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PCBN刀具是人造立方氮化硼刀具，在高温的时候还 能保持高硬度的特性，主要做加工铁件之用。立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它 与金刚石统称为超硬材料。

CBN 具有较高的硬度、化学惰性及高温下的热稳定性，因此作为磨料CBN砂轮广泛用于磨削加工中。由于CBN具有优于其它刀具材料的特性，因此人们一开始就试图 将其应用于切削加工，但单晶CBN的颗粒较小，很难制成刀具，且CBN烧结性很差，难于制成较大的CBN烧结体，直到20世纪70年代，前苏联、中国、美 国、英国等国家才相继研制成功作为切削刀具的CBN烧结体——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。从此，PCBN以它优越的切削性能应用于切削加工的各个领域，尤其在高硬度材料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜。经过30多年的 开发应用，现在已出现了用以加工不同材料的PCBN刀具材质。

编辑本段PCBN刀具材料的种类

按 添加成分分：有直接由CBN单晶烧结而成的PCBN和添加一定比例粘结剂的PCBN烧结体两大类；按制造复合方式分：有整体PCBN烧结块和与硬质合 金复合烧结的PCBN复合片两类。目前应用较广的是带粘结剂的PCBN复合片，根据添加的粘结剂比例不同则PCBN硬度也不同，粘结剂含量越多则硬度越 低、韧性越好；粘结剂种类不同，则PCBN的用途也不同，如表1所示为常见粘结剂的PCBN刀具及其用途。

编辑本段常见粘结剂的PCBN刀具及其用途

CBN含量(%)－粘结剂种类－主要用途 　　～60－TiN－淬火钢 　　～70－TiC－铸铁 　　～70－Al2O3－铸铁 　　～90－AlN－高强度铸铁 　　～80－Co－耐热合金钢铸铁

编辑本段PCBN刀具的切削性能

由于CBN晶体与金刚石晶体都属闪锌矿型，且晶格常数相近，化学键类型相同，因而CBN具有接近金刚石的硬度和抗压强度，又因为其是由N、B原子所组成，因此具有比金刚石更高的热稳定性和化学惰性。PCBN刀具材料主要性能如下：

具有很高的硬度和耐磨性

CBN 单晶的显微硬度为HV8000～9000，是目前已知的第二高硬度的物质，PCBN复合片的硬度一般为HV3000～5000。因此用于加工高硬 度材料时具有比硬质合金及陶瓷更高的耐磨性，能减少大型零件加工中的尺寸偏差或尺寸分散性，尤其适用于自动化程度高的设备中，可以减少换刀调刀辅助时间， 使其效能得到充分发挥。

具有很高的热稳定性和高温硬度

CBN的耐热性可达1400～1500℃，在800℃时的硬度为Al2O3/TiC陶瓷的常温硬度，因此，当切削温度较高时，会使被加工材料软化，与刀具间硬度差增大，有利于切削加工进行，而对刀具寿命影响不大。

具有较高的化学稳定性

CBN 具有很高的抗氧化能力，在1000℃时也不产生氧化现象，与铁系材料在1200～1300℃时也不发生化学反应，但在1000℃左右时会与水产生 水解作用，造成大量CBN被磨耗，因此用PCBN刀具湿式切削时需注意选择切削液种类。一般情况下，湿切对PCBN刀具寿命无明显提高，所以使用PCBN 刀具时往往采用干切方式。

具有良好的导热性

CBN材料的导热系数低于金刚石但大大高于硬质合金，并且随着切削温度的提高，PCBN刀具的导热系数不断增大，因此可使刀尖处热量很快传出，有利于工件加工精度的提高。

具有较低的摩擦系数

CBN与不同材料的摩擦系数在0.1～0.3之间，大大低于硬质合金的摩擦系数(0.4～0.6)，而且随摩擦速度及正压力的增大而略有减小。因此低的摩擦系数及优良的抗粘结能力，使CBN刀具切削时不易形成滞留层或积屑瘤，有利于加工表面质量的提高。

编辑本段PCBN刀具应用于先进切削加工工艺

适用于高速及超高速切削加工技术

PCBN 刀具最适合于铸铁、淬硬钢等材料的高速切削加工。由PCBN刀具切削铸铁及淬硬钢时刀具后刀面磨损与切削距离的关系可以看出：当切削速度超过一 定限度后，切削速度越高，PCBN刀具后刀面磨损速度反而越小，即高速切削下刀具的寿命反而高，这一特点尤其适合现代高速切削加工。

