1 .PCBN刀具材料及其切削性能

1.1 PCBN刀具材料的種類(lèi)

    按添加成分分：有直接由CBN單晶燒結(jié)而成的PCBN和添加一定比例粘結(jié)劑的PCBN燒結(jié)體兩大類(lèi)；按制造復(fù)合方式分：有整體PCBN燒結(jié)塊和與硬質(zhì)合金復(fù)合燒結(jié)的PCBN復(fù)合片兩類(lèi)红最。目前應(yīng)用較廣的是帶粘結(jié)劑的PCBN復(fù)合片，根據(jù)添加的粘結(jié)劑比例不同則PCBN硬度也不同斗赘，粘結(jié)劑含量越多則硬度越低拟艳、韌性越好；粘結(jié)劑種類(lèi)不同，則PCBN的用途也不同悦浙。

1.2 PCBN刀具的切削性能

    由于CBN晶體與金剛石晶體都屬閃鋅礦型愤栽，且晶格常數(shù)相近，化學(xué)鍵類(lèi)型相同挟七，因而CBN具有接近金剛石的硬度和抗壓強(qiáng)度齿喧，又因?yàn)槠涫怯蒒、B原子所組成相贺，因此具有比金剛石更高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性轻欣。PCBN刀具材料主要性能如下：

1) 具有很高的硬度和耐磨性。CBN單晶的顯微硬度為HV8000～9000肃弟，是目前已知的第二高硬度的物質(zhì)玷室，PCBN復(fù)合片的硬度一般為HV3000~5000。因此用于加工高硬度材料時(shí)具有比硬質(zhì)合金及陶瓷更高的耐磨性笤受，能減少大型零件加工中的尺寸偏差或尺寸分散性穷缤，尤其適用于自動(dòng)化程度高的設(shè)備中，可以減少換刀調(diào)刀輔助時(shí)間箩兽，使其效能得到充分發(fā)揮津肛。

2) 具有很高的熱穩(wěn)定性和高溫硬度。CBN的耐熱性可達(dá)1400～1500℃汗贫，在800℃時(shí)的硬度為Al2O3/TiC陶瓷的常溫硬度身坐，因此，當(dāng)切削溫度較高時(shí)落包，會(huì)使被加工材料軟化部蛇，與刀具間硬度差增大，有利于切削加工進(jìn)行妥色，而對(duì)刀具壽命影響不大。

3) 具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性遏片。CBN具有很高的抗氧化能力锉窑，在1000℃時(shí)也不產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，與鐵系材料在1200～1300℃時(shí)也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)辫慎，但在1000℃左右時(shí)會(huì)與水產(chǎn)生水解作用袁朗，造成大量CBN被磨耗，因此用PCBN刀具濕式切削時(shí)需注意選擇切削液種類(lèi)叶偶。一般情況下跃渠，濕切對(duì)PCBN刀具壽命無(wú)明顯提高，所以使用PCBN刀具時(shí)往往采用干切方式锯运。

4) 具有良好的導(dǎo)熱性沛四。CBN材料的導(dǎo)熱系數(shù)低于金剛石但大大高于硬質(zhì)合金，并且隨著切削溫度的提高，PCBN刀具的導(dǎo)熱系數(shù)不斷增大糊晋，因此可使刀尖處熱量很快傳出缤媒，有利于工件加工精度的提高。

5) 具有較低的摩擦系數(shù)际器。CBN與不同材料的摩擦系數(shù)在0.1～0.3之間岔冯，大大低于硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)(0.4～0.6)，而且隨摩擦速度及正壓力的增大而略有減小舅逸。因此低的摩擦系數(shù)及優(yōu)良的抗粘結(jié)能力桌肴，使CBN刀具切削時(shí)不易形成滯留層或積屑瘤，有利于加工表面質(zhì)量的提高琉历。

2 .PCBN刀具應(yīng)用于先進(jìn)切削加工工藝

2.1 適用于高速及超高速切削加工技術(shù)

