PCBN(聚晶立方氮化硼)刀具具有硬度高蘸嘶、韌性好官帘、熱穩(wěn)定性好和化學(xué)惰性大等特點(diǎn)，并可用金剛石砂輪開刃修磨荣赶，在切削加工的各個(gè)方面都表現(xiàn)出了優(yōu)異的切削性能凤价，特別適合加工各種淬硬鋼、冷硬鑄鐵等難加工材料讯壶。

　　PCBN刀具材料的性能

　　1． PCBN的組成成分對(duì)刀具性能的影響

　　(1)結(jié)合劑對(duì)PCBN刀具性能的影響

　　PCBN是CBN(立方氮化硼)的燒結(jié)體料仗，通常是不加粘結(jié)劑燒結(jié)直接由CBN原子間的結(jié)合而成的，也有加入不同的粘結(jié)劑伏蚊，由粘結(jié)劑結(jié)合燒結(jié)而成的立轧。前者因CBN含量高，所以硬度高躏吊，但較脆氛改；后者除所加粘結(jié)劑比例不同外，其種類還有金屬粘結(jié)劑和陶瓷粘結(jié)劑之分比伏。常用的金屬粘結(jié)劑有Co臊癞、Ni、Ti吸畸、Ni-Al等金屬绣嫉；陶瓷粘結(jié)劑有TiN、TiN-AlN翁脓、Al2O3等普计，也有同時(shí)加入金屬和陶瓷粘結(jié)劑的。一般加陶瓷粘結(jié)劑的PCBN刀具具有較高的耐高溫磨損能力和較強(qiáng)的抗粘結(jié)能力漫北。

　　(2)CBN含量對(duì)PCBN刀具性能的影響

　　目前迂唤，CBN是人工合成的，硬度僅次于金剛石市贡，其晶粒硬度可達(dá)8000～9000HV革惊，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3000～5000HV)主要取決于CBN的含量切果，一般CBN含量在40%～95%之間骏卿，隨著CBN含量的增高，PCBN的硬度增加淘太；而耐磨性與CBN含量之間不是簡單的關(guān)系材彪，不同加工條件下有不同最佳值。加工模具鋼時(shí)琴儿，CBN含量為55%左右時(shí)段化，刀具最耐磨；加工Cr06合金工具鋼時(shí)造成，CBN含量越高越耐磨显熏。

　　(3)CBN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)晶辽故海可使晶粒的晶界面積增加喘蟆，提高燒結(jié)強(qiáng)度及抗裂紋擴(kuò)展能力，從而使PCBN刀具耐磨性增加鼓鲁，當(dāng)粒徑增加1倍時(shí)蕴轨，刀具壽命要降低30%～50%港谊。

　　2 ．PCBN復(fù)合片

　　PCBN刀具的制造分為PCBN復(fù)合片(PCBN/硬質(zhì)合金)制造(高溫高壓燒結(jié)體)和將復(fù)合片進(jìn)行切割、焊接橙弱、刃磨制成各種刀具歧寺。PCBN刀具由于能耐1200～1300℃的高溫，而且在1200℃以上也不與鐵系金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)傻椿，因此阅秀，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肤狞，而加工中等硬度的材料往往體現(xiàn)不出較好的切削性能京拣，如加工中、低硬度的工件時(shí)货瘫，PCBN刀具壽命還沒有硬質(zhì)合金刀具壽命高帜猩，只有在加工硬度為50HRC以上的工件時(shí)，刀具才發(fā)揮出其超硬性能鬓灼，如加工硬度為60HRC左右的工件落六，其壽命要高出硬質(zhì)合金刀具10倍以上。因此枷瀑，PCBN刀具用于加工高硬度材料才能發(fā)揮出其優(yōu)越的性能民氏。

　　3． PCBN刀具的結(jié)構(gòu)

