概況

PCBN即聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride）作為利用人工方法合成的硬度僅次于天然金剛石的新型刀具材料，是目前高速切削鐵系金屬最合適的刀具材料。

研制

從1957年美國GE公司研制出立方氮化硼（CBN）單晶粉末、70年代研制成功PCBN刀具至今，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，PCBN刀具已逐步趨于成熟。目前PCBN刀具多由PCBN刀片與刀桿或可轉位刀片焊接而成，近年來(lái)整體式PCBN刀片種類(lèi)也越來(lái)也多。PCBN刀片是0.5mm左右的PCBN層直接燒結在硬質(zhì)合金基體上形成的復合整體。這種材料既具有PCBN的高硬度、高熱穩定性和高的化學(xué)穩定性，同時(shí)又具有硬質(zhì)合金強度好、可焊性好的優(yōu)點(diǎn)，使PCBN刀具不僅可切削各種硬度的工件，而且也易于生產(chǎn)。PCBN刀片質(zhì)量的好壞直接影響著(zhù)刀具切削性能。

燒結

PCBN刀片的制作方法主要有兩種：一種是一次聚合法，即直接用六方氮化硼（HBN）一次聚合成高密度的燒結體；另一種是二次聚合法，先合成高密度立方氮化硼（CBN），然后再以其為原料經(jīng)高溫高壓燒結成聚晶立方氮化硼。目前較為普遍的是加入粘結劑的二次聚合法：

⑴加入金屬粘結劑的CBN燒結

金屬粘結劑種類(lèi)很多，主要有Ni、Co、Ti、Ti-Al等。在燒結溫度下，金屬粘結劑成為液相，液相的出現對CBN燒結有一定的促進(jìn)作用，燒結可以在稍低的溫度和壓力下進(jìn)行。另外，由于CBN不溶于金屬粘結劑，不會(huì )發(fā)生可以促進(jìn)收縮和晶體長(cháng)大的溶解析出過(guò)程。在燒結過(guò)程中硬質(zhì)合金中的鈷呈液態(tài)滲入CBN晶界中，將硬質(zhì)合金與CBN燒結體緊密粘結在一起。采用金屬粘結劑的PCBN刀具的硬度較純CBN燒結的刀具硬度低，但是韌性好。英國Element six 公司的AMB90、美國GE公司的BZN6000以及日本三菱生產(chǎn)的MB710等牌號都是由金屬粘結劑燒結而成。

⑵加入陶瓷粘結劑的CBN燒結

陶瓷粘結劑主要有TiN、TiC、Al2O3等。由于燒結過(guò)程中易產(chǎn)生裂紋，因此多在陶瓷粘結劑中加入鐵族元素（鐵、鈷、鎳）以及Mo或Mo2C等增加陶瓷離子間的強度，起到流體傳壓介質(zhì)的作用，有利于形成內部無(wú)變形的燒結體，鉬等還可以改進(jìn)陶瓷粒子和鐵元素之間的潤濕性。陶瓷粘結劑PCBN中粘結劑的含量一般較高，韌性較金屬粘結劑刀具差，但其抗高溫性能更好。這類(lèi)產(chǎn)品有英國Element six公司的DBA80、DBC50，美國GE公司的BZN7000S、BZN8200，日本住友的NBX300、NBX3200等。

⑶純CBN燒結

在CBN聚晶體中也可以不加粘結劑直接燒結而成聚晶立方氮化硼。CBN在燒結時(shí)發(fā)生再結晶和晶粒長(cháng)大過(guò)程，燒結后的CBN多晶體的晶粒已不是原來(lái)的CBN單晶體顆粒。這種PCBN刀具耐磨性好，壽命長(cháng)，但較脆且溫度條件苛刻，難以制成高韌性及大尺寸的刀片。

影響因素

PCBN刀片的質(zhì)量受到多種因素的影響，其中燒結過(guò)程中各種工藝參數的改變，對PCBN刀片的質(zhì)量影響最大。粘結劑/催化劑材料、基體材料等組成材料，以及顆粒表面清潔度、顆粒度等都決定了PCBN刀片的性能。

⑴基體的選擇

由于碳化鎢硬質(zhì)合金具有較高的硬度，較好的導熱性和韌性，因此多采用含有Co的碳化鎢硬質(zhì)合金作為PCBN刀片基體。Co作為一種溶劑和粘結劑可以顯著(zhù)提高CBN的燒結度，增強PCBN的強度，但是碳化鎢硬質(zhì)合金中Co的含量不能過(guò)高，否則將影響PCBN刀片的耐磨性，縮短刀具的使用壽命。

⑵CBN晶粒的清潔度與顆粒度

CBN晶粒的表面清潔度將直接影響著(zhù)PCBN的燒結質(zhì)量，因此在燒結前都要對CBN晶粒進(jìn)行嚴格地處理，以去掉晶粒表面的水分及氧化物等雜質(zhì)。采用的方法主要是在真空或氫氣、氨氣等還原性氣體下加熱1~2個(gè)小時(shí)。否則過(guò)多的雜質(zhì)會(huì )影響CBN-CBN顆粒間及CBN與粘結劑間的粘結，使得PCBN刀片強度減小，耐磨性能降低。