    PCBN刀具最適合于鑄鐵坠七、淬硬鋼等材料的高速切削加工。圖1示為PCBN刀具切削鑄鐵及淬硬鋼時(shí)刀具后刀面磨損與切削距離的關(guān)系善已，可以看出：當(dāng)切削速度超過(guò)一定限度后灼捂，切削速度越高，PCBN刀具后刀面磨損速度反而越小换团，即高速切削下刀具的壽命反而高悉稠，這一特點(diǎn)尤其適合現(xiàn)代高速切削加工。

2.2 硬態(tài)切削加工技術(shù)的最佳刀具材料

    對(duì)淬硬件(硬度HRC55以上)的精加工艘包，通常采用磨削加工方法來(lái)完成的猛，然而隨著刀具材料發(fā)展及車(chē)床(尤其是數(shù)控車(chē)床)加工精度的提高，以硬態(tài)切削代替磨削來(lái)完成零件的最終加工已成為一個(gè)新的精加工途徑想虎，這種以車(chē)代磨的工藝方法有以下優(yōu)點(diǎn)：

1) 可提高加工柔性卦尊，突破了砂輪磨削的限制，通過(guò)改變切削刃及走刀方式可以加工出幾何形狀各異的工件桶悍；

2) 切削加工中的環(huán)保問(wèn)題日益嚴(yán)峻乐跺，磨削加工產(chǎn)生的廢液和廢棄物越來(lái)越難以處理和清除，而且對(duì)人體有害讼逐，而硬態(tài)切削無(wú)須加冷卻液症忽，意義重大；

3) 切削效率高凸翩，加工時(shí)間短牙晰，設(shè)備投資費(fèi)用小，可降低加工成本肪麦；

4) 切除相同體積所消耗的能量?jī)H為磨削的20%较谣，因此產(chǎn)生的切削熱較少，加工表面不易引起燒傷和微小裂紋孩最，易于保持工件表面性能的完整性趾赡；

5) 同樣金屬去除率情況下，硬態(tài)切削較磨削節(jié)省能源。

    通常用于硬態(tài)切削的刀具材料有陶瓷仰铃、TiC涂層刀片及PCBN刀具材料婿着，但要在較高速度(1000m/min以上)下進(jìn)行硬態(tài)車(chē)削，PCBN是最佳刀具材料品種醋界。如在汽車(chē)變速箱同步器套撥叉(材料為20CrMnTi竟宋，硬度為HRC58～62)加工采用以車(chē)代磨后，效率提高4倍以上形纺，加工成本降低為原來(lái)磨削工藝的1/3～1/2丘侠。

2.3 進(jìn)行干切削加工工藝的理想刀具材料

    由于經(jīng)濟(jì)與環(huán)保方面的原因，近幾年干切削加工方法已成為機(jī)械制造領(lǐng)域中的重點(diǎn)研究課題逐样。我們首先來(lái)看一下濕切工藝由于使用切削液帶來(lái)的問(wèn)題：

1) 長(zhǎng)期暴露在空氣中或切削加工中由切削熱造成的切削液霧狀揮發(fā)蜗字，容易污染環(huán)境、危害操作者健康脂新，切削液中的硫挪捕、氯等添加劑危害更大，影響加工表面質(zhì)量争便；

2) 切削液的使用影響加工成本级零，據(jù)統(tǒng)計(jì)，切削液占生產(chǎn)成本的15%滞乙，而刀具費(fèi)用僅占3%~4%淤汽；

3) 切削液的滲漏、溢出會(huì)污染環(huán)境脱处，易發(fā)生安全卸能、質(zhì)量事故；

4) 切削液的傳輸忍抗、回收延坡、過(guò)濾等裝置及其維護(hù)費(fèi)用較高，增加了生產(chǎn)成本付厦。

    由于以上原因舵博，干切削加工工藝已在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家有了相當(dāng)?shù)膽?yīng)用。由美國(guó)Makino公司推薦的“紅月牙”(Red Crescent)干切工藝纳倒，既可以充分發(fā)揮刀具的切削性能躁盗，與濕切相比又能大大提高生產(chǎn)率幸持。其機(jī)理是由于切削速度很高苟暗，產(chǎn)生的熱量聚集于刀具前部，使切削區(qū)附近材料達(dá)到紅熱狀態(tài)川砌，屈服強(qiáng)度下降韭寸，進(jìn)而達(dá)到提高切削效率的效果。采用紅月牙干切削工藝的前提條件是在較高切削溫度下，被切材料強(qiáng)度有明顯下降恩伺，變得易切削赴背，而刀具材料的強(qiáng)度在同樣狀態(tài)下要有較好的紅硬性及熱穩(wěn)定性，還要有較好的耐磨性和抗粘結(jié)性晶渠。

