聚晶金剛石(PCD)刀具和立方氮化硼(CBN)刀具為難加工材料的切削困難提供了解決方案笔广。對切削刀具材料中這兩種先進概念刀具的加工挑戰(zhàn)已盡人皆知狭莱。不同設計的CBN刀具被用于對淬硬玄色金屬進行連續(xù)或斷續(xù)切削奥裸，以及切削加工焊接金屬和復合金屬就轧。而PCD刀具被廣泛應用于銑削有色金屬证杭、復合材料、塑料以及極其難加工的超級合金妒御。

選擇恰當?shù)牡毒卟牧先Q于對以下各種因素的綜合考慮：金屬的硬度或材料的種類解愤；切削加工的性質(zhì)(連續(xù)切削、輕載或重載斷續(xù)切削)以及采用的加工工藝(如單點車削或銑削)乎莉。其他一些加工工藝(如鉆削送讲、鉸削和切斷加工)也可以通過正確應用刀具技術(shù)而獲益。

PCD復合片是在高溫高壓下利用金屬基粘結(jié)劑對金剛石顆粒進行燒結(jié)而生產(chǎn)出來的炒圈。PCD刀尖可通過放電加工或激光進行切割署咸，并焊接到硬質(zhì)合金或鋼基體上，然后通過刃磨形成PCD刀具蚕顷，這種刀具在高速加工有色金屬(如鋁)以及高磨蝕性合成材料和塑料時特別有效铜乱。

立方氮化硼(CBN或PCBN)是一種人工合成材料，其硬度僅次于金剛石峰辣，具有良好的高溫穩(wěn)定性(在加工淬硬玄色金屬和超級合金材料時馏舰，會產(chǎn)生很高的溫度)。CBN刀片被廣泛應用于硬材料(如鑄鐵)的車削加工拓坠，由于具有更高韌性的CBN牌號以及專用刀柄的開發(fā)便浮，CBN刀片也被應用于銑削加工〔麓可替換磨削的硬車削加工得益于機床技術(shù)的進步胆快，尤其是CNC車削中心剛性和功率的進步。

山特維克可樂滿公司已確定了持續(xù)開發(fā)CBN和采用金剛石刀尖的金屬切削刀具的目標照菱，這要回功于對Diamond Innovations(DI)公司的收購以及其母公司山特維克工具團體(Sandvik Tooling Group)烁焙。山特維克美國公司總裁Rick Askin解釋說，此次收購就是考慮通過將DI公司在CBN和PCD領域的專業(yè)技術(shù)與山特維克可樂滿在硬質(zhì)合金刀具和材料界面領域的專業(yè)技術(shù)和研究成果結(jié)合起來，開發(fā)新型刀具骄蝇。

DI公司是一家開發(fā)產(chǎn)業(yè)用人工合成金剛石的著名先驅(qū)企業(yè)膳殷。人工合成金剛石是生產(chǎn)PCD和CBN產(chǎn)品的基礎材料。除了金屬切削刀具以外九火，人工合成金剛石還可用于磨削赚窃、鑿巖、金屬拉絲模岔激、拋光以及其它需要超硬材料工具的應用領域勒极。

Askin解釋說，從切削加工的觀點來看虑鼎，在采用PCD或CBN刀尖作為切削刃的刀具中辱匿，約有95%是以硬質(zhì)合金作為基底的。有很多屬性會影響刀具的性能炫彩，一方面是PCD或CBN的性能匾七，另一方面是硬質(zhì)合金的性能，此外還有PCD與硬質(zhì)合金界面的性能江兢。這就給予我們一個巨大的機遇污涤，可利用我們在硬質(zhì)合金、金剛石技術(shù)以及控制金剛石與硬質(zhì)合金間界面等方面的專業(yè)技術(shù)來開發(fā)金剛石刀具昙激。

山特維克可樂滿公司的材料牌號開發(fā)專家Doug Evans介紹說狰娱，“隨著航空產(chǎn)業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對材料的要求已經(jīng)改變了我們開發(fā)創(chuàng)新和治理超過25000種產(chǎn)品的方式担戏。對整個制造過程(從生產(chǎn)聚晶金剛石和CBN材料到加工出終極成品)的控制能力使得我們能夠為用戶提供真正進步了性能的產(chǎn)品续疲。”