CBN顆粒的大小不但對PCBN刀具的切削表面質(zhì)量有影響而且對PCBN燒結時(shí)粘結劑的燒結能力起到一定的作用。一般來(lái)說(shuō)，CBN顆粒度越小，PCBN刀具切削表面質(zhì)量越好，刀具抗沖擊能力和耐磨性越好，因此，在加工淬硬鋼并且要求高的表面質(zhì)量（即實(shí)現PCBN刀具的“以車(chē)代磨”）時(shí)，所采用PCBN刀具中的CBN顆粒應取較小值。但另一方面，由于PCBN刀片的燒結是通過(guò)“毛細現象”即各種粘結劑元素滲透到CBN顆粒之間實(shí)現的，如果CBN顆粒太小，CBN顆粒間的間隙就會(huì )減小，從而使得粘結劑元素的滲透量減小。因此，燒結時(shí)CBN顆粒又應選得大一些。綜合考慮以上兩種因素，CBN燒結時(shí)應多選擇混合粒度，并根據所選粘結劑粘結能力的不同而確定不同的粒度范圍。

⑶CBN晶粒含量

CBN含量對PCBN刀具的硬度、導熱性有較大的影響。CBN含量越高，刀具的硬度越高，導熱性越好。高含量PCBN刀具（一般CBN含量為80%～90%）是以CBN之間的直接結合為主，具有高硬度和高導熱性。這類(lèi)PCBN刀具適合加工高硬度合金和組織中含有高硬質(zhì)點(diǎn)的材料，如冷硬鑄鐵、耐熱合金等。目前此類(lèi)刀具刀片主要有GE公司的BZN6000，Element six公司的AMB90、住友電工公司的BN100、BN600等。低含量PCBN刀片多為陶瓷粘結劑，耐熱性好，易于加工淬硬鋼（合金鋼、軸承鋼、模具鋼、碳鋼等），利用切削區內熱滯留高溫形成的金屬軟化效應進(jìn)行切削。GE公司的BZN8100、BZN8200，Element six公司的DBC50，住友電工公司的NB300、NB220以及山高公司的CBN10、CBN100、CBN150等均屬于此類(lèi)。

⑷粘結劑

CBN燒結所需的粘結劑：①物理化學(xué)性能越接近CBN越好，這樣不會(huì )過(guò)多的削弱燒結后PCBN刀具的切削性能；②易于達到熔點(diǎn)溫度或在此溫度下具有好的塑性；③相對于CBN具有足夠的化學(xué)活性，具有使六方氮化硼（HBN）向CBN轉化的催化性。

目前，常用到的粘結劑按其物理化學(xué)性質(zhì)可分為金屬粘結劑（如Ni、Co、Ti、Ti-Al等）和陶瓷粘結劑（如TiN、TiC、TiCN、Al2O3等）；按作用可分為催化劑（如，Al、AlN、AlB2、Si等）和溶解劑（如Ti、Ni、Co、TiN、TiC、TiCN等）。粘結劑種類(lèi)和含量都對PCBN刀片的性能有不同的影響。碳化物、氮化物、碳氮化物可以提高PCBN刀片的抗化學(xué)磨損能力和抗沖擊能力，但含量過(guò)高會(huì )降低刀具硬度，使刀具壽命縮短；鈷是最常用的粘結劑，可以提高CBN燒結時(shí)的燒結度；Ti陶瓷粘結劑可以提高PCBN刀片的韌性；鋁及鋁的化合物可與CBN顆粒及其它粘結劑發(fā)生反應，使CBN顆粒粘結得更加牢固，提高刀具耐磨性；Si和Al、AlN、AlB2的混合物是HBN向CBN轉化的有效催化劑，在陶瓷粘結劑里加入少量的Al、Si還可以增強CBN間的粘結，形成連續的陶瓷相；以鋁化鎳作為粘結劑的PCBN復合片導電性好，適于采用低成本電火花進(jìn)行切割。

由于粘結劑的不同，現在PCBN刀片趨于兩種特性：一種是具有高的耐磨性（高含量CBN，催化粘結劑），另一種是具有好的抗沖擊性（低含量CBN，陶瓷粘結劑）。

磨加工質(zhì)量

除了原材料質(zhì)量和可靠規范的胚體合成工藝外，PCBN刀片磨加工的工藝和精度直接決定切削時(shí)的微觀(guān)性能，所以采用周邊磨床，刀具成本雖然提高不少，但是產(chǎn)品質(zhì)量和耐用度都會(huì )上一個(gè)檔次。

檢驗手段

檢驗手段：除了尺寸精度和表面質(zhì)量外，生產(chǎn)立方氮化硼刀具過(guò)程中，最容易產(chǎn)生廢品的是電鏡檢測下的微觀(guān)缺陷。刃口處肉眼看不到的微觀(guān)缺陷是刀具使用過(guò)程報廢的導火索，容易造成使用時(shí)出現崩刃造成扎刀問(wèn)題。