    適用于干切工藝的刀具材料有陶瓷凰荚、金屬陶瓷、涂層硬質(zhì)合金及PCBN刀具材料等等 褒脯，但就紅硬性和熱穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)便瑟，PCBN材料是最適合干切工藝的刀具材料，且由于PCBN刀具材料具有上述優(yōu)點(diǎn)番川，更適于高速條件下的干式切削加工到涂，圖2為用PCBN刀具切削灰口鑄鐵干切削和濕切削兩種情況下的對(duì)比，可以看出：PCBN在高速干切情況下颁督，比濕切削具有更高的刀具壽命践啄。

2.4 適應(yīng)于自動(dòng)化加工及難加工材料加工

    PCBN刀具有很高的硬度及耐磨性，能在高切削速度下長(zhǎng)時(shí)間地加工出高精度零件（尺寸分散性谐劣）小愚，大大減少換刀次數(shù)和刀具磨損補(bǔ)償停機(jī)所花費(fèi)的時(shí)間。因此涤朴，很適合于數(shù)控機(jī)床及自動(dòng)化程度較高的加工設(shè)備，并且能使設(shè)備的高效能得到充分發(fā)揮曼散。

    在難加工材料應(yīng)用方面茁升，PCBN刀具也顯示了其卓越的性能，如表面噴焊(涂)材料的加工污兄，用其它材料刀具加工鹰泡，刀具壽命極低，也無(wú)法采用磨削方法加工午四，而PCBN是惟一適合的刀具材料叛冠；又如，在石油電站設(shè)備中使用的高合金耐磨鑄鐵支礼，采用PCBN刀具較硬質(zhì)合金刀具提高切削效率4倍以上把奢，單件刀具成本下降為原來(lái)的1/5。另外在硬質(zhì)合金等燒結(jié)材料的切削加工方面滨溉，PCBN刀具也顯示了很好的切削性能什湘。

2.5 PCBN刀具的應(yīng)用事例

    由于PCBN具有較高的硬度和耐磨性，在高溫下不與鐵族金屬起反應(yīng)的化學(xué)惰性晦攒，因此主要用于高硬度材料及難加工材料的切削加工闽撤，如淬硬鋼得哆、高合金耐磨鑄鐵、高溫合金哟旗、高速鋼贩据、表面噴焊材料、燒結(jié)金屬材料等難加工材料的切削加工闸餐。

1) 加工淬硬鋼饱亮，可起到以車(chē)代磨的效果，由于切削深度比磨削深度大十幾倍以上舍沙，因此加工效率高近尚，表面不產(chǎn)生燒傷。如以車(chē)代磨加工變速滑動(dòng)齒輪(20CrMnTi场勤，硬度為HRC 58～62)時(shí)戈锻，切削比原磨削加工效率提高4倍以上。

2) 加工高合金(含鎢或鉻18%)耐磨鑄鐵首潮，切削速度較硬質(zhì)合金刀具提高10倍以上彬膘，切削效率提高4倍以上。

3) 加工高鈷鉻鉬耐蝕耐熱合金剑学，PCBN刀具切削速度為160m/min绝皇，是硬質(zhì)合金刀具的8倍。

4) 加工熱噴涂(噴焊)材料膨溃，表面噴焊件無(wú)法用磨削加工呐猴，而用硬質(zhì)合金刀具切削效率極低，改用PCBN刀具后可提高加工效率肠祭，節(jié)省加工費(fèi)用50%以上常废。PCBN刀具還可用于有色金屬的精密切削及燒結(jié)金屬的切削加工等等。

    如果正確選擇切削用量螺啤、刀具幾何參數(shù)及其他加工條件蝇蝶，則PCBN是一種高效長(zhǎng)壽命刀具，能創(chuàng)造很高的經(jīng)濟(jì)效益淌踢，但如果使用方法不當(dāng)危号，則會(huì)造成很大的浪費(fèi)。

