聚晶立方氮化硼刀具的特點及切削應用

1.聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具的特點

PCBN刀具是以CBN顆粒為原料，在有粘結劑或無粘結劑的情況下，經高溫、高壓燒結而成，其結構形式有整體燒結式和帶硬質合金基體的復合片。由于PCBN是以CBN為主要制成的，因此PCBN刀具具有CBN的各種優異性能，其性能指標見表1，其主要特點有：

表1各種刀具材料的力學性能

（1）高強度和耐磨性

聚晶立方氮化硼與金剛石的晶體結構類似，具有接近金剛石的硬度和抗壓強度，使用PCBN刀具進行切削加工時，其耐磨性也遠高于硬質合金刀具與陶瓷刀具；可用于加工強硬的鑄鐵以及強度大、硬度高及熱敏性高的鋼件或其他合金材料。

（2）優異的化學穩定性

CBN具有較高的化學穩定性，與鐵系材料在溫度達到1200-1300℃時不會發生反應，且在1000°C高溫時CBN不會被氧化，抗氧化能力強，所以PCBN刀具在進行切削加工時發生化學磨損比其他刀具材料都小，可以用來切削加工多種材料。

（3）良好的導熱性和低的摩察系數

CBN的導熱性大大高于高速鋼、陶瓷和硬質合金，且PCBN刀具的導熱系數會隨溫度的升高而增大。這就使得在切削加工時，刀尖溫度不會太高，有利于提高刀具耐用度和延長刀具的使用壽命。CBN與其他材料相互作用時，其摩擦系數約為0.1-0.3，相比硬質合金與其他材料間的摩擦系數（0.4-0.6）要小很多從而使切削力減小，切削溫度降低，減少切削加工時的粘刀現象，有效避免積屑的產生，進而提高工件的表面加工質量。

2.聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具的應用

PCBN刀具主要用于加工難加工材料和高硬度材料（>HRC35），如工具鋼、高速鋼、淬硬鋼、奧氏體軟鐵等；耐磨材料如灰口鑄鐵、燒結鐵等；難加工材料如表面涂覆材料、表面硬化合金、球墨鑄鐵等，且PCBN刀具可代替傳統的磨削工藝，加工后的精度可高達IT5-IT6，表面粗糙度可達到Ra0.8~0.2μm，可以達到磨削加工的精度。

2.1加工灰鑄鐵

高速切削高速切削灰鑄鐵材料是PCBN刀具典型應用之一，PCBN刀具高速切削灰鑄鐵時，刀具壽命可以達到陶瓷刀具的20－30倍。對于不同牌號的PCBN刀具來說，CBN含量越高，PCBN刀具的硬度、耐磨性和導熱率就越高。當灰鑄鐵材料中的鐵素體含量低于10%時，更適合PCBN刀具的切削加工，這時的PCBN刀具的壽命較長，因為當鐵素體過多時，會與CBN中的硼元素在切削時的高溫下發生化學反應，從而使PCBN刀具的化學磨損增大，導致降低刀具的使用壽命。而在切削加工灰鑄鐵時，需要額外注意的一個方面是時效性，即工件鑄造完畢之后直至使用PCBN刀具切削加工的時間，這是由于灰鑄鐵鑄造時，會產生大量的氧和氮，這些會有害于PCBN刀具的耐用度，所以需要一段時間讓氧和氮揮發，保證刀具的正常使用壽命，一般時效天數10天。

2.2加工淬硬鋼

淬硬鋼是典型的難加工和耐磨材料，以前一直采用磨削來完成淬硬鋼零件的精加工，使用PCBN刀具加工淬硬鋼時，加工效率比磨削更快，更適合于切削加工不同形狀的零件，比磨削更靈活。由于PCBN刀具常使用干式切削，還可以避免切削廢液的污染和節省能源。而加工表面質量和磨削相當，甚至高于磨削。PCBN刀具在高速切削淬硬鋼過程中，產生的高熱量不斷地對工件材料切削區域軟化，從而進行切削加工，與硬質合金刀具相比，效率大大提高，并且可以改善工件表面粗糙度、提高加工精度。

2.3難加工材料

相對而言，PCBN刀具在加工球墨或蠕墨鑄鐵的應用及優勢相對較小。加工球墨或蠕墨鑄鐵過程PCBN刀具易產生嚴重的化學磨損，刀具壽命降低。所以，為了保證零件尺寸精度和形位公差而不得不使用PCBN刀具時，通常加以涂層來保護PCBN刀具，增加其耐用度。除了上述典型應用外，PCBN刀具還可以用于切削鎳基高溫合金、表面硬化合金、硬質合金、陶瓷、粉末冶金等材料。在加工效率、工件尺寸精度、表面粗糙度以及刀具耐用度上具有良好的優勢，得到廣泛的應用。

3.結語

PCBN刀具加工效率高，刀具壽命長，加工成本低，在灰鑄鐵、淬硬鋼類的黑色金屬加工領域已得到了廣泛應用，同時又可以進行高溫合金、 熱噴涂材料、  硬質合金及其他難加工材料的高速切削加工，可實現以車代磨，大幅度提高了加工效率。PCBN刀具的應用解決了黑色金屬硬態切削的加工難題，對于推動高速切削加工技術有十分重要的意義。