應用概況

立方氮化硼（CBN）在切削加工中的應用

用PCBN刀片精車(chē)淬硬鋼

加工硬鑄鐵和灰口鑄鐵

高速鏜削鑄件孔

鉸削淬硬鋼或硬鑄件小孔

用于難加工材料的切削加工

采用PCBN刀具精車(chē)淬硬鋼，其工件硬度高于45HRC，效果最好。其切削速度一般為80～120m/min，工件硬度越高，切削速度宜取低值，如車(chē)硬度為70HRC的工件，其切削速度宜選60～80m/min。精車(chē)的切深在0.1～0.3mm，進(jìn)給量在0.05～0.025mm/r，精車(chē)后的工件表面粗糙度為Ra0.3～0.6μm，尺寸精度可達0.013mm。若能采用剛性好的標準數控車(chē)床加工，PCBN刀具的剛性好和刃口鋒利，則精車(chē)后的工件表面粗糙度可達Ra0.3μm，尺寸精度可達0.01mm，可達到用數控磨床加工的水平。如果機床剛性好，選用的切削速度較低，則選用PCBN復合刀片可精車(chē)斷續表面。精車(chē)加工余量一般為0.3mm左右，盡可能提高工件淬火前的尺寸精度和減少熱變形，以保證精車(chē)時(shí)切削余量均勻，延長(cháng)PCBN刀具的使用壽命。精車(chē)一般不用切削液，因為在較高的切削速度下，大量的切削熱由切屑帶走，很少會(huì )停留在工件表面而影響加工表面質(zhì)量和精度。精車(chē)刀片宜選用強度和韌性高的80°菱形刀片，刀尖半徑在0.8～1.2mm之間，為保護刀具刃口，使用前需用細油石倒棱。精車(chē)淬硬工件是一門(mén)新工藝，實(shí)施前需做工藝試驗，可用與工件材料、硬度和大小相同的棒料，在同類(lèi)機床上進(jìn)行精加工或粗加工試驗，關(guān)鍵是要試驗刀具與切削參數的選擇及工藝系統是否有足夠的剛性。該工藝目前國內已經(jīng)采用，如一汽集團用PCBN刀具加工滲碳淬火（58～63HRC）的20CrMnTi變速箱齒輪撥叉槽，采用的工藝參數為Vc=150m/min,f=0.1mm/r，ap=0.2～0.3mm，實(shí)現了以車(chē)代磨。

間斷切削加工和粗加工淬硬鋼方面使用 PCBN刀具，在高速切削淬硬鋼時(shí)，如果淬硬工件有間斷切削，刀具會(huì )以每分鐘100次以上的沖擊來(lái)完成加工，對刀具的抗沖擊性能是個(gè)很大的挑戰，中國河南超硬材料研究所研制的HLCBN系列可用于強斷續切削淬硬鋼，在超硬刀具學(xué)術(shù)界享有很高的聲譽(yù)，HLCBN作為民族超硬刀具品牌在世界超硬材料刀具中占有重要的地位。

加工硬鑄鐵

用PCBN刀具車(chē)削淬硬鋼時(shí)，要求工件淬火硬度高于45～55HRC，加工硬鑄鐵時(shí)，只要硬度達到中等硬度水平（45HRC），就會(huì )取得良好的加工效果。如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機缸蓋上的排氣閥座，該閥座是采用含銅、鉬的高鉻合金鑄鐵材料，其硬度一般約為44HRC，其閥座上孔采用锪（鉸）、車(chē)兩種工藝，大多是在專(zhuān)用自動(dòng)線(xiàn)上加工，與槍鉸導管孔一道進(jìn)行。所采用的切削用量為：Vc=71.6m/min，Vf=26.5mm/min，ap=1.0mm，采用BC拉削油，自采用PCBN刀具加工后，與以往采用的各種硬質(zhì)合金刀片加工相比，刀具平均耐用度為1200件，加工表面粗糙度為Ra0.4μm，閥座面擺差≤0.05mm。東風(fēng)汽車(chē)公司發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)自1988年使用PCBN刀具后，其效果一直保持穩定，較好地解決了引進(jìn)設備的刀具國產(chǎn)化問(wèn)題。隨著(zhù)中國汽車(chē)制造業(yè)的高速發(fā)展，國內刀具行業(yè)也異?；钴S，蓬勃發(fā)展，國內外的刀具公司都看中了中國這個(gè)大市場(chǎng)，國際上著(zhù)名的刀具和刀輔具公司及其產(chǎn)品幾乎都進(jìn)入了中國，如瑞典的Sadvik攜旗下Coroman、Titex、Walter,等公司，德國的Mapal、laitz、Guhring，以色列的Iscar、日本的OSG，大昭和等，美國的Valinite、Ingosoll，等。這些外國刀具公司在剛進(jìn)入中國時(shí)，對中國超硬刀具市場(chǎng)的發(fā)展估計并不足，有的僅是委托中國代理商銷(xiāo)售一部分刀具，售后服務(wù)等工作還未能有力跟上，逐漸地他們認識到這個(gè)市場(chǎng)的重要性，開(kāi)始在中國設立辦事處，并進(jìn)而在中國進(jìn)行直接銷(xiāo)售，原來(lái)實(shí)行的單一代理方式也開(kāi)始變化，近兩年更有了新的本質(zhì)的變化，很多國外刀具公司開(kāi)始在中國設廠(chǎng)，直接在中國當地制造刀具、提供各種服務(wù)，如山高公司在上海設立了制造工廠(chǎng)，山特維克在廊坊設立了工廠(chǎng)，住友電氣在天津設立了工廠(chǎng)，肯納、歐士機等在上海都設有工廠(chǎng)，藍幟公司最近在南京新擴建了其工廠(chǎng)，增加了刀具制造和刃磨設備，格林公司在上海的具有珩磨刀具制造和修磨功能的工廠(chǎng)也即將正式開(kāi)業(yè)。專(zhuān)門(mén)制造和修磨各種客戶(hù)需求的特殊刀具，其特點(diǎn)是反應快，不管批量大小，且能及時(shí)到現場(chǎng)進(jìn)行直接技術(shù)支持。另外以舒伯哈特公司為首的專(zhuān)業(yè)做超硬刀具的公司也同樣在上海設立了生產(chǎn)工廠(chǎng)，專(zhuān)門(mén)進(jìn)行超硬刀具如金剛石刀具和CBN刀具的加工和修磨工作，其業(yè)務(wù)量也很大，幫助不少客戶(hù)解決了超硬刀具的修磨工作。而與此同時(shí)國內PCBN刀具市場(chǎng)隨著(zhù)刀具技術(shù)水平的發(fā)展也不斷擴大。目前中國第一汽車(chē)集團已有一百多個(gè)PCBN車(chē)刀使用點(diǎn)；國內的各大高校，如清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、華中理工大學(xué)等均在積極開(kāi)展這方面的研究；各專(zhuān)項的研究機構和民族企業(yè)為解決中國自給自足PCBN不斷探索，如鞍山鋼鐵集團公司，中國建筑材料集團公司，鄭州新亞、南京藍幟、成都戴夢(mèng)迪、深圳潤祥、成都工具研究所等幾十家單位。