1) 合理選擇切削用量：切削速度要根據(jù)被加工材料進(jìn)行選擇素邪，一般要大大高于硬質(zhì)合金刀具外莲。切削硬度HRC55～65的淬硬鋼可選切削速度為80～120m/min，由于PCBN切削硬材料是將切削區(qū)內(nèi)微小區(qū)域的金屬軟化而進(jìn)行的兔朦，因此切削速度過(guò)低時(shí)偷线，就不能發(fā)揮PCBN刀具的切削性能。進(jìn)給量一般不能大于0.2mm/r烘绽，背吃刀量一般選擇小于0.3mm淋昭。

2) 合理選擇刀具幾何參數(shù)：由于PCBN刀具的韌性高于陶瓷，低于硬質(zhì)合金安接，因此刀具幾何參數(shù)的選擇主要考慮的就是保證刃口強(qiáng)度翔忽，刀具前角一般選擇(0°～-10°)，后角選擇較小盏檐，為10°左右歇式。除特殊要求外，為保證刀尖強(qiáng)度胡野，刀尖角一般不要小于90°材失；刃口要磨出負(fù)倒棱，一般取為0.2mm×(-15°～-30°)厅员，使用前要用30～50倍放大鏡對(duì)刀具進(jìn)行檢查困煤，確保刃口無(wú)崩刃。

3) 冷卻與潤(rùn)滑：對(duì)其他材料刀具幻渤，采用冷卻潤(rùn)滑液有利于提高加工表面和延長(zhǎng)刀具壽命技蝌，但對(duì)PCBN刀具除極特殊情況下，不加冷卻液同樣可達(dá)到理想的加工質(zhì)量和較長(zhǎng)的刀具壽命牌完，對(duì)PCBN刀具來(lái)說(shuō)是怕軟不怕硬伦窜。若使用冷卻液，則不能使用水溶性冷卻液坎谱，因?yàn)镃BN易在1000℃產(chǎn)生水解作用始坝，造成刀具嚴(yán)重磨損。

4) 對(duì)機(jī)床的工藝系統(tǒng)：由于PCBN刀具多用于淬硬鋼及耐磨鑄鐵等難加工材料的切削加工念婶，且刀具有負(fù)倒棱蓄揭，因而徑向力較大。這就要求機(jī)床剛度和精度要好分搞，系統(tǒng)振動(dòng)要小憎兽，刀具安裝時(shí)懸臂要小，PCBN刀具不宜用于荒面加工吵冒。

    目前纯命，雖然PCBN刀具材料的價(jià)格相對(duì)硬質(zhì)合金及陶瓷刀具的價(jià)格還偏高，但均攤到每個(gè)工件上的刀具成本卻低于其他材料刀具痹栖，采用先進(jìn)切削加工工藝時(shí)亿汞，若將磨削機(jī)床等設(shè)備投資攤?cè)肷a(chǎn)成本，則PCBN刀具的使用會(huì)帶來(lái)更大經(jīng)濟(jì)效益揪阿。對(duì)一般中小企業(yè)來(lái)說(shuō)疗我，精加工工序的磨削加工始終是制造過(guò)程的瓶頸，若購(gòu)置性能好的車(chē)床南捂，采用PCBN刀具吴裤，應(yīng)用以車(chē)代磨等先進(jìn)切削加工工藝旧找，即可節(jié)省設(shè)備投資、提高生產(chǎn)率麦牺，又可大大增加加工過(guò)程的柔性钮蛛。另外，目前由于人員費(fèi)用的增大及環(huán)境保護(hù)方面的要求剖膳，大力推廣使用PCBN刀具轮砸，充分發(fā)揮其潛在效能，提高切削加工技術(shù)水平也是具有重要意義的策睛。
 
 
 

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開(kāi)資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)应胎，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)闪割，也不構(gòu)成任何其他建議而逞。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳粪业，對(duì)此類(lèi)作品本站僅提供交流平臺(tái)肩菲，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻已唐、圖片犹佣、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題，請(qǐng)第一時(shí)間告知绞芽，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容皱辞，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話(huà)：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn歪架。