硬态切削加工技术的最佳刀具材料

对 淬硬件(硬度HRC55以上)的精加工，通常采用磨削加工方法来完成，然而随着刀具材料发展及车床(尤其是数控车床)加工精度的提高，以硬态切削代替磨削 来完成零件的最终加工已成为一个新的精加工途径，这种以车代磨的工艺方法有以下优点： 　　（1）可提高加工柔性，突破了砂轮磨削的限制，通过改变切削刃及走刀方式可以加工出几何形状各异的工件； 　　（2）切削加工中的环保问题日益严峻，磨削加工产生的废液和废弃物越来越难以处理和清除，而且对人体有害，而硬态切削无须加冷却液，意义重大； 　　（3）切削效率高，加工时间短，设备投资费用小，可降低加工成本； 　　（4）切除相同体积所消耗的能量仅为磨削的20%，因此产生的切削热较少，加工表面不易引起烧伤和微小裂纹，易于保持工件表面性能的完整性； 　　（5）同样金属去除率情况下，硬态切削较磨削节省能源。 　　通常用于硬态切削的刀具材料有陶瓷、TiC涂层刀片及PCBN刀具材料，但要在较高速度(1000m/min以上)下进行硬态车削，PCBN是最佳刀 具材料品种。如在汽车变速箱同步器套拨叉(材料为20CrMnTi，硬度为HRC58～62)加工采用以车代磨后，效率提高4倍以上，加工成本降低为原来 磨削工艺的1/3～1/2。

进行干切削加工工艺的理想刀具材料

由于经济与环保方面的原 因，近几年干切削加工方法已成为机械制造领域中的重点研究课题。我们首先来看一下湿切工艺由于使用切削液带来的问题： 　　（1）长期暴露在空气中或切削加工中由切削热造成的切削液雾状挥发，容易污染环境、危害操作者健康，切削液中的硫、氯等添加剂危害更大，影响加工表面 质量； 　　（2）切削液的使用影响加工成本，据统计，切削液占生产成本的15%，而刀具费用仅占3%～4%； 　　（3）切削液的渗漏、溢出会污染环境，易发生安全、质量事故； 　　（4）切削液的传输、回收、过滤等装置及其维护费用较高，增加了生产成本。 　　由于以上原因，干切削加工工艺已在西方工业发达国家有了相当的应用。由美国Makino公司推 荐的“红月牙”(Red Crescent)干切工艺，既可以充分发挥刀具的切削性能，与湿切相比又能大大提高生产率。其机理是由于切削速度很高，产生的热量聚集于刀具前部，使切 削区附近材料达到红热状态，屈服强度下降，进而达到提高切削效率的效果。采用红月牙干切削工艺的前提条件是在较高切削温度下，被切材料强度有明显下降，变 得易切削，而刀具材料的强度在同样状态下要有较好的红硬性及热稳定性，还要有较好的耐磨性和抗粘结性。 　　适用于干切工艺的刀具材料有陶瓷、金属陶瓷、涂层硬质合金及PCBN刀具材料等等，但就红硬性 和热稳定性来说，PCBN材料是最适合干切工艺的刀具材料，且由于PCBN刀具材料具有上述优点，更适于高速条件下的干式切削加工，用PCBN刀具切削灰 口铸铁干切削和湿切削两种情况下的对比可以看出：PCBN在高速干切情况下，比湿切削具有更高的刀具寿命。

适应于自动化加工及难加工材料加工

PCBN 刀具有很高的硬度及耐磨性，能在高切削速度下长时间地加工出高精度零件（尺寸分散性小），大大减少换刀次数和刀具磨损补偿停机所花费的时间。因此，很适合 于数控机床及自动化程度较高的加工设备，并且能使设备的高效能得到充分发挥。 　　在难加工材料应用方面，PCBN刀具也显示了其卓越的性能，如表面喷焊(涂)材料的加工，用其 它材料刀具加工，刀具寿命极低，也无法采用磨削方法加工，而PCBN是惟一适合的刀具材料；又如，在石油电站设备中使用的高合金耐磨铸铁，采用PCBN刀 具较硬质合金刀具提高切削效率4倍以上，单件刀具成本下降为原来的1/5。另外在硬质合金等烧结材料的切削加工方面，PCBN刀具也显示了很好的切削性 能。

PCBN刀具的应用事例

由于PCBN具有较高的硬度和耐磨性，在高温下不与铁族金 属起反应的化学惰性，因此主要用于高硬度材料及难加工材料的切削加工，如淬硬钢、高合金耐磨铸铁、高温合金、高速钢、表面喷焊材料、烧结金属材料等难加工 材料的切削加工。 　　（1）加工淬硬钢，可起到以车代磨的效果，由于切削深度比磨削深度大十几倍以上，因此加工效率高，表面不产生烧伤。如以车代磨加工变速滑动齿轮 (20CrMnTi，硬度为HRC58～62)时，切削比原磨削加工效率提高4倍以上。 　　（2）加工高合金(含钨或铬18%)耐磨铸铁，切削速度较硬质合金刀具提高10倍以上，切削效率提高4倍以上。 　　（3）加工高钴铬钼耐蚀耐热合金，PCBN刀具切削速度为160m/min，是硬质合金刀具的8倍。 　　（4）加工热喷涂(喷焊)材料，表面喷焊件无法用磨削加工，而用硬质合金刀具切削效率极低，改用PCBN刀具后可提高加工效率，节省加工费用50%以 上。PCBN刀具还可用于有色金属的精密切削及烧结金属的切削加工等等。