高速銑削灰口鑄鐵高速銑削灰鑄鐵時(shí)，一般粗加工當然可以使用K類(lèi)硬質(zhì)合金，精加工可用氦化硅陶瓷刀片。如在一個(gè)裝有8塊刀片的端銑刀上改用只裝對稱(chēng)式的兩片PCBN刀片，并將切削速度提高4倍，其結果是金屬切除率相同，而切削力卻下降3/4，刀具壽命與加工質(zhì)量超過(guò)前者。對珠光體鑄鐵與冷硬鑄鐵，也宜采用PCBN刀具進(jìn)行高速加工，與其它刀具材料比較，可提高切削速度、延長(cháng)刀具壽命、降低了表面粗糙度。在高速鏜桿上采用成對鑲片PCBN鏜刀與單片鏜刀相比，其平衡性好，從而增加了鏜桿的剛性，在給定的進(jìn)給量下，采用PCBN雙刀片鏜孔可獲得高的金屬切除率與表面質(zhì)量。目前國內已有較多的發(fā)動(dòng)機制造廠(chǎng)，對氣缸體的缸孔（或缸套）精加工已使用PCBN刀具。如上海大眾和一汽集團的發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)，缸孔精鏜均采用PCBN刀片并可自動(dòng)補償（υc=500m/min，f=0.2mm/r，ap=0.1mm）。所以加工出的缸孔精度高、尺寸穩定，而且生產(chǎn)效率高，刀具壽命長(cháng)。對于小孔鏜削，雖可使用陶瓷或涂層刀片，但刀片應帶有負前角，這將增加切削和排屑的阻力，易使細長(cháng)鏜桿產(chǎn)生振動(dòng)。若用PCBN刀具進(jìn)行高速鏜削，其孔的表面質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高。對這類(lèi)工件的孔加工宜采用CBN電鍍鉸刀。這種鉸刀是以其硬度為42HRC的45號鋼或9CrSi鋼作為基體，具有前后導向和切削部分，其基體制造精度要高，設計要合理。如其鉸刀的前導向部分直徑要小于切削刃部分直徑0.04mm，切削區的長(cháng)度要大于工件孔深，后導向的長(cháng)度要大于切削區長(cháng)度，其直徑應小于切削刃部直徑0.02mm。為了在鉸削中能用切削液沖洗切屑和冷卻潤滑加工表面，其鉸刀基體上開(kāi)有兩條較深的螺旋槽。如某廠(chǎng)加工淬火鋼工件孔f12.06±0.05mm，硬度為45HRC，底孔尺寸為f12±0.01mm，要求孔的圓柱度為0.005mm，表面粗糙度為Ra0.2μm。采用一組五把的電鍍CBN鉸刀加工后，取得較好的經(jīng)濟效果。有的發(fā)動(dòng)機制造廠(chǎng)采用金剛石或CBN電鍍鉸刀對氣缸體的主軸承孔進(jìn)行珩鉸，代替原來(lái)的珩磨加工，使加工效率提高了數倍，且質(zhì)量穩定。采用帶正前角的PCBN刀具，選用適當的切削參數，即Vc=100m/min,f=0.05～0.2mm，ap=0.1～0.2mm，采用極壓型乳化液或油冷卻液，可加工奧氏體不銹鋼（45HRC）、高溫合金鋼、高錳鋼、高強度鋼及高鎳合金鋼等材料，可獲得較高的加工效率和表面質(zhì)量。