　　常見PCBN刀具切削部分的結(jié)構(gòu)有以下4個(gè)種類。

　　(1)將大顆粒PCBN燒結(jié)塊固定于刀頭之上常枢，然后將此刀頭再通過機(jī)夾方式夾于刀桿之上久规。這種結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)的問題是當(dāng)切削時(shí)間較長或選擇的切削用量較大時(shí)，切削溫度升高旗扑，刀頭材料軟化蹦骑，并在切削力作用下容易將PCBN燒結(jié)塊頂入刀頭之中，造成打刀或脫落臀防。另一個(gè)問題是燒結(jié)塊大小有限眠菇，因此重磨次數(shù)少，且重磨時(shí)需磨3個(gè)刀面袱衷。

　　(2)機(jī)夾可重磨式復(fù)合片刀頭捎废，這種結(jié)構(gòu)具有一般機(jī)夾刀具的優(yōu)點(diǎn)，即刀頭部分可重磨致燥，增加了刀具的使用壽命登疗，刀桿又可重復(fù)使用不造成浪費(fèi)。但就刀具整體而言嫌蚤，刀頭部分占整個(gè)刀具成本的90%左右辐益，刀桿成本占相當(dāng)小的比例。而這種結(jié)構(gòu)帶來一個(gè)缺點(diǎn)脱吱，即增加了一個(gè)連接部分智政，刀頭夾固不好時(shí)层筹，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清截。另一個(gè)弱點(diǎn)是刀尖部分PCBN復(fù)合片面積小风踪，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莺肘，當(dāng)切削溫度一高，焊接部分軟化茉蔗，強(qiáng)度下降峭跺，整個(gè)PCBN復(fù)合片脫落造成打刀。

　　(3)在可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片一個(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)合片锚躺。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可轉(zhuǎn)位刀桿之上新罗。這種結(jié)構(gòu)除了同上述(1)的結(jié)構(gòu)具有同樣缺點(diǎn)外，還不能重磨骄雇，因此刀具成本較高训奢。這種結(jié)構(gòu)刀具目前主要用于自動(dòng)化程度較高的加工中心及數(shù)控機(jī)床上。

　　(4)焊接式PCBN刀具結(jié)構(gòu)瑰侥，其特點(diǎn)是重磨次數(shù)多饼暑，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)量要高洗做，不然如產(chǎn)生大面積崩刀弓叛，則整個(gè)刀具報(bào)廢。

　　PCBN刀具的應(yīng)用

　　PCBN刀具經(jīng)過20年的發(fā)展及推廣應(yīng)用诚纸，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益撰筷。下面以精車淬硬鋼等舉例說明PCBN刀具在生產(chǎn)中的應(yīng)用特點(diǎn)。

　　1．用PCBN刀具精車淬硬鋼

　　淬硬鋼工件常規(guī)的加工工藝是粗磨畦徘、精磨毕籽，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井辆，為淬硬工件的精加工開辟了一條快捷經(jīng)濟(jì)的新途徑关筒。精車淬硬鋼工件，只有硬度高于45HRC時(shí)最為有利(不需斷屑)杯缺。切削速度v一般為80～150m/min平委，工件硬度越高，切削速度宜越低夺谁，如車削70HRC左右的工件廉赔，v=60～80m/min。精車切削深度0.1～0.3mm固荷，進(jìn)給量0.05～0.25mm/r祥怖，精車后的工件表面粗糙度可達(dá)Ra0.3～0.6兴题，尺寸精度可達(dá)0.013mm。若采用剛性較好的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控車床加工抽胁，PCBN刀具剛性和刃口保護(hù)較好噩檬，則精車后的表面粗糙度可達(dá)Ra0.3，尺寸精度可達(dá)0.01mm喜即，達(dá)到使用數(shù)控磨削的水平肾轨。也可精車斷續(xù)表面，只是切削速度要適當(dāng)套芦，機(jī)床加工系統(tǒng)剛性要非常好档徘，要選用高含量的PCBN復(fù)合刀片。精車時(shí)一般加工余量為0.3mm左右短材，在條件允許下盡可能保證余量均勻宝各，即需提高淬火之前的尺寸精度，因?yàn)榫鶆虻募庸び嗔靠梢匝娱LPCBN刀具壽命搭独。精車一般不用切削液婴削，因?yàn)榍邢魉俣容^高，大量的熱量將由切屑帶走牙肝，很少會(huì)在工件表面產(chǎn)生熱損傷及熱變形唉俗。刀片宜選擇韌性和強(qiáng)度高的80°菱形刀片，刀尖半徑在0.8～1.2mm之間配椭，雖然刀尖半徑越大互躬，加工后的工件表面粗糙度值越低，但切削力會(huì)增大颂郎，導(dǎo)致剛性不足的加工系統(tǒng)產(chǎn)生振顫吼渡。