编辑本段PCBN刀具使用上的注意点

如 果正确选择切削用量、刀具几何参数及其他加工条件，则PCBN是一种高效长寿命刀具，能创造很高的经济效益，但如果使用方法不当，则会造成很大的浪费。 　　（1）合理选择切削用量：切削速度要根据被加工材料进行选择，一般要大大高于硬质合金刀具。切 削硬度HRC55～65的淬硬钢可选切削速度为80～120m/min，由于PCBN切削硬材料是将切削区内微小区域的金属软化而进行的，因此切削速度过 低时，就不能发挥PCBN刀具的切削性能。进给量一般不能大于0.2mm/r，背吃刀量一般选择小于0.3mm。 　　（2）合理选择刀具几何参数：由于PCBN刀具的韧性高于陶瓷，低于硬质合金，因此刀具几何参 数的选择主要考虑的就是保证刃口强度，刀具前角一般选择(0°～-10°)，后角选择较小，为10°左右。除特殊要求外，为保证刀尖强度，刀尖角一般不要 小于90°；刃口要磨出负倒棱，一般取为0.2mm×(-15°～-30°)，使用前要用30～50倍放大镜对刀具进行检查，确保刃口无崩刃。 　　（3）冷却与润滑：对其他材料刀具，采用冷却润滑液有利于提高加工表面和延长刀具寿命，但对 PCBN刀具除极特殊情况下，不加冷却液同样可达到理想的加工质量和较长的刀具寿命，对PCBN刀具来说是怕软不怕硬。若使用冷却液，则不能使用水溶性冷 却液，因为CBN易在1000℃产生水解作用，造成刀具严重磨损。 　　（4)对机床的工艺系统：由于PCBN刀具多用于淬硬钢及耐磨铸铁等难加工材料的切削加工，且刀具有负倒棱，因而径向力较大。这就要求机床刚度和精度 要好，系统振动要小，刀具安装时悬臂要小，PCBN刀具不宜用于荒面加工。 　　目前，虽然PCBN刀具材料的价格相对硬质合金及陶瓷刀具的 价格还偏高，但均摊到每个工件上的刀具成本却低于其他材料刀具，采用先进切削加工工艺时，若将磨削机床等设备投资摊入生产成本，则PCBN刀具的使用会带 来更大经济效益。对一般中小企业来说，精加工工序的磨削加工始终是制造过程的瓶颈，若购置性能好的车床，采用PCBN刀具，应用以车代磨等先进切削加工工 艺，即可节省设备投资、提高生产率，又可大大增加加工过程的柔性。另外，目前由于人员费用的增大及环境保护方面的要求，大力推广使用PCBN刀具，充分发 挥其潜在效能，提高切削加工技术水平也是具有重要意义的。