CBN砂輪在磨削加工中的應用

CBN材料除用來(lái)制作刀具外，其最大的應用領(lǐng)域還是制成CBN磨具，用于高速高效磨削和珩磨加工，可使磨削效率大大提高，其磨削精度和質(zhì)量提高一個(gè)等級。

磨削汽車(chē)零件——凸輪軸和曲軸

CBN砂輪在內孔磨削中的應用

采用CBN砂輪磨削齒輪

應用CBN磨具加工難加工材料及難加工面

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機上的凸輪軸具有多個(gè)凸輪，淬火后的凸輪粗磨及精磨是影響凸輪質(zhì)量的關(guān)鍵工序。一般都是采用靠模仿形磨削，工件速度的提高受到限制，工件易產(chǎn)生磨削燒傷裂紋，采用靠模仿形磨削，其凸輪表面的輪廓曲線(xiàn)要受砂輪直徑大小的影響，所以很難保證凸輪輪廓曲線(xiàn)的正確。生產(chǎn)實(shí)踐證明，當砂輪直徑大時(shí)，磨出的凸輪瘦，當砂輪直徑小時(shí)，磨出的凸輪胖，只有當砂輪直徑接近或等于磨削靠模凸輪的滾輪直徑時(shí)（一般為f570mm），其仿形誤差接近于零，即磨出的凸輪表面輪廓曲線(xiàn)接近于靠模凸輪。在實(shí)際生產(chǎn)中，所用的砂輪直徑一般都是從D600（或610）用到D500，與理想的砂輪直徑（570）相差甚多，所以生產(chǎn)中總有大部分凸輪軸的凸輪曲線(xiàn)超標。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們在靠模仿形凸輪磨床上采用CBN砂輪磨削，可把CBN砂輪直徑制成D575，CBN磨料層厚為4～5mm，其磨輪的磨削最小直徑是D565，磨削直徑范圍雖然只有10mm，但磨削零件數卻相當于幾十片普通砂輪，不僅可保證凸輪曲線(xiàn)正確，而且也不會(huì )產(chǎn)生磨削燒傷現象。如Liton工業(yè)自動(dòng)化公司用CBN砂輪磨削凸輪軸，其成本降低了50%，凸輪表面的疲勞強度提高了30%；東風(fēng)汽車(chē)公司襄樊柴油發(fā)動(dòng)機廠(chǎng)用陶瓷結合劑CBN砂輪粗磨冷激鑄鐵凸輪軸，其凸輪磨削余量t=4～5mm，V砂=60m/s，工件轉速n=100r/min,Vf=0.1mm/s，采用高速磨削液，CBN砂輪的壽命基本相當于20片剛玉磨料砂輪。內圓磨削的效率一直很低，其主要原因就是磨削速度、砂輪材質(zhì)及磨桿的剛性問(wèn)題。生產(chǎn)過(guò)程中用在修整砂輪、更換砂輪的時(shí)間幾乎占了單件工時(shí)的1/3～1/5。如果內圓或溝槽磨削采用CBN電鍍砂輪，并把砂輪速度提高，增大磨桿直徑，便可適當提高工件轉速與進(jìn)給速度，不僅可保證孔（?。?、槽寬尺寸與形位精度，表面粗糙度和避免燒傷，而且還可以成倍地提高加工效率，降低加工成本。如國內某廠(chǎng)加工一個(gè)年產(chǎn)60萬(wàn)件的紡機滾動(dòng)軸承套，磨f15.5+0.04的孔及相鄰的弧槽，過(guò)去用鉻剛玉（GG）砂輪，需用兩道工序分別在兩臺M224內圓磨床上加工，其槽（?。讲罴俺叽缗c孔的同軸度很難保證，且效率低，采用CBN砂輪后，加粗了磨桿，提高了進(jìn)給量，節約了修整和更換砂輪的時(shí)間，徹底解決了原有問(wèn)題。后又改為孔、溝同時(shí)磨，即在磨桿上裝兩個(gè)砂輪，使磨削效率提高1倍，節省了一臺磨床。所加工的工件表面粗糙度為Ra0.63μm采用的磨削工藝參數：V砂=36m/s，V2=19m/min，f粗切=1μm/r,f精切=0.5μm/r，光磨時(shí)間t=bs，采用10%濃度的乳化值。齒輪磨削以往是采用單齒面與多齒面磨削，單齒面磨削雖然可獲得較高的加工精度，但效率低，成本高，多齒面磨削雖生產(chǎn)效率高，但其加工質(zhì)量比單齒磨削差。若采用CBN砂輪磨削，無(wú)論采用單齒面磨削還是采用多齒面磨削，采用電鍍CBN砂輪或陶瓷結合劑砂輪進(jìn)行磨削，其效果極為顯著(zhù)：

