（濰坊學院，山東濰坊CubicBoronNitride）是立方氮化硼（CBN，CubicBoronNitride）顆粒加結合劑在高溫高壓下燒結而成的非天然的物質，其硬度僅次于金剛石，且具有較好的導熱性和耐磨性、較高的熱穩定性和優良的化學穩定性，是理想的切削鐵系金屬的刀具材料。根據結合劑種類的不同及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刀具在不同切削領域應用的特點，并對其關鍵技術進行了探討。
1PCBN刀具材料的性能PCBN的組成成分對刀具性能的影響1.1.1結合劑對PCBN刀具性能的影響屬，主要影響PCBN的韌性和導電性；陶瓷結合劑有TiN、TiN-AlN、Al23等，主要影響PCBN的熱穩定性；也有同時加入金屬和陶瓷結合劑的。
1.1.2CBN的含量對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HV80009000，遠遠高于陶瓷和硬質合金。PCBN復合片的硬度（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含量之間不是單調關系，不同加工條件下對應不同的*佳值。如所示，加工模具鋼時，CBN含量為55%左右條件下，刀具*耐磨；加工Cr06合金工具鋼時，CBN含量越高，1.1.3CBN的晶粒尺寸對PCBN刀具性能的影響CBN晶粒的大小影響刀具的強度。細晶粒可使晶粒的晶界面積增加，提高燒結強度及抗裂紋擴展能力，從而使PCBN刀具耐磨性增加。當粒徑增加1倍時，刀具壽命要降低30%50%. PCBN復合片合金）制造（高溫高壓燒結體）和把復合片進行切割、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生化學反應。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往往體現不出較好的切削性能，如加工中、低硬度的工件時，PCBN刀具壽命還沒有硬質合金刀具壽命高。在加工HRC50以上硬度的工件時，PCBN刀具才發揮出其超硬性能。如加工HRC60左右硬度的工件，其壽命要高于硬質合金刀具壽命10倍以上。
PCBN刀具的結構將大顆粒PCBN燒結塊固定于刀頭之上，然后將此刀頭再通過機夾方式夾于刀桿之上。這種結構容易出現的問題：一是當切削時間較長或選擇的切削用量較大時，切削溫度升高，刀頭材料軟化，并在切削力作用下容易將PCBN燒結塊頂入刀頭之中，造成打刀或脫落；二是燒結塊大小有限，因此重磨次數少，且重磨時需磨3個刀面。
機夾可重磨式復合片刀頭。這種結構具有一般機夾刀具的優點：刀頭部分可重磨，增加了刀具的使用壽命；刀桿可重復使用，不造成浪費。但就刀具整體而言，刀頭部分占整個刀具成本的90%左右，刀桿成本占相當小的比例。這種結構的缺點：一是增加了一個連接部分，刀頭夾固不好時，產生微小竄動也會造成打刀，刀具的可靠性有所降低；二是刀尖部分PCBN復合片面積小，重磨次數非常有限，同時PCBN復合片與刀頭焊接面積小，當切削溫度增高時，焊接部分軟化，強度下降，整個PCBN復合片脫落，造成打刀。
在可轉位硬質合金刀片的一個角（也有兩個角或整個面都是PCBN復合片的）上焊有PCBN復合片。這種結構同標準硬質合金刀片一樣可直接用于轉位刀桿之上。而且除了同上述（1）的結構具有同樣缺點外，還有一個缺點是不能重磨。因此，刀具的成本較高。目前，此刀具主要用于自動化程度較高的加工中心及數控機床上。
焊接式PCBN刀具結構。其特點是重磨次數多，且PCBN復合片與刀具連接可靠。但這種刀具要求PCBN復合片質量要高，否則若產生大面積崩刀，則整個刀具報廢。
2PCBN刀具的應用2.1用PCBN刀具精車淬硬鋼淬硬鋼工件常規的加工工藝是粗磨、精磨。隨著現代切削加工與刀具材料技術的發展，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辟了一條快而經濟的新途徑。
對于精車淬硬鋼工件，只有硬度高于HRC45時*為有利（不需斷屑）。切削速度F―般為80150m/min.工件硬度較高時，切削速度宜取低值。
如車削HRC70左右的工件，F=6080m/min.精車的切削深度在0.10.3mm，進給量在0.050.25 mm/r，精車后的工件表面粗糙度值可達也0.30.6，尺寸精度可達0.013mm.若采用剛性較好的標準數控車床加工，PCBN刀具剛性和刃口保護較好，則精車后的表面粗糙度可達也0.3，尺寸精度可達0.01mm，達到使用數控磨削的水平。
另外，也可精車斷續表面，只是切削速度要適當，機床加工系統剛性要非常好，應選用高含量的PCBN復合刀片。
精車時，加工余量一般為0.3mm左右。在條件允許時，盡可能保證余量均勻，即提高淬火之前的尺寸精度，因為均勻的加工余量可以延長PCBN刀具壽命。精車一般不用切削液，因為它使用較高的切削速度，大量的熱量將由切屑帶走，很少會在工件表面產生熱損傷及熱變形。
精車刀片宜選擇韌性和強度高的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，會使剛性不足的加工系統產生振顫。
PCBN刀具在使用前有必要用油石輕輕對刃口倒角，以保護其刃口。當采用車削工藝時，事先需用淬火的棒料進行粗加工或精加工試驗。目前，國內已有許多單位采用了這種精車工藝，如某集團公司用PCBN刀具加工經滲碳淬火（HRC5863）的刀具切削行程達到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，要求工件淬火硬度高于HRC4555.而加工鑄鐵時，只要工件硬度達到中硬水平（HRC45），就很有成效。例如，現代發動機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，大多在自動生產線上與拉鉸導管孔一道加工，焊接于刀體上），平均耐用度為1200個閥座，加工表面粗糙度值為也0.4，錐面擺差0.05mm，刀具壽命高，質量穩定。
高速端面銑削如果把一個裝有8塊刀片的端銑刀改成只裝有對稱式的兩片PCBN刀片，而將切削速度提高4倍，其結果是金屬切除率相同，而切削力降低3/4.若采用陶瓷刀片，則需采用較大的負前角，切削條件變差，刀具壽命與加工質量都遠遠趕不上PCBN刀具。高速切削鑄鐵時，一般粗加工當然可使用K類硬質合金，精加工可用復合氮化硅陶瓷或PCBN復合片。但高速加工珠光體鑄鐵或冷硬合金鑄鐵時，使用PCBN刀具可比其它材料獲得更長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、高強度鋼及高鎳合金等難加工材料，由于材料含有微觀硬點，宏觀硬度高，導熱系數小，強度高，切削時塑性變形大，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，選取適當的切削參數，如F=70100m/min，可以獲得較高的加工效率與質量。
3結束語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，但是對使用條件要求也很高。
因此只有正確選擇PCBN刀具及結構，充分了解發揮PCBN刀具切削性能的使用條件，才能降低單件刀具費用，創造巨大的經濟效益。
來源：中國刀具網 作者：[db:作者]