编辑本段PCBN 刀具的合理使用

由 于 PCBN 刀具材料具有优良的切削性能，所以特别适合加工其硬度在 HRC45 以上的淬火钢、耐磨铸铁、 HRC35 以上的耐热合金以及 HRC30 以下而其它刀片很难加工的珠光体灰口铸铁。 　　为了充分发挥 PCBN 刀片的优越性，取得满意的加工效果，在实际使用时，除参照表 1 所推荐的 PCBN 刀片选用的切削用量外，还应根据机床、工件及其它有关条件的具体情况全面考虑，合理选择。 　　1. 硬态切削时，径向力很大，这就要求机床功率要大，机床系统刚性要好，这既可保护 PCBN 刀具，又可获得满意的加工效果。装夹 PCBN 刀具时，刀具的悬伸长度要尽量短，以防止刀杆颤振和变形，使 PCBN 刀具保持良好的加工状态。 　　表 1 PCBN 刀片常用切削用量 　　工件材料 切削速度 (m/min) 进给量 (mm/r) 切削深度 (mm) 　　灰铸铁 180 ～ 230HB 400 ～ 1000 0.15 ～ 0.5 0.12 ～ 2.0 　　硬铸铁 400HB 70 ～ 150 0.15 ～ 0.5 0.12 ～ 2.0 　　淬火钢 45HRC 60 ～ 140 0.15 ～ 0.5 0.2 ～ 2.5 　　耐热合金 35HRC 100 ～ 240 0.05 ～ 0.3 0.1 ～ 2.5 　　2.PCBN 刀具的强度比硬质合金刀具低，因此在硬态切削加工时，一般都采用负前角、较大的后角和负倒棱，这不仅有利于对切削刃进行补强，而且具有很好的耐磨性。通常 负倒棱尺寸取 (0.1 ～ 0.5)× （ 10° ～ 30° ）为宜。若切削进行适当的钝化处理，效果会更好。此外，在可能的情况下，尽量采用小主偏角和大的刀尖圆弧半径，这有助于保护刀刃，延长刀具的使用寿命。 　　3. 为很好地使用 PCBN 刀具，稳定地控制工件质量，准确判断 PCBN 刀具的耐用度至关重要。如果一直使用磨损已很严重的刀具，那么切削力及切削温度增加、切削不畅，就难以控制工件尺寸及表面完整性，甚至使 PCBN 刀具无法继续修磨而报废。为保证刀具的正常使用，建议 PCBN 刀具后刀面磨损量达 0.3 ～ 0.6mm( 精车时取小值 ) 时应进行重磨。但重磨需要一定的设备和技巧，多数工厂的机床不具备适合的条件，一般 PCBN 刀具的重磨都应由专业厂来完成。 　　4. 对于硬度高和不规则的工件，由于 PCBN 刀片较脆、怕冲击。从工件端面切入、切出，尤其在表面有夹渣、砂眼、凹凸不平的时候，最易发生冲击，使刃口破裂，造成耐用度降低。所以在使用 PCBN 刀具前，最好先将冷硬层粗车一次，并在工件切入切出端先倒角，以减小 PCBN 刀具冲击力。 　　5.PCBN 刀具不适于加工较软的黑色金属材料。 　　6. 确定切削速度、进给量及切削深度要综合考虑生产效率和加工成本。一般来讲，其切削速度可比硬质合金刀具高 2 倍左右，高的切削速度产生大的切削热量，使被加工材料的塑性增大，有利于控制切屑和降低切削力。 　　7. 使用 PCBN 刀具时，可加冷却液，也可不加，使用冷却液时则一定要充分冷却。 　　有关使用 PCBN 刀具常见的磨损，磨损原因及预防措施见表 2 。 　　表 2 PCBN 刀片的磨损形式、原因及预防措施 　　磨损形式 主要原因 预防措施 　　月牙洼磨损 工件硬度太软；切速太快；产生化学和扩散磨损 改用硬质合金刀具或陶瓷刀具；降低切速 使用冷却液 　　压力面磨损 切削速度太快；进给量太大；刀具后角太小 增大切速和进给量；增大后角 　　边界磨损 主偏角太大；进给量太大；切速太小 减小主偏角；减小进给量；增大切速 　　断裂磨损 系统刚性差；刀尖角太小；进给量与切速太大；刀具刃口脆 提高系统刚性，增大刀尖角；降低进给量和切速并采用负倒棱刀具 　　PCBN 层破裂 系统刚性差；工件冲击太大； PCBN 层太薄，刀具刃口过脆 提高工艺系统刚性；工件表面预加工和倒角；采用厚的 PCBN 层；采用负倒棱刀具

编辑本段PCBN刀具的修磨

陶 瓷结合剂金刚石砂轮结合金刚石和陶瓷结合剂的共同特点，具有磨削力强，磨削时温度比较低，磨具磨损比较小；可以适应各种冷却液的作用；磨削时磨具的形 状保持性好，磨出工件的精度高；磨具内有较多的气孔，磨削时有利于排屑和散热，不易堵塞、不易烧伤工件；磨具的自锐性比较好，修整间隔的时间长，修整比较 容易等优点。 　　选择合理的工艺参数，陶瓷结合剂金刚石砂轮在磨削PCBN刀具方面，由于树脂结合剂较软，磨削 时容易变形，不能有效地磨削PCBN刀具；金属结合剂由于对磨粒的结合能力太强而使磨具自锐性差，磨削效率低，而且金属结合剂砂轮会造成PCBN刀具边缘 产生最最严重的破坏；综合磨削效率、磨具耐用度及工件表面的加工质量，陶瓷结合剂金刚石砂轮是磨削PCBN刀具理想的选择。

引用出處：

http://baike.baidu.com/view/891078.html

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PCBN Polycrystalline Cubic Boron Nitride www.tool-tool.com

立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它与金刚石统称为超硬材料。

CBN 具有较高的硬度、化学惰性及高温下的热稳定性，因此作为磨料CBN砂轮广泛用于磨削加工中。由于CBN具有优于其它刀具材料的特性，因此人们一开始就试图 将其应用于切削加工，但单晶CBN的颗粒较小，很难制成刀具，且CBN烧结性很差，难于制成较大的CBN烧结体，直到20世纪70年代，前苏联、中国、美 国、英国等国家才相继研制成功作为切削刀具的CBN烧结体——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。从此，PCBN以它优越的切削性能应用于切削加工的各个领域，尤其在高硬度材料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜。经过30多年的 开发应用，现在已出现了用以加工不同材料的PCBN刀具材质。