DI公司的產(chǎn)品覆蓋了廣泛的應用領域堵生，其中包括：

用于磨削加工淬硬工具鋼嘁梦、模具鋼、合金鋼以及鎳基和鈷基超級合金的氮化硼CBN钾士；

用于加工玄色金屬(包括珠光體鑄鐵滩蔼、鉻鎳鐵合金、淬硬鋼应揉、粉末金屬粥搓、表面硬化合金和超級合金)的BZN復合片刀坯和刀片；

用于精加工鋁诺舔、塑料鳖昌、貴金屬、綠色陶瓷低飒、石墨及石墨復合材料许昨，以及用于斷續(xù)切削陶瓷懂盐、粗加工金屬基復合硬質(zhì)合金(MMC)、切削難加工材料(如玻璃纖維糕档、MMC以及木質(zhì)層壓材料)的各種不同牌號的Compax金剛石刀坯(PCD)莉恼。

隨著CIMtek團體開發(fā)的TiroWave系列PCD和CVD刀具引進了三維斷屑器和整潔平直的切削刃，采用激光對具有金剛石刀尖的刀具進行加工獲得了新的用武之地速那。CIMtek團體的合伙人Brian Nowicki介紹說俐银，采用激光切割，能在刀片上加工出四種斷屑器中的一種端仰。該系列斷屑器適用于從精加工到重載粗加工的加工范圍捶惜。通過對斷屑器進行優(yōu)化，可將切屑分斷為通常在加工鋼時才能得到的6－9種屑形荔烧，甚至在加工最難加工的鋁時售躁，也能獲得可控的細小切屑。

據(jù)稱扯殴，在加工鋁合金時，TiroWave系列PCD刀具的壽命可比常規(guī)刀具進步10倍奔祟，且該刀具非常適合加工鎂合金鬓惶、所有的玄色金屬、復合材料翎丢、增強型塑料和采用磨蝕性粘結(jié)劑的材料庞炕。

采用七軸激光加工技術(shù)，位于奧地利因斯布魯克的Tiro Tool公司還能生產(chǎn)CVD厚膜金剛石刀具量懂。CVD厚膜金剛石可以切割成形并像PCD刀尖那樣焊接在刀頭上盒俏。不同之外在于，CVD厚膜的金剛石純度為99.9%仿竣，而PCD的金剛石純度為90%敷主。CVD金剛石膜的厚度可達1－2mm，而且是一塊整體材料氢觉，可以制成所需要的刀具外形幸亭。據(jù)稱，這種新型CVD金剛石材料的硬度比PCD幾乎高出50%症概，因此只能采用Tiro公司的激光技術(shù)進行加工蕾额。在歐洲的加工驗證結(jié)果表明，CVD厚膜金剛石刀具的壽命可比PCD刀具進步7倍彼城。該刀具在IMTS展會上被引進美國诅蝶，適用范圍為車削、鉆削募壕、鉸削和沉孔加工刀具调炬，包括航空產(chǎn)業(yè)加工復合材料所需的刀具。

由于采用了激光加工，TiroWave刀具可以獲得更規(guī)則整潔的表面筐眷，無論用于粗加工還是精加工黎烈，都可以獲得更高的表面光潔度，并能防止切削材料粘結(jié)在切削刃上匀谣。TiroWave可提供ANSI和ISO標準刀具照棋，包括80°、55°武翎、35°刀片烈炭，方形刀片、三角形刀片和圓刀片督巍。該技術(shù)也適用于鉆頭卫道、立銑刀和可轉(zhuǎn)位面銑刀。

伊斯卡公司確定的硬材料包括硬度范圍HRC55－68的淬硬鋼和冷硬鑄鐵单旺，這些材料是汽車產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)軸承和加工模具常用的典型材料秒勿。

加工硬材料的難度各不相同，取決于其硬度及硬化層的深度(加工表面硬化材料時)拔怜，以及工件材料的微觀結(jié)構(gòu)吹兴。成功的加工來源于工件的剛性和幾何外形與機床剛性及其振動阻尼特性的良好結(jié)合。