　　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)其刃口乓序。當(dāng)采用車削工藝時(shí)寺酪，事先須用淬火的棒料進(jìn)行粗加工或精加工試驗(yàn)。目前替劈，國內(nèi)已有許多單位采用了這種精車工藝寄雀，如某集團(tuán)公司用PCBN刀具加工滲碳淬火(58～63HRC)的20CrMnTi變速箱齒輪撥叉槽，采用v=150mm/min娇建，f=0.1mm/r百睹，ap=0.2～0.3mm，實(shí)現(xiàn)了以車代磨厘举，刀具切削行程達(dá)到9.58km阳框。

　　2．用PCBN刀具加工硬鑄鐵及高速切削灰鑄鐵

　　(1)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45～55HRC。而加工鑄鐵時(shí)旦氓，只要工件硬度達(dá)到中硬水平(45HRC)就很有成效炮惕。例如，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上的排氣閥座汛刻，都是采用銅射贡、鉬高鉻合金鑄鐵，硬度為44HRC瘾色，其加工方法一般有銑演苍、車兩種工藝，大多在自動(dòng)線上進(jìn)行梗爸，與拉鉸導(dǎo)管孔一道加工氧吐，v=71.6m/min，f=26.5mm/min喜鼓，apmax=1.0mm副砍，采用PCBN整體刀片焊接于刀體上衔肢，平均耐用度為1200個(gè)閥座庄岖，加工表面粗糙度值為Ra0.4，錐面擺差≤0.05mm角骤，刀具壽命高隅忿，質(zhì)量穩(wěn)定。

　　(2)高速端面銑削如在一個(gè)裝有8塊刀片的端銑刀上改成只裝對(duì)稱式的兩片PCBN刀片邦尊，而將切削速度提高4倍背桐，其結(jié)果是金屬切除率相同，而切削力降低3/4蝉揍。若采用陶瓷刀片則需采用較大的負(fù)前角链峭，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刀具又沾。高速切削鑄鐵時(shí)弊仪，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)合片巷科。但高速加工珠光體鑄鐵或冷硬合金鑄鐵時(shí)冠八，使用PCBN刀具要比其它材料可獲得較高的壽命與較低的表面粗糙度值。

　　3．難加工材料的切削加工

　　難加工材料如奧氏體不銹鋼(45HRC)底靴、高溫合金鋼串题、高錳鋼、高強(qiáng)度鋼及高鎳合金等贝崎，由于材料含有微觀硬點(diǎn)宽舱，宏觀硬度也高，導(dǎo)熱系數(shù)小还凸，強(qiáng)度高捺再，切削時(shí)塑性變形大萌琉，切削力劇增，切削溫度高糜隶，刀具磨損劇烈咧饭，表面粗糙度值很低。唯有采用較大前角的PCBN刀具会激，適當(dāng)?shù)那邢鲄?shù)栏渺，如v=70～100m/min，f=0.05～0.2mm/r锐涯，ap=0.1～0.2mm磕诊，才可以獲得較高的加工效率與質(zhì)量。

　　PCBN刀具是一種非常有前途的刀具材料纹腌，雖然具有很好的切削性能霎终，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)升薯，充分了解PCBN刀具切削性能的使用條件莱褒，才能降低單件刀具費(fèi)用，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益涎劈。

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