PCBN刀具 - 1 PCBN刀具材料及其切削性能

1.1 PCBN刀具材料的种类

按 添加成分分：有直接由CBN单晶烧结而成的PCBN和添加一定比例粘结剂的PCBN烧结体 两大类；按制造复合方式分：有整体PCBN烧结块和与硬质合金复合烧结的PCBN复合片两类。目前应用较广的是带粘结剂的PCBN复合片，根据添加的粘结 剂比例不同则PCBN硬度也不同，粘结剂含量越多则硬度越低、韧性越好；粘结剂种类不同，则PCBN的用途也不同，如表1所示为常见粘结剂的PCBN刀具 及其用途。

表1 常见粘结剂的PCBN刀具及其用途

CBN含量(%)－粘结剂种类－主要用途

～60－TiN－淬火钢

～70－TiC－铸铁

～70－Al2O3－铸铁

～90－AlN－高强度铸铁

～80－Co－耐热合金钢铸铁

PCBN刀具 - 1.2 PCBN刀具的切削性能

由于CBN晶体与金刚石晶体都属闪锌矿型，且晶格常数相近，化学键类型相同，因而CBN具有接近金刚石的硬度和抗压强度，又因为其是由N、B原子所组成，因此具有比金刚石更高的热稳定性和化学惰性。PCBN刀具材料主要性能如下：

（1） 具有很高的硬度和耐磨性。CBN单晶的显微硬度为HV8000～9000，是目前已知的第二高硬度的物质，PCBN复合片的硬度一般为 HV3000～5000。因此用于加工高硬度材料时具有比硬质合金及陶瓷更高的耐磨性，能减少大型零件加工中的尺寸偏差或尺寸分散性，尤其适用于自动化程 度高的设备中，可以减少换刀调刀辅助时间，使其效能得到充分发挥。

（2）具有很高的热稳定性和高温硬度。CBN的耐热性可达1400～1500℃，在800℃时的硬度为Al2O3/TiC陶瓷的常温硬度，因此，当切削温度较高时，会使被加工材料软化，与刀具间硬度差增大，有利于切削加工进行，而对刀具寿命影响不大。

（3） 具有较高的化学稳定性。CBN具有很高的抗氧化能力，在1000℃时也不产生氧化现象，与铁系材料在1200～1300℃时也不发生化学反应，但在 1000℃左右时会与水产生水解作用，造成大量CBN被磨耗，因此用PCBN刀具湿式切削时需注意选择切削液种类。一般情况下，湿切对PCBN刀具寿命无 明显提高，所以使用PCBN刀具时往往采用干切方式。

（4）具有良好的导热性。CBN材料的导热系数低于金刚石但大大高于硬质合金，并且随着切削温度的提高，PCBN刀具的导热系数不断增大，因此可使刀尖处热量很快传出，有利于工件加工精度的提高。

（5 具有较低的摩擦系数。CBN与不同材料的摩擦系数在0.1～0.3之间，大大低于硬质合金的摩擦系数(0.4～0.6)，而且随摩擦速度及正压力的增大而 略有减小。因此低的摩擦系数及优良的抗粘结能力，使CBN刀具切削时不易形成滞留层或积屑瘤，有利于加工表面质量的提高。

PCBN刀具 - 2 PCBN刀具应用于先进切削加工工艺

2.1 适用于高速及超高速切削加工技术

PCBN 刀具最适合于铸铁、淬硬钢等材料的高速切削加工。由PCBN刀具切削铸铁 及淬硬钢时刀具后刀面磨损与切削距离的关系可以看出：当切削速度超过一定限度后，切削速度越高，PCBN刀具后刀面磨损速度反而越小，即高速切削下刀具的 寿命反而高，这一特点尤其适合现代高速切削加工。

2.2 硬态切削加工技术的最佳刀具材料

对淬硬件(硬度HRC55以上)的精加工，通常采用磨削加工方法来完成，然而随着刀具材料发展及车床(尤其是数控车床)加工精度的提高，以硬态切削代替磨削来完成零件的最终加工已成为一个新的精加工途径，这种以车代磨的工艺方法有以下优点：

（1）可提高加工柔性，突破了砂轮磨削的限制，通过改变切削刃及走刀方式可以加工出几何形状各异的工件；

（2）切削加工中的环保问题日益严峻，磨削加工产生的废液和废弃物越来越难以处理和清除，而且对人体有害，而硬态切削无须加冷却液，意义重大；

（3）切削效率高，加工时间短，设备投资费用小，可降低加工成本；

（4）切除相同体积所消耗的能量仅为磨削的20%，因此产生的切削热较少，加工表面不易引起烧伤和微小裂纹，易于保持工件表面性能的完整性；

（5）同样金属去除率情况下，硬态切削较磨削节省能源。

通 常用于硬态切削的刀具材料有陶瓷、TiC涂层刀片及PCBN刀具材料，但要在较高速度(1000m/min以上)下进行硬态车削，PCBN是最佳刀具材料 品种。如在汽车变速箱同步器套拨叉(材料为20CrMnTi，硬度为HRC58～62)加工采用以车代磨后，效率提高4倍以上，加工成本降低为原来磨削工 艺的1/3～1/2。

