le 2009年10月27日08:30 中国刀具商务网
生意社10月27日讯
聚晶立方氮化硼（Polycryst-alline Cubic Boron Nitride，PCBN）是以立方氮化硼（CBN）作为主要成分，与结合剂在高温高压下烧结而成的聚晶体，结合剂主要有金属型（以Co、Ni为代表）或陶瓷型（以TiC、TiN、Al2O3为代表）。由于PCBN材料具有较高的硬度和耐磨性、很高的热稳定性、优良的化学稳定性、较好的导热性、较低的摩擦系数等特点，所以PCBN刀具在切削工艺中具有很大的优势，已经获得了很大的经济效益。在过去30年的时间里，PCBN刀具发展十分迅速，已广泛应用在汽车、航空航天、能源、军事、模具等重要领域，并在特定的切削条件下可以实现精车代磨。快速插头
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荷兰Hembrug公司在Mikroturn CNC系列超精车床上采用PCBN刀具精车淬硬后的EN21轴承钢(HRC62)、美国国家标准工艺研究院Y.Kevin Chou和Chris J.Evans采用SumitomoBN系列的PCBN刀具加工AISIM50钢(HRC62～64)、英国DeBeers工业金刚石公司M.A.Fleming在Delta Turn40车床上采用AMBORITE DBN45刀具车削EN31轴承钢等都实现了PCBN刀具加工淬硬钢的纳米切削[1]。
随着工业技术的发展，切削行业对刀具提出了越来越高的要求，所以各刀具生产厂家也逐步推出PCBN刀具的更新换代产品。本文着重介绍了PCBN刀具产品的国内外最新发展，叙述了PCBN刀具在我国切削行业的研究与应用现状，并对我国刀具行业提出了建议。
PCBN刀具在硬态车削工艺中的发展
PCBN是一种优异的超硬材料，难加工材料的切削加工中已大量稳定地使用PCBN刀具，并取得了很好的加工效果和经济效益，图1为PCBN切削淬硬钢时的场景。为了适应切削工艺的需求，各种PCBN刀具新品也不断应运而生。
(1)山特维克公司的CB7015 PCBN刀具适用于高硬度(HRC58～63)工件的高效、高精度车削加工。该刀具在材料设计上采用了中等CBN含量+最佳陶瓷结合剂的方案；刃口的设计采用了负倒棱，以提高刀具的抗月牙洼磨损和抗崩刃能力。PCBN材料硬度虽高，但是抗冲击能力不强，易产生崩刃，所以采用倒棱方式来增加刃口强度。CB7015刀具根据理论分析和实际加工经验综合确定了最佳负倒棱角度，在连续和轻度断续车削加工高硬度工件时显示出优良的性能和显著效果。图2为CB7015车削的应用图例[2]。
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（2）住友电工硬金属开发出了用于加工耐热合金、钛合金等难切削材料的涂层材料新品种Acecoat AC510U/520U。其中510U包括77个品种，520U包括71个品种。新品种通过采用PVD(物理气相沉积)涂层，提高了耐磨损性和耐热性。与以往的涂层相比，硬度提高40%、耐热性提高200℃。上述品种通过采用涂层避免了在加工难切削材料时加工硬化层造成的局部磨损和切削热造成的磨损。与以往品种相比，该刀具的使用寿命为原来的2倍以上，加工效率为1.5倍以上，所以在硬态切削行业中有较大的发展前景[3]。
（3）为了保证轻型至重载间断切削淬硬钢时的良好加工效果，山特维克可乐满专门推出了一系列新牌号CBN刀具。这些新产品拓宽了切削刀片的应用范围，并由于其韧性得到了显著提高，使之成为表层淬硬钢（HRC58～65）车削的首选。提高CBN刀具性能的关键在于细化晶粒，晶粒细化的刀具能够控制磨损的蔓延，而其机械互锁刀片角则提供了比标准刀片切削刃结构更高的强度和安全性。这些独特的属性组合可以在保持相同表面质量的条件下允许应用更高的切削速度，一次走刀便可完成对零件的加工。 除可提供各种正前角刀片外，还推出了2种已获专利的Wiper（修光刃）刀片，这种刀片的特殊槽形能够显著提高性能，其中WH槽形通过降低切削力而保证了高表面质量；WG槽
形侧重于在高进给率时为精加工提供最佳的准备。Wiper刀片的特点是在标准刀片的最大允许刀尖半径公差范围内调整刀尖的几何形状，用一个短的直线或短的大半径圆弧来联结刀尖圆角和副切削刃，使其近似于椭圆形状[4]。采用这种技术能在维持原有生产节拍的条件下，不减小进给量大幅度降低工件表面粗糙度的数值或者在保持原来工件质量的前提下减少加工时间，从而提高表面质量和加工效率。