CBN砂輪可以制成精度較高的齒形，由于耐用度高，不頻繁修整，不需經(jīng)常調整機床，可獲得穩定的齒廊、導程和節距精度。

可實(shí)現高速磨削與高進(jìn)給率磨削齒面，粗糙度低且不會(huì )燒傷，可在提高磨削效率的條件下獲得較高的齒輪精度（6～7級）。

CBN砂輪壽命長(cháng)，磨削性能好，節約了砂輪更換修整、機床調整和工件檢測等許多輔助時(shí)間。

對淬硬鋼件或冷硬鑄鐵件孔的珩磨，可采用CBN珩磨油石，對高強度、高硬度和高熱敏性的合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼與合金，宜采用高硬度、高強度的CBN砂輪，采用極壓乳化液或高速磨削液進(jìn)行冷卻。對較長(cháng)的導軌面或復雜型面、凸輪磨床的靠模軸等均宜采用CBN砂輪。

CBN材料在機械加工中的應用

CBN材料無(wú)論制作刀具或制作磨具，應用于高速切削或磨削，都可收到提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高加工效率、縮短加工周期和降低加工成本等顯著(zhù)效果。因此，在加工中，大力推廣CBN刀（磨）具是提高制造技術(shù)的有力措施。但若普遍推廣使用，尚有許多問(wèn)題。為了在生產(chǎn)中更好地推廣使用CBN刀（磨）具，應做以下幾方面的工作：

發(fā)揮CBN刀（磨）具研究院（所）的主導作用

實(shí)現三點(diǎn)一線(xiàn)聯(lián)合開(kāi)發(fā)，即CBN——工具制造——用戶(hù)或CBN與工具制造——機床——用戶(hù)共同開(kāi)發(fā)CBN的應用

積極開(kāi)展CBN刀（磨）具制造與使用技術(shù)的研究

用戶(hù)需要提高產(chǎn)品質(zhì)量意識，勇于提高制造技術(shù)

目前國內CBN材料生產(chǎn)廠(chǎng)家很多，產(chǎn)量也不少，但高質(zhì)量的不多，CBN刀（磨）具的穩定用戶(hù)更少。究其原因主要是機械加工部門(mén)對價(jià)格昂貴的CBN刀（磨）具缺乏選擇與使用的知識，采購來(lái)的CBN工具實(shí)效不多，在其經(jīng)濟緊縮的條件下，不敢輕易投資進(jìn)行工藝試驗。要想解決這個(gè)問(wèn)題，只有CBN刀（磨）具研究院（所）主動(dòng)深入機械制造的生產(chǎn)單位，選擇生產(chǎn)效率與質(zhì)量的薄弱環(huán)節，且已具有或易于創(chuàng )造CBN加工條件的點(diǎn)，與用戶(hù)協(xié)商簽訂共同開(kāi)發(fā)CBN應用合同。由工具研制單位負責免費提供試驗用的CBN刀（磨）具，用戶(hù)負責提供試驗所需條件下組織生產(chǎn)試驗。這就發(fā)揮了多方積極性，從CBN質(zhì)量選擇到工具制造，都會(huì )以最優(yōu)、最快的速度進(jìn)行，用戶(hù)從準備試驗條件到使用，見(jiàn)到了達到合同目標值的成果，不花試驗費便解決了生產(chǎn)難題，很容易推廣。而工具院（所）亦可在以后的供貨中逐步回收利潤，只要雙方保持互惠、互利，協(xié)作關(guān)系便會(huì )更加鞏固。該廠(chǎng)就是利用這種方式與多家研究院校開(kāi)發(fā)了很多新技術(shù)。在機械加工中的許多加工難點(diǎn)，雖然可用CBN工具來(lái)解決，但就目前條件，不是國內哪家所能單獨做到的，因為并非凡是CBN工具都有奇特的和萬(wàn)能的加工能力。我們也曾用過(guò)CBN刀片精鏜硼缸套，其效果并不比新型陶瓷刀片好。其原因是多方面的，如CBN質(zhì)量、含量、品牌規格及結合劑等是否適合硼鑄鐵的加工。至于CBN磨具影響的磨削效果的因素就更多了，除自身原材料的質(zhì)量、配比和磨具制造技術(shù)外，還有使用條件與技術(shù)。如磨削速度（應用高速磨削速度）、磨床剛性好、無(wú)振動(dòng)、有自動(dòng)精細進(jìn)給及修整補償機構、適當的磨削參數和冷卻液等，這些都是相輔相成的重要因素，靠有關(guān)方面共同努力，各自提高自家產(chǎn)品的質(zhì)量，相互促進(jìn)，才能使CBN工具與專(zhuān)用設備成功地用于生產(chǎn)。用戶(hù)希望使用具有實(shí)效的CBN工具，為此，要求工具制造單位，除了盡快提高CBN工具的制造技術(shù)外，還應對產(chǎn)品的質(zhì)量建立明確的鑒定標準與方法，分布某些性能參數，如刀具的CBN含量與品牌、磨具的硬度與CBN精度、濃度等，在此基礎上進(jìn)行生產(chǎn)使用試驗，以便充分發(fā)揮用戶(hù)的生產(chǎn)經(jīng)驗，對不同的切削參數與冷卻液所取得的加工結果進(jìn)行對比分析，使CBN工具得到質(zhì)的提高。CBN工具的適用范圍、使用條件和應用的技術(shù)配套（如設備和冷卻液等），用戶(hù)可正確選用和使用CBN工具。21世紀是高科技時(shí)代，產(chǎn)品必須是有高性能、高質(zhì)量才有市場(chǎng)，企業(yè)才有生命力。為此，應盡快提高制造技術(shù)水平，而推廣使用CBN工具提高制造技術(shù)是一種有力措施，這不僅需要有關(guān)主管部門(mén)的有力資助和支持，有組織、有計劃地逐步推廣CBN工具的技術(shù)配套與使用，同時(shí)也要求用戶(hù)勇于接受新材料、新技術(shù)，改變過(guò)去陳舊的生產(chǎn)觀(guān)念與管理方法，即刀（磨）具均消耗費用指標很低，只許占產(chǎn)品成本的1/100左右，而不是以提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量為準，這樣會(huì )限制優(yōu)質(zhì)高效的刀（磨）具應用與先進(jìn)設備生產(chǎn)能力的發(fā)揮。實(shí)踐證明，CBN刀（磨）具的成效不僅可提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量，而且也可提高經(jīng)濟效益。