PCBN刀具 - 2.3 进行干切削加工工艺的理想刀具材料

由于经济与环保方面的原因，近几年干切削加工方法已成为机械制造领域中的重点研究课题。我们首先来看一下湿切工艺由于使用切削液带来的问题：

（1）长期暴露在空气中或切削加工中由切削热造成的切削液雾状挥发，容易污染环境、危害操作者健康，切削液中的硫、氯等添加剂危害更大，影响加工表面质量；

（2）切削液的使用影响加工成本，据统计，切削液占生产成本的15%，而刀具费用仅占3%～4%；

（3）切削液的渗漏、溢出会污染环境，易发生安全、质量事故；

（4）切削液的传输、回收、过滤等装置及其维护费用较高，增加了生产成本。

由 于以上原因，干切削加工工艺已在西方工业发达国家有了相当的应用。由美国Makino公司推荐的“红月牙”(Red Crescent)干切工艺，既可以充分发挥刀具的切削性能，与湿切相比又能大大提高生产率。其机理是由于切削速度很高，产生的热量聚集于刀具前部，使切 削区附近材料达到红热状态，屈服强度下降，进而达到提高切削效率的效果。采用红月牙干切削工艺的前提条件是在较高切削温度下，被切材料强度有明显下降，变 得易切削，而刀具材料的强度在同样状态下要有较好的红硬性及热稳定性，还要有较好的耐磨性和抗粘结性。

适用于干切工艺的刀具材料有陶瓷、 金属陶 瓷、涂层硬质合金及PCBN刀具材料等等，但就红硬性和热稳定性来说，PCBN材料是最适合干切工艺的刀具材料，且由于PCBN刀具材料具有上述优点，更 适于高速条件下的干式切削加工，用PCBN刀具切削灰口铸铁干切削和湿切削两种情况下的对比可以看出：PCBN在高速干切情况下，比湿切削具有更高的刀具 寿命。

2.4 适应于自动化加工及难加工材料加工

PCBN刀具有很高的硬度及耐磨性，能在高切削速度下长时间地加工出高精度零件（尺寸分散性小），大大减少换刀次数和刀具磨损补偿停机所花费的时间。因此，很适合于数控机床及自动化程度较高的加工设备，并且能使设备的高效能得到充分发挥。

在 难加工材料应用方面，PCBN刀具也显示了其卓越的性能，如表面喷焊(涂)材料的加工，用其它材料刀具加工，刀具寿命极低，也无法采用磨削方法加工，而 PCBN是惟一适合的刀具材料；又如，在石油电站设备中使用的高合金耐磨铸铁，采用PCBN刀具较硬质合金刀具提高切削效率4倍以上，单件刀具成本下降为 原来的1/5。另外在硬质合金等烧结材料的切削加工方面，PCBN刀具也显示了很好的切削性能。

2.5 PCBN刀具的应用事例

由于PCBN具有较高的硬度和耐磨性，在高温下不与铁族金属起反应的化学惰性，因此主要用于高硬度材料及难加工材料的切削加工，如淬硬钢、高合金耐磨铸铁、高温合金、高速钢、表面喷焊材料、烧结金属材料等难加工材料的切削加工。

（1）加工淬硬钢，可起到以车代磨的效果，由于切削深度比磨削深度大十几倍以上，因此加工效率高，表面不产生烧伤。如以车代磨加工变速滑动齿轮(20CrMnTi，硬度为HRC58～62)时，切削比原磨削加工效率提高4倍以上。

（2）加工高合金(含钨或铬18%)耐磨铸铁，切削速度较硬质合金刀具提高10倍以上，切削效率提高4倍以上。

（3）加工高钴铬钼耐蚀耐热合金，PCBN刀具切削速度为160m/min，是硬质合金刀具的8倍。

（4）加工热喷涂(喷焊)材料，表面喷焊件无法用磨削加工，而用硬质合金刀具切削效率极低，改用PCBN刀具后可提高加工效率，节省加工费用50%以上。PCBN刀具还可用于有色金属的精密切削及烧结金属的切削加工等等。

3 PCBN刀具使用上的注意点

如果正确选择切削用量、刀具几何参数及其他加工条件，则PCBN是一种高效长寿命刀具，能创造很高的经济效益，但如果使用方法不当，则会造成很大的浪费。

（1） 合理选择切削用量：切削速度要根据被加工材料进行选择，一般要大大高于硬质合金刀具。切削硬度HRC55～65的淬硬钢可选切削速度为 80～120m/min，由于PCBN切削硬材料是将切削区内微小区域的金属软化而进行的，因此切削速度过低时，就不能发挥PCBN刀具的切削性能。进给 量一般不能大于0.2mm/r，背吃刀量一般选择小于0.3mm。

