超硬材料CBN(立方氮化硼)作為磨料應(yīng)用已有40余年的歷史了，在磨削加工方面已有相當(dāng)成熟的應(yīng)用技術(shù)斜回，PCBN(聚晶立方氮化硼也稱(chēng)立方氮化硼燒結(jié)體)作為刀具材料應(yīng)用于切削加工始于70年代侧焚，經(jīng)過(guò)20多年的應(yīng)用，在切削加工的各個(gè)方面都表現(xiàn)了優(yōu)良的切削性能和一些不同于其它材料刀具的特殊規(guī)律妥坦，我國(guó)PCBN刀具的應(yīng)用相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家還比較少茂钠，缺少這方面的技術(shù)資料，本文綜合國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料及作者應(yīng)用PCBN刀具的試驗(yàn)結(jié)果介紹如下房贮。

1 PCBN刀具材料的性能

PCBN按其制造工藝分有由CBN經(jīng)高溫高壓直接結(jié)合成燒結(jié)塊的径塔，也有加金屬或陶瓷等粘結(jié)劑在經(jīng)高溫高壓燒結(jié)成的；按成品復(fù)合方式分殊蜓，有單獨(dú)CBN燒結(jié)塊凰番，也有CBN／硬質(zhì)合金復(fù)合燒結(jié)的PCBN復(fù)合片。本文將以PCBN復(fù)合片刀具的切削性能為主進(jìn)行介紹寂贱。

具有較高的硬度和耐磨性

CBN晶體結(jié)構(gòu)與金剛石相似褒堆，化學(xué)鍵類(lèi)型相同、晶格常數(shù)相近滋饲，因此具有與金剛石相近的硬度和強(qiáng)度厉碟。 CBN微粉的顯微硬度為HV8000～9000，其燒結(jié)體PCBN的硬度一般為HV3000～5000屠缭。

具有很高的熱穩(wěn)定性

CBN的耐熱性可達(dá)1400～1500℃箍鼓，PCBN在800℃時(shí)的硬度還高于陶瓷和硬質(zhì)合金的常溫硬度。

具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性

CBN的化學(xué)惰性特別大呵曹，在1200～1300℃時(shí)也不與鐵系材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)款咖，與碳在2000℃時(shí)才發(fā)生反應(yīng)；在中性逢并、還原性的氣體中之剧，對(duì)酸堿都是穩(wěn)定的。其對(duì)各種材料的粘結(jié)擴(kuò)散作用比硬質(zhì)合金小得多砍聊。

具有較好的導(dǎo)熱性

在各類(lèi)刀具材料中CBN的導(dǎo)熱性?xún)H次于金剛石背稼，大大高于硬質(zhì)合金，而且隨著溫度的升高玻蝌， PCBN導(dǎo)熱系數(shù)是增加的蟹肘。

具有較低的摩擦系數(shù)

與不同材料間的摩擦系數(shù)CBN為0.1～0.3、硬質(zhì)合金為0.4～0.6摇致，隨著切削速度的提高谅儡，摩擦系數(shù)是減小的秫丐。
2 PCBN刀具的切削特性

PCBN刀具材料由于具有上述的特殊性能，因此在不同切削情況下妈扁，表現(xiàn)出了不同于其它材料刀具特殊的規(guī)律竹俱。
切削高硬度淬硬鋼刀具壽命高

PCBN刀具切削淬硬鋼時(shí)，隨著被加工材料硬度的增高粘胧，刀具壽命并非單調(diào)下降摊房，而是在HRC40時(shí)刀具壽命最低(如圖1所示)，圖1VB=0.2mm诅潮；ap=0．5mm昨哑；f=0.1mm/r，工件材料：35CrMo胜全。當(dāng)工件材料硬度高于此硬度后域毡，刀具壽命反而增加。這主要是由于PCBN材料高溫下硬度損失小琅功，而工件材料硬度較高時(shí)考余，由于切削熱作用將切削區(qū)域金屬軟化，而使切削加工更易于進(jìn)行轧苫。 PCBN這一特性非常適于加工高硬度材料秃殉，以車(chē)削代磨削可獲得以往只有用磨削加工才能得到的加工表面質(zhì)量。

  
圖1 刀具壽命與被加工材料硬度的關(guān)系   圖2 切削正火鋼時(shí)切削速度與刀具壽命的關(guān)系

切削正火鋼刀具壽命低

切削正火材料時(shí)浸剩，PCBN刀具的壽命要低于硬質(zhì)合金刀具(如圖2所示)，切削用量：f=0.1mm/r鳄袍；ap=0.5mm绢要。并且刀具壽命比切削淬火鋼時(shí)壽命還要低。由此可以看出PCBN刀具不適于加工正火材料拗小。

切削灰口鑄鐵刀具壽命曲線(xiàn)彎曲

切削灰口鑄鐵PCBN刀具壽命與切削速度的關(guān)系不符合泰勒公式重罪，其后刀面磨損VB及前刀面月牙洼磨損深度KT都呈現(xiàn)出了相同的規(guī)律(如圖3所示) ,圖3切削用量：f=0.1mm/r，ap=0.5mm哀九。

  
圖3 切削灰口鑄鐵時(shí)刀具壽命與切削速度關(guān)系   圖4 切削黃銅時(shí)的刀具磨損曲線(xiàn)

