2 PCBN刀具的性能

1. PCBN刀具的特性
   1. 具有較高的硬度和耐磨性
      CBN微粉的顯微硬度為8000～9000HV，其燒結體PCBN的硬度一般為3000～5000HV亦蟋。在切削耐磨材料時其耐磨性是硬質(zhì)合金刀具的50倍蕉殴、涂層硬質(zhì)合金刀具的30倍、陶瓷刀具的25倍判阀。
   2. 具有很高的熱穩(wěn)定性
      CBN的耐熱性可達1400℃～1500℃歹嘹，PCBN在800℃時的硬度還高于陶瓷和硬質(zhì)合金的常溫硬度箩绍。因此PCBN刀具適于加工淬硬鋼、鑄鐵尺上、高溫合金鋼等高硬度耐磨材料材蛛。
   3. 具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性
      CBN的化學惰性特別大，在1200℃～1300℃時也不與鐵系材料發(fā)生化學反應怎抛，與碳在2000℃時才發(fā)生反應卑吭；在中性、還原性的氣體中马绝，對酸豆赏、堿都是穩(wěn)定的；其對各種材料的粘結富稻、擴散作用比硬質(zhì)合金小得多掷邦，因此PCBN刀具特別適合加工鋼鐵材料。
   4. 具有較好的導熱性
      在各類刀具材料中CBN的導熱性僅次于金剛石椭赋，導熱系數(shù)為1300W/(m·℃)抚岗，而且隨著溫度的升高，PCBN的導熱系數(shù)是增加的哪怔。
   5. 具有較低的摩擦系數(shù)
      CBN的摩擦系數(shù)為0.1～0.3研矗，隨著切削速度的提高，摩擦系數(shù)減小夷硅。這一特性導致切削時刀屑間摩擦減小芒浪，切削變形減小，切削力降低氢滋，加工表面質(zhì)量提高谦牛。
2. PCBN刀具的應用
   制造技術和難加工材料的發(fā)展推動著刀具技術的發(fā)展。PCBN刀具的紅硬性演穗、耐磨性在硬態(tài)干式切削難加工材料中具有很大的優(yōu)勢柱涕。PCBN刀具比陶瓷刀具有較高的沖擊強度和抗破碎性能伍恼，通常用來加工硬度高于50HRC 的材料垛墙，在切削溫度高達2000℃時仍具有很高的硬度，而在同樣條件下金剛石可能會溶解并轉(zhuǎn)化成石墨羡雷。因此携喳，在切削淬硬金屬時，機床剛性可以稍差热品。此外巍糯，一些特制的PCBN刀具能抵御高功率粗加工的切削負荷、間斷切削的沖擊以及精加工時的磨損和切削熱客扎。
   早期的PCBN刀具堅硬但缺乏足夠的韌性祟峦，隨著刀具材料技術的發(fā)展和制造工藝的日益先進罚斗，使PCBN刀具的材料和韌性發(fā)生了很大的變化。目前PCBN刀具能夠更加廣泛地滿足特殊工件材料加工過程的要求宅楞，已廣泛應用于車削针姿、銑削和膛削等加工領域。如汽車工業(yè)運用新的大顆粒整體PCBN刀片高效切削難加工合金鑄鐵而取代原先的磨削加工厌衙；模具行業(yè)采用PCBN刀具高速精銑淬硬鋼模具完成型面精加工已成為模具制造行業(yè)的新工藝距淫。

3 PCBN刀具的設計

1. 修光刃(Wiper)技術
   如圖1所示喻杈，由于改變了刀尖圓角半徑彤枢，進給率提高一倍，可實現(xiàn)高進給切削奕塑；如果切削參數(shù)不變愧陈，則表面質(zhì)量提高一倍。因此Sandvik Coromant公司將wipeer技術引入PCBN刀片的范圍搭吵，用于高生產(chǎn)率和高表面質(zhì)量外圓和內(nèi)圓切削工序煮啡，在精加工以及半精加工和粗加工車削中都取得了巨大的成功。在越來越多淬硬材料的加工方法中棒论，利用wipeer技術馁祈，車削已經(jīng)增強了對磨削的競爭優(yōu)勢。
   東芝公司采用Wipeer 技術研制出4種新型PCBN刀片委董，BX310银薪、BX330型刀片適于連續(xù)或斷續(xù)切削硬度為50～65HRC的淬硬鋼。這種刀片由中等CBN顆粒與耐熱陶瓷粘結劑燒結而成血明，可提高刀具的表面質(zhì)量夫石，增強刀具的抗磨損性能；BX930腊尤、BX950型刀片適于高速精加工耐熱合金鋼鸭僧、鑄鐵、鐵系物質(zhì)揩页。這種刀片是由高含量的CBN顆粒與Co及碳化物燒結而成旷偿，增強了刀具橫向抗斷裂的性能。
2. PCBN刀片的斷屑槽設計
   對整體PCBN刀片進行斷屑槽設計是切削刀具設計的新發(fā)展爆侣。斷屑槽可增加切削刃前角并改善切屑在刀片上的流出萍程，降低切削力和切削區(qū)溫度，從而延長刀具使用壽命。較低的切削力還可提高刀具的精度并且優(yōu)化切屑的流出茫负，使表面粗糙度更好蕉鸳。Seco公司開發(fā)的Secomax CBN300刀片如圖2所示，它是在CBN30基礎上用粗顆粒粉末和新工藝燒結成的忍法，具有很高的抗沖擊性能置吓，通過使用特殊技術，將經(jīng)濟性好的多切削刃整體 PCBN刀片和切削刃剪切角增大的優(yōu)點結合起來缔赠，制造出帶斷屑槽的切削刃衍锚，使PCBN刀具能從傳統(tǒng)的車削淬硬鋼和冷硬鑄鐵等硬材料、以車代磨等加工領域跨入銑削加工的應用領域嗤堰。該刀具已在上海通用汽車公司新建的一條發(fā)動機柔性生產(chǎn)線上使用戴质，取得了良好效果。用其銑削發(fā)動機缸體平面卒抖，切削速度高達2000m /min氏腐，刀具壽命為一般PCBN刀具的4倍。PCBN的斷屑槽對精加工珠光體灰鑄鐵來說是一種理想的刀片栏葬，尤其是膛孔加工冻哈。用這種刀片進行汽車發(fā)動機缸體膛孔加工的試驗顯示，刀具壽命比同等的負前角刀片增加50%抚言。
   