（2）合理选择刀具几何参数：由于PCBN刀具的韧性高于陶瓷，低于硬 质合 金，因此刀具几何参数的选择主要考虑的就是保证刃口强度，刀具前角一般选择(0°～-10°)，后角选择较小，为10°左右。除特殊要求外，为保证刀尖强 度，刀尖角一般不要小于90°；刃口要磨出负倒棱，一般取为0.2mm×(-15°～-30°)，使用前要用30～50倍放大镜对刀具进行检查，确保刃口 无崩刃。

（3）冷却与润滑：对其他材料刀具，采用冷却润滑液有利于提高加工表面和延长刀具寿命，但对PCBN刀具除极特殊情况下，不加冷 却液同 样可达到理想的加工质量和较长的刀具寿命，对PCBN刀具来说是怕软不怕硬。若使用冷却液，则不能使用水溶性冷却液，因为CBN易在1000℃产生水解作 用，造成刀具严重磨损。

（4)对机床的工艺系统：由于PCBN刀具多用于淬硬钢及耐磨铸铁等难加工材料的切削加工，且刀具有负倒棱，因而径向力较大。这就要求机床刚度和精度要好，系统振动要小，刀具安装时悬臂要小，PCBN刀具不宜用于荒面加工。

目 前，虽然PCBN刀具材料的价格相对硬质合金及陶瓷刀具的 价格还偏高，但均摊到每个工件上的刀具成本却低于其他材料刀具，采用先进切削加工工艺时，若将磨削机床等设备投资摊入生产成本，则PCBN刀具的使用会带 来更大经济效益。对一般中小企业来说，精加工工序的磨削加工始终是制造过程的瓶颈，若购置性能好的车床，采用PCBN刀具，应用以车代磨等先进切削加工工 艺，即可节省设备投资、提高生产率，又可大大增加加工过程的柔性。另外，目前由于人员费用的增大及环境保护方面的要求，大力推广使用PCBN刀具，充分发 挥其潜在效能，提高切削加工技术水平也是具有重要意义的。

引用出處：

http://www.hudong.com/wiki/PCBN%E5%88%80%E5%85%B7

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

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PCBN刀具材料在数控机床上及不同应用领域的应用 www.tool-tool.com

本文对PCBN刀具用于高速与超高速切削、硬态干式切削、在数控机床上加工淬火钢加工以及不同应用领域对PCBN刀具材料的要求均有描述。指出，为达到我国未来工业经济的高速发展，超硬刀具的成功应用是一个关键因素。

1.引言

单晶立方氮化硼的颗粒很小，目前人工合成的单晶立方氮化硼的最大粒径为3mm左右。鉴于培育立方氮化硼大单晶在技术上存在难度，所以，苏联、美国、英国、日本和中国相继研制出聚晶立方氮化硼[1]。

聚 晶立方氮化硼可以分为整体PCBN烧结块和带硬合金基体的PCBN复合片。整体PCBN烧结块是由CBN颗粒在高压高温下烧结而成的;PCBN 复合片是由CBN层与硬质合金基体在高压高温下烧结而成的。多晶体的结构使聚晶立方氮化硼具有各向同性，克服了单晶存在解理面的缺陷，同时，PCBN具有 硬质合金基体的抗冲击韧性[2]。这些优点使聚晶立方氮化硼的应用广泛，特别是作为刀具材料在切削加工方面发挥了极大作用，被广泛应用于汽车、机床、航空 航天、仪器仪表等制造领域。PCBN刀具可以实现以车代磨，并且刀具寿命比硬质合金刀具提高几十倍到几百倍。随着科技的进步和技术水平的提高，它的应用领 域将会不断扩大。PCBN刀具的1/2用于汽车制造业，约20%用于重型设备(如轧辊等)的加工[3]。

2.PCBN刀具的应用

2.1常用刀具的综合性能及PCBN刀具的应用范围

图1大致说明了几种刀具材料的硬度、耐磨性和韧性、强度的关系，可见理想的刀具材料应位于该图右上角，即应既具有极高的耐磨性，有利于延长刀具耐用度，同时又具有好的断裂韧性，使得其能够承受大的切削力。

图1 常用刀具材料综合性能

PCBN刀具按加工方式分，车削占60%，镗削占32.5%，端铣占7.5%。按加工材料分，淬火钢占65%，铸铁占28%，耐热钢占7%。按替代原加工分，50%替代磨削，30%替代硬质合金刀具，10%替代金属陶瓷刀具，5%替代陶瓷刀具。

PCBN刀具按加工方式分，车削占60%，镗削占32.5%，端铣占7.5%。按加工材料分，淬火钢占65%，铸铁占28%，耐热钢占7%。按替代原加工 分，50%替代磨削，30%替代硬质合金刀具，10%替代金属陶瓷刀具，5%替代陶瓷刀具，5%替代磨加工。