切削耐磨黃銅時(shí)刀具壽命高于金剛石刀具

切削有色金屬時(shí)剿配，通常燒結(jié)金剛石(PCD)是最佳刀具材料，但切削耐磨黃銅時(shí)阅束，PCBN刀具壽命高于燒結(jié)金剛石和硬質(zhì)合金刀具(如圖4所示),圖4切削用量：v=200m/min呼胚；f=0.2mm/r，ap=1.0mm伴严。

高速下PCBN刀具壽命高

圖5切削用量：f=0.05mm/r膳庵，ap=0.05mm；工件材料：HPM31HRC57贡垃；球頭立銑刀R5順銑描休。圖5所示為不同速度下PCBN刀具切削淬硬鋼時(shí)刀具后刀面磨損與切削距離的關(guān)系掷戚，由圖5可以看出：當(dāng)切削速度超過(guò)一定限度后，切削速度越高肥册，刀具的磨損速度反而降低猫郎，即高速下PCBN刀具的壽命高于低速，因此PCBN刀具適合高硬度材料的高速切削加工严荷。

  
圖5 不同速度下PCBN刀具的壽命  圖6 干切與濕切情況下PCBN刀具壽命與切削速度的關(guān)系

干切條件下PCBN刀具壽命高

圖6工件材料為鑄鐵矩修，是PCBN刀具在干、濕兩種切削條件下刀具壽命的對(duì)比赐汤。由圖6可以看出：在干切情況下憎抡，PCBN刀具壽命反倒高于使用切削液的情況，其主要原因是由于干切時(shí)切削溫度高刨紊，PCBN高溫硬度高性湿，因此硬度損失少，而工件材料在高溫下硬度損失大满败，硬度降低后更易于切削的緣故肤频。
 
3 PCBN刀具的加工表面質(zhì)量

PCBN刀具不僅具有優(yōu)良的切削性能，同時(shí)也能獲得其它種類(lèi)刀具很難獲得的加工表面質(zhì)量算墨。

可獲得較低的表面粗糙度

用PCBN刀具加工不同材料都能獲得較低的表面粗糙度宵荒，圖7所示是加工鑄鐵時(shí)，PCBN刀具與硬質(zhì)合金刀具的表面粗糙度對(duì)比净嘀。由圖7可以看出：PCBN刀具加工表面粗糙度遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于硬質(zhì)合金刀具报咳，而且隨著切削速度的提高，越來(lái)越接近粗糙度的理論值挖藏。另外暑刃，由于PCBN刀具硬度高、耐磨性好膜眠，因此岩臣，能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)獲得較一致的表面粗糙度。圖7工件材料：鑄鐵FC25宵膨；切削用量：f=0.1mm/r庇启；ap=0.3mm。

能獲得較好的表面應(yīng)力狀態(tài)

如圖8所示兔憨，磨削加工得到的加工表面通常產(chǎn)生拉應(yīng)力盛媚，用PCBN刀具加工淬硬鋼時(shí)，工件表層組織通常有殘余壓應(yīng)力扶楣，殘余壓應(yīng)力可提高零件的疲勞強(qiáng)度及耐磨性媒卑。圖8切削條件：工件材料：GCr15淬火；磨削：v=35m/s醒屠；vf=10mm/min经馍；fr=0.008mm切锈；車(chē)削：v=70m/min，f=0.07mm/r父绿；ap=0.1mm尿旅。

圖7 PCBN刀具的加工表面粗糙度 圖8 PCBN刀具切削獲得的加工表面殘余應(yīng)力 圖9 PCBN刀具加工表面硬度的變化

加工表面表層硬度的變化

PCBN刀具切削淬硬鋼表面表層硬度與磨削的比較如圖9所示。由圖9可以看出：磨削加工獲得的工件表層硬度有所下降畅廷，而PCBN刀具加工獲得加工表面硬度略有上升捕阅，提高了加工表面的機(jī)械性能。圖9工件材料：SCM21麸塞，淬火HRC50秃臣；切削用量：車(chē)削：v=300m/min；f＝0.3mm/r哪工；ap=1.0mm奥此；磨削：vc=1450m/min；vw=80m/min雁比；ap=0.015mm稚虎。

另外，PCBN刀具切削硬材料時(shí)偎捎，由于刀具導(dǎo)熱性好所產(chǎn)生的切削熱被切屑帶走較多蠢终，工件加工表面表層纖維組織無(wú)顯著變化，而磨削加工若切削用量選擇不當(dāng)茴她，則容易產(chǎn)生表面燒傷寻拂。

4 結(jié)束語(yǔ)

PCBN刀具具有優(yōu)于其他材料刀具的切削性能，尤其適合高硬度淬硬鋼及耐磨材料的切削加工丈牢，在高速切削加工及干式切削加工方面表現(xiàn)出了優(yōu)良的切削性能兜喻，在一定條件下可以得到與磨削相媲美的加工表面質(zhì)量；但PCBN刀具壽命有特殊的變化規(guī)律冒侧，如：切削中等硬度的淬硬鋼及正火鋼時(shí)刀具壽命低、切削鑄鐵時(shí)刀具壽命曲線(xiàn)的彎曲等抄刁，若了解掌握這些特殊規(guī)律阿赞，便可在使用中充分發(fā)揮其優(yōu)越的切削效能，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益祈哆。

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