Wiper刀片铣削刀具的修光刃技术已经得到较为广泛的应用，而修光刃技术在车削中的应用则是近几年来刀具开发研究人员大力推广的一种新型技术；针对淬硬钢高速精加工过程中Wiper刀片的设计目前还比较少。根据高速硬态切削精加工的要求，开发设计Wiper刀片是很有必要的。
（4）随着加工行业的发展，对加工效率也提出了越来越高的要求。对此，山特维克可乐满开发了最新的高性能锋利切削刃材质GC1115。韧性和耐磨性之间的良好平衡使得GC1115成为不稳定加工条件下的高效选择。它的通用性好，可完成整个零件的所有切削工序，独特的PVD涂层可在更长的切削时间内保持锋利的切削刃，从而增加了有效切削时间，而优化的微观槽形则保证了低切削力下的高零件精度。这种新型材质可用于不锈钢的精加工到半精加工，以及耐热优质合金和钛合金的半精加工到粗加工。
（5）针对外圆和内圆的高效率精加工，山高公司推出了CBN200。此种刀具具有很高的柔性，在加工条件为切削速度vc=410m/min，进给量f=0.08mm/r，切削深度为0.25 mm的情况下可以轻松地加工1000个轴承座零件。
山高公司还推出了Secomax PCBN100刀片。据称该刀片是首个用于淬硬钢精加工的整体PCBN产品，第1次采用了定位销孔结构。该刀片颗粒细且PCBN含量低（50％），适合淬硬钢、硬表面合金和烧结钢的轻型连续切削或中型断续切削。该刀片可用于标准M、P和D型刀夹。对于多种切削加工（如淬硬钢的精加工），采用了W型和T型刀片形状，切削刃采用标准制备方式以及刮削刃型。
（6）伊斯卡公司也推出了2种用于精加工的PCBN刀片。这2种刀片可加工淬硬钢和铸铁，其中，IB55牌号非常适合淬硬钢的半精加工和精加工（包括在断续切削条件下）；IB85牌号则用于加工灰铸铁、硬度高于HRC45的铸铁和耐热合金。这2种刀片都采用单刀尖结构，切削刃制备方式包括倒刃和钝化。
（7）京瓷公司推出了KBN10B牌号的CBN刀片，该牌号用于硬铸铁和热处理钢的精加工，切削深度为0.5mm。KBN25B牌号用于加工淬硬钢，该刀片采用了可提高韧性和化学
稳定性的亚微级CBN晶粒和粘结剂。KBN65B牌号用于高速切削铸铁，可显著提高刀具寿命。KBN900牌号是一种整体PCBN刀片，采用PVD涂层，用于淬硬材料的粗车加工和高速铸铁的加工。
（8）为了实现精车代磨和提高硬态切削的加工精度，很多企业致力于推出精加工中PCBN的新品。肯纳金属公司新推出CVD涂层的PCBN刀片，牌号为KB9610，可用于淬硬钢材料(如8620钢、D2工具钢、52100钢等)的精车加工，可显著提高加工效率。该刀片采用低含量PCBN基体材料和Al2O3/TiN涂层，在车削加工钢件时，其切削性能优于传统的PCBN刀片。CVD Al2O3涂层可有效防止刀片的主要失效机制——月牙洼／扩散磨损。与现有性能最好的PCBN刀片相比，该刀片在相同切削速度和进给量下的使用寿命可提高250％[5]。
PCBN刀具在硬态铣削工艺中的发展
硬态铣削是近年来在模具制造业中广泛应用的技术。此工艺基于高速铣削，以小切深、高切削速度为特征，它广泛应用于淬火钢模具的加工。硬态铣削技术有很多优点，如减小切削力，获得更好的尺寸精度，已加工表面为残余压应力且金相变化小等。在主轴高速旋转混合交换
下进行硬态铣削可获得无铣痕的表面，尺寸精度为4～10μm，表面粗糙度Ra为0.3μm，有效降低对淬硬钢的精磨要求。可见高速铣削在模具制造等精密、超精密加工中具有良好的应用前景。
（1）欧士机最近推出了一款新开发的WXS超级涂层铣刀系列，该系列刀具采用纳米技术的超耐热超高硬度涂层，氧化起点温度1300℃，可以实现高硬度材料（HRC70）的高精度长寿命加工，在高硬度材料的高速干式加工中会大有作为。用欧士机WX特型球头立铣刀（WXS-EBD）加工SKD11工件（硬度为HRC62），与普通刀具相比，在表1所示的加工条
件下，WXS-EBD的磨损较慢，可长时间维持球头立铣刀的R形状[6]，其磨损对比曲线为图3所示。
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