伊斯卡公司先進的刀具材料覆蓋了多種加工領域盏踢，如采用CBN施揪、陶瓷和亞微米顆粒基體(通常涂覆專用涂層)赐杏，對硬材料進行各種斷續(xù)切削(銑削交某、切斷和鉆削)和連續(xù)切削(車削和螺紋加工)。采用各種刀具幾何結(jié)構(gòu)和斷屑槽成為進步加工表面質(zhì)量散骚、延長刀具壽命和進步生產(chǎn)率的必然途徑麻诀。

伊斯卡公司以為，根據(jù)加工經(jīng)驗傲醉，假如玄色金屬材料的硬度范圍在HRC55－68针饥，且硬化層深度大于需要切除材料的深度，采用CBN刀具是最佳選擇需频。伊斯卡公司可以提供5種CBN牌號丁眼，以滿足廣泛的加工需求，其中包括：

高CBN含量牌號(IB90和IB85)：推薦用于高速切削鑄鐵和斷續(xù)切削(或粗加工)淬硬鋼昭殉。在刀具的硬度與磨損率(韌性和承受斷續(xù)切削引起的沖擊載荷的能力)之間苞七，需要平衡兼顧。

低CBN含量牌號(IB55和IB50)：更適適用于半精加工和精加工挪丢。刀片刃部的外形決定了在機床和工件剛性的限制范圍內(nèi)所能達到的表面質(zhì)量蹂风。例如卢厂，刀片可設計為在ISO標準刀片上焊接CBN刀尖的形式，刀片可分為三角形惠啄、菱形慎恒、方形和圓形，也可采用伊斯卡的GRIP刀片歇盒。

由于多種因素庸灶，PCD和CBN刀具的價格都比較昂貴，這一事實要求在考慮一些加工方案時韩丸，必須進行認真分析窘携。在設計無人值守的大批量加工(尤其是在要求刀具壽命較長、停機時間較短的汽車產(chǎn)業(yè))時查新，采用PCD和CBN刀具通常是不錯的選擇杀终。

三菱材料美國公司的產(chǎn)品專家Chris Wills解釋說，該公司開發(fā)的“虛擬刀具報告”可用于評估任何刀片(不只是CBN刀片)的本錢效率批先。它主要用于幫助用戶評估任意一種刀片的價值息聪，而在評估CBN刀片在降低實際加工本錢(它比刀片的初始本錢更重要)方面的價值時尤其有用。

Wills說囤胯，該公司正在對CBN刀具相對于陶瓷刀具或硬質(zhì)合金刀具進行加工本錢對比和評估序评。加工范圍從高溫合金到高硬金屬，包括汽車產(chǎn)業(yè)對鑄鐵零件和日益增多的粉末冶金零件的連續(xù)和(或)斷續(xù)切削定歧。對于鋼件的加工，則需要采用新的斷屑槽僻匿，尤其是在自動化加工條件下(如采用棒料輸送裝置和門架式進料系統(tǒng))官地，由切屑造成的表面缺陷可能會損害零件的質(zhì)量。

住友電工硬質(zhì)合金公司拓展了其BNC系列PCBN刀具牌號烙懦，用于高速加工硬度高于HRC45的合金鋼驱入，以及加工鑄鐵和特殊材料。該公司的四種陶瓷涂層牌號采用了三種切削刃處理方式氯析。

住友公司的Rich Maton指出亏较，盡管CBN已是一種比較成熟的刀具材料，但對于PCBN刀具的加工應用來說掩缓，涂層雪情、切削刃制備以及斷屑槽都非常重要。典型的汽車零件車削加工包括車軸你辣、環(huán)巡通、小齒輪、各種驅(qū)動軸舍哄、軸承蓋等類似零件宴凉。其它加工對象還包括汽缸體誊锭、汽缸蓋和模具等。

BNC300是住友推出的一種新牌號蓄帐，它將PCBN基體與金色TiAlN陶瓷涂層相結(jié)合市砍，在連續(xù)和斷續(xù)車削淬硬鋼時延可長刀具壽命。為了進步強度警钥，所有的刀尖都是單獨焊接的射疤。Maton說，切削刃的制備對于PCBN刀具的加工特別關(guān)鍵抵思，我們增加了三種不同的切削刃制備方式(輕度悉砌，標準，重度)焙句，取決于所選的BNC刀具系列符晃。

