隨著CBN含量的增高，PCBN的硬度隨之增加；而耐磨性與CBN含量之間不是單調(diào)關(guān)系，不同加工條件下對(duì)應(yīng)不同的*佳值。如所示，加工模具鋼時(shí)，CBN含量為55%左右條件下，刀具*耐磨；加工Cr06合金工具鋼時(shí)，CBN含量越高，1.1.3CBN的晶粒尺寸對(duì)PCBN刀具性能的影響CBN晶粒的大小影響刀具的強(qiáng)度。細(xì)晶粒可使晶粒的晶界面積增加，提高燒結(jié)強(qiáng)度及抗裂紋擴(kuò)展能力，從而使PCBN刀具耐磨性增加。當(dāng)粒徑增加1倍時(shí)，刀具壽命要降低30%50%. PCBN復(fù)合片合金）制造（高溫高壓燒結(jié)體）和把復(fù)合片進(jìn)行切割、焊接、刃磨制成各種刀具。PCBN刀具由于能耐12001300C的高溫，而且在1200C以上也不與鐵系金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。因此，目前PCBN刀具多用于淬硬鋼、冷硬鑄鐵及表面熱噴涂材料的切削加工，而加工中等硬度的材料時(shí)往往體現(xiàn)不出較好的切削性能，如加工中、低硬度的工件時(shí)，PCBN刀具壽命還沒(méi)有硬質(zhì)合金刀具壽命高。在加工HRC50以上硬度的工件時(shí)，PCBN刀具才發(fā)揮出其超硬性能。如加工HRC60左右硬度的工件，其壽命要高于硬質(zhì)合金刀具壽命10倍以上。
PCBN刀具的結(jié)構(gòu)將大顆粒PCBN燒結(jié)塊固定于刀頭之上，然后將此刀頭再通過(guò)機(jī)夾方式夾于刀桿之上。這種結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)的問(wèn)題：一是當(dāng)切削時(shí)間較長(zhǎng)或選擇的切削用量較大時(shí)，切削溫度升高，刀頭材料軟化，并在切削力作用下容易將PCBN燒結(jié)塊頂入刀頭之中，造成打刀或脫落；二是燒結(jié)塊大小有限，因此重磨次數(shù)少，且重磨時(shí)需磨3個(gè)刀面。
機(jī)夾可重磨式復(fù)合片刀頭。這種結(jié)構(gòu)具有一般機(jī)夾刀具的優(yōu)點(diǎn)：刀頭部分可重磨，增加了刀具的使用壽命；刀桿可重復(fù)使用，不造成浪費(fèi)。但就刀具整體而言，刀頭部分占整個(gè)刀具成本的90%左右，刀桿成本占相當(dāng)小的比例。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)：一是增加了一個(gè)連接部分，刀頭夾固不好時(shí)，產(chǎn)生微小竄動(dòng)也會(huì)造成打刀，刀具的可靠性有所降低；二是刀尖部分PCBN復(fù)合片面積小，重磨次數(shù)非常有限，同時(shí)PCBN復(fù)合片與刀頭焊接面積小，當(dāng)切削溫度增高時(shí)，焊接部分軟化，強(qiáng)度下降，整個(gè)PCBN復(fù)合片脫落，造成打刀。
在可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的一個(gè)角（也有兩個(gè)角或整個(gè)面都是PCBN復(fù)合片的）上焊有PCBN復(fù)合片。這種結(jié)構(gòu)同標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀片一樣可直接用于轉(zhuǎn)位刀桿之上。而且除了同上述（1）的結(jié)構(gòu)具有同樣缺點(diǎn)外，還有一個(gè)缺點(diǎn)是不能重磨。因此，刀具的成本較高。目前，此刀具主要用于自動(dòng)化程度較高的加工中心及數(shù)控機(jī)床上。
焊接式PCBN刀具結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是重磨次數(shù)多，且PCBN復(fù)合片與刀具連接可靠。但這種刀具要求PCBN復(fù)合片質(zhì)量要高，否則若產(chǎn)生大面積崩刀，則整個(gè)刀具報(bào)廢。
2PCBN刀具的應(yīng)用2.1用PCBN刀具精車淬硬鋼淬硬鋼工件常規(guī)的加工工藝是粗磨、精磨。隨著現(xiàn)代切削加工與刀具材料技術(shù)的發(fā)展，可采用高精度的車削工藝代替磨削加工，為淬硬工件的精加工開(kāi)辟了一條快而經(jīng)濟(jì)的新途徑。