   圖3 BB槽型與普通刀片切屑對比

   圖4 PCBN刀具壽命對比

   圖5 新型Safe-Lock結構的CB7015刀片

   
   
   日本京瓷(Kyocera)公司于2004年4月開發(fā)出適于加工淬硬鋼的三維槽型BB 型PCBN刀片优隔。如圖3所示BB型與普通刀片加工時的切屑對比，刀片采用新型三維槽型設計芦槽，在整個加工過程中可通過一次裝夾完成零件各部分的加工而不需要更換刀具棋少，在切削過程中可對不同硬度的淬硬鋼進行有效的斷屑控制，從而提高加工效率黎伤，獲得更好的加工表面質(zhì)量儡特。
3. PCBN刀片涂層
   刀具表面涂層是提高刀具壽命、提高被加工零件的精度和表面質(zhì)量催舅、降低切削成本的有效手段疏唾。
   涂層PCBN刀片在車削硬材料時表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。Seco已經(jīng)開發(fā)出Secomax CBN100 PVD涂層刀片函似。這些新涂層的設計用于保證涂層和PCBN基體結合面之間具有極佳的黏著性能槐脏。它由總厚度2～4μm 的Ti(C, N)+(Ti, Al)N+TiN組成，適用于珠光體灰鑄鐵和硬鋼缴淋、硬鑄鐵的粗精加工准给。在Secomax CBN100 刀片與Secomax CBN100 PVD涂層刀片硬車62HRC的軸承鋼精加工試驗對比中發(fā)現(xiàn)泄朴，當切削速度達到130m/min時重抖，刀具壽命從不涂層刀片的24min增加到涂層刀片的 33min；在更高的速度下也觀察到相似的增加(見圖4)祖灰。在工業(yè)發(fā)達國家钟沛，涂層刀具已占所用全部刀具的80%以上畔规，預計近年超硬涂層工具的市場將達到每年20億美元，并且應用領域主要集中在汽車工業(yè)恨统，而我國這一比例尚不及20%叁扫。因此推廣涂層刀具的應用、開發(fā)新的涂層刀具材料具有重大意義畜埋。
   另一種研究趨勢是將CBN薄膜作為刀具的耐磨涂層莫绣，可以成倍乃至幾十倍地提高刀具的使用壽命。由于形成CBN涂層時總是伴隨著很大的內(nèi)應力镀材，因此CBN涂層極易從基體上脫落妆浅。目前最大的難題是要解決CBN涂層與硬質(zhì)合金基體之間的結合力。較為有效的方法是在基體與涂層之間增加過渡層忍具，如氮化鈦爵缸、氮化硅、富硼梯度層等却怪。工業(yè)發(fā)達國家在此方面進行了大量投資晚饰，以充分開發(fā)CBN材料的潛在優(yōu)勢，要制備實用的BCN刀具涂層已為時不遠殷感。
4. 新型Safe-Lock(安全鎖)結構刀片
   圖5 所示為Sandvik Coromant公司推出的具有新型Safe-Lock(安全鎖)結構的CB7015刀片窃橄。此系列刀片主要是針對淬硬鋼零件加工時的高質(zhì)量表面以及高生產(chǎn)率加工而開發(fā)的。Safe -Lock(安全鎖)多角技術采用機械鎖定PCBN刀片并使其遠離高溫切削區(qū)域熏迷，因此提供了優(yōu)于常規(guī)刀尖結構的強度和安全性贫肌。在連續(xù)和輕微斷續(xù)條件下的精加工可以采用高速切削；在切削臺階辨批、退刀槽和其它仿形切削時怔匣，較大的PCBN切削刃提供了更好的切削性能。

4 結語