BNC系列刀具的覆蓋范圍從用于精加工和輕度斷續(xù)切削的高耐磨牌號BNC100，到用于精加工的高抗碎裂牌號BNC300(既可用于連續(xù)切削也可用于斷續(xù)切削)港摘。BNC200牌號推薦用于滲碳感應淬硬軸承鋼的中速加工绒双；而BNC160牌號是為要求表面粗糙度值較低(0.406μm)的特殊加工而開發(fā)的。

住友公司還推出了具有優(yōu)異耐磨性和韌性的PCD刀具——Sumidia DA 1000脖嗽，該牌號采用了NF型復合片还织，與以前的PCD復合片相比，其切削長度相同主巍，但厚度只有一半冠息。DA 1000牌號將只提供經(jīng)濟型刀尖(PCD復合片較薄)，作為一種經(jīng)濟型刀具孕索，可供醫(yī)療逛艰、航空、農(nóng)業(yè)和汽車等行業(yè)加工非鐵類零件搞旭。

萬耐特(Valenite)公司為加工硬度范圍HRC45－62的鋼和合金而提供的ValEDGE硬材料車削系統(tǒng)包括全系列的CBN和陶瓷刀片散怖。該公司應用工程師Darrell Johnson推薦根據(jù)加工條件進行特定的切削刃制備∫奚“由于加工條件各不相同镇眷，因此必須對牌號和參數(shù)相同的刀具進行不同的切削刃制備試驗，以觀察是否能進步刀具壽命翎嫡、減少月牙洼天生乃至改善斷屑性能(盡管改善斷屑性能的可能性不大)”欠动。該公司提供的CBN刀尖焊接刀具對切削刃進行了輕度鈍化，其中既有用于輕載切削和可減小切削力的0.13mm×15°T型刀片惑申，也有用于常規(guī)加工的0.13mm×25°刀片翁垂。

Lach Diamond公司的Jason Lindsey介紹說，與加工鋁合金一樣港揉，采用PCD刀具加工復合材料已成為發(fā)展最快和最具挑戰(zhàn)性的加工工藝减磷。諸如碳纖維哮霹、石墨、綠色陶瓷氏赴、玻璃纖維墅轩，以及更難加工的材料(如凱夫拉爾纖維)，都對精密加工提出了挑戰(zhàn)服酥。

Lach公司為復合材料的無毛剌切削加工提供了5種采用專利設計的周邊銑削立銑刀付昧。該公司的Z型立銑刀是一種用于周邊粗銑加工的玉米芯型銑刀，其特點是所有PCD刀尖的分布找肤，其剪切角在直到端齒的全程上都是變化的严齿，該刀具既適用于插銑，也可用于非插銑加工踩林。

Lach公司的金剛石復合片整體式面銑刀和直角銑刀用于鋁合金的面銑加工骄闺，該刀具無需過多調(diào)整即可安裝在加工中心上使用。PCD金剛石刀尖被焊接在鋼制刀體上醋掖，每個刀齒之間都有內(nèi)冷卻孔剃袍，刀齒的外圓經(jīng)精磨后處于同一個切削平面上。

用PCD刀具進行加工的關(guān)鍵要素之一是具有鋒利的切削刃捎谨。英格索爾(Ingersoll)刀具公司的材料經(jīng)理Robert Sullivan介紹說民效，實現(xiàn)這一點的基本手段是采用放電加工(EDM)、釬焊和磨削涛救。PCD刀具對于鋁合金零件(如汽車發(fā)動機墊圈或變速器箱蓋)的大批量加工非常有效畏邢。此類加工主要關(guān)心加工的經(jīng)濟性，因此要考慮換刀及相關(guān)的停機時間检吆。英格索爾面銑刀的直徑范圍為76－381mm舒萎，用于加工發(fā)動機缸蓋、變速箱體咧栗，以及加工用于放電加工的石墨電極。