對(duì)于精車淬硬鋼工件，只有硬度高于HRC45時(shí)*為有利（不需斷屑）。切削速度F―般為80150m/min.工件硬度較高時(shí)，切削速度宜取低值。
如車削HRC70左右的工件，F(xiàn)=6080m/min.精車的切削深度在0.10.3mm，進(jìn)給量在0.050.25 mm/r，精車后的工件表面粗糙度值可達(dá)也0.30.6，尺寸精度可達(dá)0.013mm.若采用剛性較好的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控車床加工，PCBN刀具剛性和刃口保護(hù)較好，則精車后的表面粗糙度可達(dá)也0.3，尺寸精度可達(dá)0.01mm，達(dá)到使用數(shù)控磨削的水平。
另外，也可精車斷續(xù)表面，只是切削速度要適當(dāng)，機(jī)床加工系統(tǒng)剛性要非常好，應(yīng)選用高含量的PCBN復(fù)合刀片。
精車時(shí)，加工余量一般為0.3mm左右。在條件允許時(shí)，盡可能保證余量均勻，即提高淬火之前的尺寸精度，因?yàn)榫鶆虻募庸び嗔靠梢匝娱L(zhǎng)PCBN刀具壽命。精車一般不用切削液，因?yàn)樗褂幂^高的切削速度，大量的熱量將由切屑帶走，很少會(huì)在工件表面產(chǎn)生熱損傷及熱變形。
精車刀片宜選擇韌性和強(qiáng)度高的80菱形刀片，刀尖半徑在0.81.2mm之間。刀尖半徑越大，加工后的工件表面粗糙度值越低，但切削力增大，會(huì)使剛性不足的加工系統(tǒng)產(chǎn)生振顫。
PCBN刀具在使用前有必要用油石輕輕對(duì)刃口倒角，以保護(hù)其刃口。當(dāng)采用車削工藝時(shí)，事先需用淬火的棒料進(jìn)行粗加工或精加工試驗(yàn)。目前，國(guó)內(nèi)已有許多單位采用了這種精車工藝，如某集團(tuán)公司用PCBN刀具加工經(jīng)滲碳淬火（HRC5863）的刀具切削行程達(dá)到9.58km. 2.2用PCBN刀具加工硬鑄鐵及高速切削灰鑄鐵加工灰鑄鐵PCBN刀具用于車削鋼件時(shí)，要求工件淬火硬度高于HRC4555.而加工鑄鐵時(shí)，只要工件硬度達(dá)到中硬水平（HRC45），就很有成效。例如，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上的排氣閥座都是采用銅、鉬高鉻合金鑄鐵，硬度為HRC44.其加工方法一般有锪、車兩種工藝，大多在自動(dòng)生產(chǎn)線上與拉鉸導(dǎo)管孔一道加工，焊接于刀體上），平均耐用度為1200個(gè)閥座，加工表面粗糙度值為也0.4，錐面擺差0.05mm，刀具壽命高，質(zhì)量穩(wěn)定。
高速端面銑削如果把一個(gè)裝有8塊刀片的端銑刀改成只裝有對(duì)稱式的兩片PCBN刀片，而將切削速度提高4倍，其結(jié)果是金屬切除率相同，而切削力降低3/4.若采用陶瓷刀片，則需采用較大的負(fù)前角，切削條件變差，刀具壽命與加工質(zhì)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)趕不上PCBN刀具。高速切削鑄鐵時(shí)，一般粗加工當(dāng)然可使用K類硬質(zhì)合金，精加工可用復(fù)合氮化硅陶瓷或PCBN復(fù)合片。但高速加工珠光體鑄鐵或冷硬合金鑄鐵時(shí)，使用PCBN刀具可比其它材料獲得更長(zhǎng)的壽命與更低的表面粗糙度值。
2.3難加工材料的切削加工鋼、高強(qiáng)度鋼及高鎳合金等難加工材料，由于材料含有微觀硬點(diǎn)，宏觀硬度高，導(dǎo)熱系數(shù)小，強(qiáng)度高，切削時(shí)塑性變形大，切削力劇增，切削溫度高，刀具磨損劇烈，表面粗糙度值很低。唯有采用前角較大的PCBN刀具，選取適當(dāng)?shù)那邢鲄?shù)，如F=70100m/min，可以獲得較高的加工效率與質(zhì)量。
3結(jié)束語(yǔ)PCBN刀具是一種非常有前途的刀具材料，雖然具有很好的切削性能，但是對(duì)使用條件要求也很高。
因此只有正確選擇PCBN刀具及結(jié)構(gòu)，充分了解發(fā)揮PCBN刀具切削性能的使用條件，才能降低單件刀具費(fèi)用，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
來(lái)源：中國(guó)刀具網(wǎng) 作者：[db:作者]