制造工藝

PCBN刀具的制造主要通過(guò)CBN粉末和結合劑經(jīng)超高壓高溫燒結而成。大致步驟有；混合粉末--模壓成型/與硬質(zhì)合金底層組裝成整體--超高壓高溫燒結--深加工.

關(guān)鍵技術(shù)在于CBN與結合劑的選擇與配比，超高壓高溫燒結工藝參數的確定.

使用優(yōu)勢

⑴切削速度高：用HLCBN立方氮化硼刀片切削硬鑄鐵時(shí)，可以使用較高的切削速度。當Vc=60 m/min，切削160 min后，后刀面只磨損了0.16 mm。而使用YG6X硬質(zhì)合金刀具的切削速度只有6.6 m/min，僅為立方氮化硼刀具的1/9。

⑵耐用度高：用立方氮化硼圓刀片，以Vc=40 m/min、f=0.16 mm/r的切削用量加工HRC55的冷硬鑄鐵，刀具耐用度為500 min，而用陶瓷刀具加工時(shí)刀具耐用度只有5 min。立方氮化硼刀具的耐用度是陶瓷刀具的100倍。

⑶加工精度和表面質(zhì)量好：用硬質(zhì)合金刀具車(chē)削HRC50的表面噴涂冷硬鑄鐵軋輥，當Vc=20 m/min、αp =0.3 mm、f=0.22 mm/r時(shí)，圓度誤差高達0.5 mm，表面粗糙度Ra為12.5μm；而使用立方氮化硼刀具車(chē)削，切削速度提高了，圓度誤差很小，表面粗糙度Ra小于0.8μm。

⑷金屬切除率高：河南超硬材料研究所研制的立方氮化硼整體聚晶刀片開(kāi)始在重載粗加工的應用，立方氮化硼刀具開(kāi)始應用到大進(jìn)給，大吃深的粗加工中，比硬質(zhì)合金刀具的切除率更高。譬如用立方氮化硼刀具切削冷硬鑄鐵軋輥，可以獲得極高的金屬切除率。例如，當Vc=6l m/min、αp =/mm、f=0.94 mm/r時(shí)，金屬切除率達400 cm3/min，刀具幾乎沒(méi)有磨損。

⑸可以代替磨削：ASH離心式泥漿泵是用極耐磨的鎳鉻白口鐵制造的。這種材料極難切削，以前認為只能用磨削加工，但磨削時(shí)的高溫會(huì )使工件產(chǎn)生熱裂紋?，F在可以采用立方氮化硼刀具以車(chē)代磨。這種刀具抗彎強度高，經(jīng)得起沖擊載荷。采用立方氮化硼圓形刀片，粗車(chē)時(shí)，Vc=55 m/min，αp =3 mm，f=0.25 mm/r；精車(chē)時(shí)，f=0.2 mm，表面粗糙度Ra為0.8μm。

此外，還可以銑代磨加工鎳鉻白口鐵，也采用圓形帶倒棱的立方氮化硼刀片做成銑刀，以Vc=175～225 m/min、αf =0.1～0.25 mm/z、αp =0.5～2.5 mm的用量進(jìn)行銑削，表面粗糙度Ra可達2～2.5μm。

合理使用

由于 PCBN 刀具材料具有優(yōu)良的切削性能，所以特別適合加工其硬度在 HRC45 以上的淬火鋼、耐磨鑄鐵、 HRC35 以上的耐熱合金以及 HRC30 以下而其它刀片很難加工的珠光體灰口鑄鐵。

為了充分發(fā)揮 PCBN 刀片的優(yōu)越性，取得滿(mǎn)意的加工效果，在實(shí)際使用時(shí)，除參照表 1 所推薦的 PCBN 刀片選用的切削用量外，還應根據機床、工件及其它有關(guān)條件的具體情況全面考慮，合理選擇。

⒈ 硬態(tài)切削時(shí)，徑向力很大，這就要求機床功率要大，機床系統剛性要好，這既可保護 PCBN 刀具，又可獲得滿(mǎn)意的加工效果。裝夾 PCBN 刀具時(shí)，刀具的懸伸長(cháng)度要盡量短，以防止刀桿顫振和變形，使 PCBN 刀具保持良好的加工狀態(tài)。

表 1 PCBN 刀片常用切削用量

工件材料 切削速度 (m/min) 進(jìn)給量 (mm/r) 切削深度 (mm)