瓦爾特(Walter)美國公司既生產(chǎn)PCD刀具虱肄，也生產(chǎn)CBN刀具致板。該公司的Matthias Goetze表示，CBN刀具在硬車削方面的上風包括較長的刀具壽命咏窿、較低的單件本錢以及可減少停機時間斟或。該公司的PCD刀具約有90%是非標專用刀具，而CBN刀具中約有80%是標準刀具虫喝。

瓦爾特公司為汽車產(chǎn)業(yè)(尤其是為低硅鋁合金工件的加工)開發(fā)了PCD刀具用斷屑槽肮插，以便在加工汽車零件(如ABS殼體)以及航空零件時更好地控制切屑。該公司還提供兩種不同的PCD刀具俊揣，一種用于加工硅含量小于12%的鋁合金晚惊，另一種用于加工硅含量大于12%的鋁合金朱泞。2008年，瓦爾特還在美國Waukesha工廠建立了刀具重磨和翻新服務中心宛蒲，以支持其用戶的PCD刀具更換刀尖和重磨膀琐。

埃莫克(Emuge)公司提供了采用PCD和CBN切削刃的超硬立銑刀擴展系列。據(jù)稱恼稠，該立銑刀在加工各種材料時苦旋，其刀具壽命超過傳統(tǒng)硬質(zhì)合金立銑刀50倍以上，可加工材料包括高磨蝕性的非鐵材料来锥，如石墨偏秦、高硅鋁合金、纖維增強型合成材料腥例、銅合金等辅甥。該刀具的特點為采用內(nèi)冷卻設計，以清除粉塵和切屑院崇。埃莫克的PCD和CBN立銑刀采用常用的球頭肆氓、環(huán)面和平頭設計，尺寸從4mm到12mm底瓣。

山高(Seco)刀具公司以為谢揪，銑削是一種加工條件惡劣的加工方式，經(jīng)常涉及大量的斷續(xù)切削捐凭。因此拨扶，必須公道選擇用于銑削的PCBN牌號。典型的加工包括銑削灰鑄鐵(如汽車發(fā)動機的缸體茁肠、缸蓋患民、箱體等)以及某些工具鋼。

山高公司選擇PCBN銑削刀具的原則是：PCBN刀片的主要性能——韌性垦梆、耐磨性和熱硬性——取決于晶粒尺寸匹颤、CBN含量和結(jié)合劑。車削刀片與銑削刀片的主要區(qū)別在于晶粒尺寸托猩。為了進步韌性卡催，用于銑削的PCBN刀片通常應具有較小的晶粒尺寸。同時溶迹，晶粒尺寸绘菲、CBN含量和結(jié)合劑必須保持平衡，以保持刀片較好的耐磨性和熱硬性剩织。

山高公司的銑刀片可用于很多為PCBN專門設計的面銑刀和方肩銑刀雄工。這些負角銑刀采用了直徑63.5－203mm的整體PCBN刀片。方形和圓形刀片用于面銑刀硬拴，而三角形刀片用于方肩銑刀番产。對于那些必須保持較低刀具壓力以及不能使用負角刀片的加工搜澈，山高還有采用整體或整面正角刀片的正角銑刀。這些刀片只有一面可以使用瞒唇。通過使用近整體刀片坡驹，可使每個刀片的切削刃數(shù)目最大化。整體PCBN圓刀片用于面銑精加工時服畜，每一邊至少有15個切削刃可用于切削四爹。

在方肩或類方肩銑削加工中，可采用整體式三角形或方形刀片投放，每個刀片可用的切削刃分別為6個和8個奈泪。

應遵循三個基本要求：①用PCBN刀片銑削時，總是采用干切削灸芳，由于PCBN是一種脆性材料涝桅，當?shù)镀羞M和切出時，假如采用冷卻液將促使PCBN刀片產(chǎn)生熱裂紋烙样。②總是采用常規(guī)銑削方式冯遂，這樣當?shù)镀羞M時，可以減小作用于刀片上的沖擊載荷谒获，從而將切削刃崩刃的風險降至最低蛤肌。③與車削加工相比，可將切削速度進步10%－50%批狱，以對斷續(xù)切削的影響進行補償裸准。

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