灰鑄鐵 180 ～ 230HB 400 ～ 1000 0.15 ～ 0.5 0.12 ～ 2.0

硬鑄鐵 400HB 70 ～ 150 0.15 ～ 0.5 0.12 ～ 2.0

淬火鋼 45HRC 60 ～ 140 0.15 ～ 0.5 0.2 ～ 2.5

耐熱合金 35HRC 100 ～ 240 0.05 ～ 0.3 0.1 ～ 2.5

⒉PCBN 刀具的強度比硬質(zhì)合金刀具低，因此在硬態(tài)切削加工時(shí)，一般都采用負前角、較大的后角和負倒棱，這不僅有利于對切削刃進(jìn)行補強，而且具有很好的耐磨性。通常負倒棱尺寸取 (0.1 ～ 0.5）× (10° ～ 30°）為宜。若切削進(jìn)行適當的鈍化處理，效果會(huì )更好。此外，在可能的情況下，盡量采用小主偏角和大的刀尖圓弧半徑，這有助于保護刀刃，延長(cháng)刀具的使用壽命。

⒊ 為很好地使用 PCBN 刀具，穩定地控制工件質(zhì)量，準確判斷 PCBN 刀具的耐用度至關(guān)重要。如果一直使用磨損已很?chē)乐氐牡毒?，那么切削力及切削溫度增加、切削不暢，就難以控制工件尺寸及表面完整性，甚至使 PCBN 刀具無(wú)法繼續修磨而報廢。為保證刀具的正常使用，建議 PCBN 刀具后刀面磨損量達 0.3 ～ 0.6mm（精車(chē)時(shí)取小值）時(shí)應進(jìn)行重磨。但重磨需要一定的設備和技巧，多數工廠(chǎng)的機床不具備適合的條件，一般 PCBN 刀具的重磨都應由專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)來(lái)完成。

⒋ 對于硬度高和不規則的工件，由于 PCBN 刀片較脆、怕沖擊。從工件端面切入、切出，尤其在表面有夾渣、砂眼、凹凸不平的時(shí)候，最易發(fā)生沖擊，使刃口破裂，造成耐用度降低。所以在使用 PCBN 刀具前，最好先將冷硬層粗車(chē)一次，并在工件切入切出端先倒角，以減小 PCBN 刀具沖擊力。

⒌PCBN 刀具不適于加工較軟的黑色金屬材料。

⒍ 確定切削速度、進(jìn)給量及切削深度要綜合考慮生產(chǎn)效率和加工成本。一般來(lái)講，其切削速度可比硬質(zhì)合金刀具高 2 倍左右，高的切削速度產(chǎn)生大的切削熱量，使被加工材料的塑性增大，有利于控制切屑和降低切削力。

⒎ 使用 PCBN 刀具時(shí)，如果使用冷卻液由于熱應力作用，PCBN刀具容易產(chǎn)生熱裂紋，特別是高速切削中。如果使用冷卻液時(shí)則一定要充分冷卻，且不能使用水溶性冷卻液，因為CBN易在1000℃產(chǎn)生水解作用，造成刀具嚴重磨損。

有關(guān)使用 PCBN 刀具常見(jiàn)的磨損，磨損原因及預防措施見(jiàn)表 2。

表 2 PCBN 刀片的磨損形式、原因及預防措施

磨損形式 主要原因 預防措施

月牙洼磨損 工件硬度太軟；切速太快；產(chǎn)生化學(xué)和擴散磨損 改用硬質(zhì)合金刀具或陶瓷刀具；降低切速 使用冷卻液

壓力面磨損 切削速度太快；進(jìn)給量太大；刀具后角太小 增大切速和進(jìn)給量；增大后角

邊界磨損 主偏角太大；進(jìn)給量太大；切速太小 減小主偏角；減小進(jìn)給量；增大切速

斷裂磨損 系統剛性差；刀尖角太??；進(jìn)給量與切速太大；刀具刃口脆 提高系統剛性，增大刀尖角；降低進(jìn)給量和切速并采用負倒棱刀具

PCBN 層破裂 系統剛性差；工件沖擊太大； PCBN 層太薄，刀具刃口過(guò)脆 提高工藝系統剛性；工件表面預加工和倒角；采用厚的 PCBN 層；采用負倒棱刀具

研磨

陶瓷金剛石刀磨砂輪主要用于PCD、CVD、PCBN、硬質(zhì)合金、陶瓷刀具以 及其它刃具銑刀、鉆頭、鉸刀等切削工具的研磨和快速高效低損傷磨削。KO系列陶瓷結合劑的 杯型刀磨砂輪，適合作為PCD及PCBN工具之精密研磨。KO系列陶瓷金剛石刀磨砂輪，解決了大多數刀具生產(chǎn)廠(chǎng)家磨刀效率低、刃口質(zhì)量差 的問(wèn)題。陶瓷金剛石刀磨砂輪其極高的鋒利度可使刀具制作商的磨刀效率提 高1.5～3倍，且刃口質(zhì)量也會(huì )大大提高。

陶瓷金剛石刀磨砂輪研磨部位：包括端面、周面、斷屑槽溝、斜面、孔穴等加工研磨。