PCBN已广泛用于数控机床、多用途机床、自动化、专用高速机床、柔性生产单元或柔性生产系统为基础的自动化生产线，用于各种高硬度材料(如冷热作工具 钢、高速钢、轴承钢、粉末冶金钢、粉末冶炼金属、马氏体不锈钢、高强度钢、高锰钢、白口铸铁、奥氏体软铁等)的切削加工[4]。

2.2 不同应用领域对 PCBN刀具材料的要求

图2勾画出了不同应用领域对PCBN刀具材料的要求。硬质钢的加工对PCBN性能要求的范围最广，这是因为硬质钢成分多样和加工材料量大。

图2是不同的应用领域对PCBN强度、抗磨损性和抗化学摩擦性的要求[5]

2.3与应用领域相对应的PCBN材料的组成

2.4.PCBN刀具的高速与超高速切削

现 代切削加工技术的发展趋势是切削加工的高速、超高速发展。高速、超高速加工技术是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提 高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。超高速加工的切削速度范围因不同的工件材料、不同的切削方式而异。目前，一般认为，超高速切削各种材料 的切削速度范围为:铝合金巳超1600m/min，铸铁1500m/min，超耐热镍合金达300m/min，钛合金达150~1000m/min，纤维 增强塑料为200~9000m/min。各种切削工艺的切削范围:车削为7007000m/min，铣削为300~6000m/min，钻削为 200~1100m/min，磨削为250m/s以上。因此，对刀具适用性和使用寿命提出了更高的需求，而PCBN刀具是迄今世界上最能满足这一要求的首 选刀具。

高速切削是一个相对的概念，通常认为，高速加工时切削速度要比常规切削高5~10倍以上。高速切削时 随切削速度的提高，切削力降低，切削温度的增 加逐渐缓慢，可以提高生产效率和加工质量，降低制造成本，加快产品的开发周期。一般来说，切削力降低15%~30%以上，表面质量提高1~2级，切削速度 和进给速度提高15%~20%，可降低制造成本10%~15%[6]。

高速切削现已广泛用于航天航空、汽车和 摩托车、模具、机床等工业中的钢、铸铁、有色金属及其合金、高温耐热合金以及碳纤维增强塑料等材料的加工， 其中以铝合金和铸铁的高速加工最为普遍。而高速切削是指刀具切削刃相对于零件表面的切削运动(或移动)速度超过普通切削5~10倍，主要体现在刀具快进、 快切、快退三个环节上。

2.5 PCBN刀具的硬态干式切削

人们普遍认为PCBN刀具硬态干式切 削，一方面可以充分发挥刀具优秀的切削性能和金属软化作用，另一方面加工过程中省去了切削液的使用(通常切削 液占加工总成本的16%~20%左右)，为企业带来巨大的经济效益，而且有利于环境保护和工人身体健康，是一种较为理想的加工方法。

然 而在干切削带来众多优点的同时，也应看到，干切削加工时的恶劣环境，使工件与刀具都承受着高机械载荷和高热载荷，工件表面质量必然会受到切削温 度的影响，因此要想使干切削技术完全被人们所接受，为了降低表层和亚表层缺陷，获得更好的加工表面质量，适当的冷却润滑是必要的[7]。

Kennametal推出了一种新型的、高耐磨性的、有涂覆膜的PCBN，其型号为KB9610。高速加工硬材料时，其切削速度至少能提高20%，因此可获得高的生产率。

KB9610的硬质合金基体上的PCBN含有低浓度的CBN，PCBN上涂有多层铝合金层，这种产品完全可以防止化学磨蚀并且耐高温，KB9610主要用于连续精加工和半精加工淬火材料(HRC>45)、硬的涂层和冷硬铸铁，吃刀量可达0.5mm[8]。

2.6 PCBN刀具用于淬火钢加工

用 PCBN刀具实施硬度切削工艺可改变传统切削—淬火—磨削的制造工序，能有效地提高生产效率和降低能量消耗[9]。虽然PCBN刀具在淬硬钢的 切削加工中具有很多优势，但国内没有推广使用这种新型超硬刀具材料，最重要的原因是工厂缺乏对PCBN刀具切削性能和使用技术的了解。

PCBN 刀具切削淬硬钢时切削力的特征及其变化规律是衡量PCBN刀具切削性能的重要指标之一。冯吉福，吕智等指出，PCBN刀具切削淬硬高速钢 时切削力与切削深度呈线性上升的关系;主切削力和轴向力和进给量也呈线性上升关系;主切削力和轴向力随切削速度增大而降低;切削深度减小时切削形态从锯齿 形切屑向带状切屑过渡的趋势[10]。

2.7 高速切削钛合金

钛合金由于高的强 度/重量比和较高的抗腐蚀能力，被应用于航空业。但钛合金的切削速度低、导热系数低以及很容易跟刀具材料发生化学反应等难加工性 已成为生产中的辣手问题。实际生产中加工钛合金的切削速度多在50m/min以下，因此，钛合金的高速切削加工是当前亟待解决的生产难题，也是当今研究的 热点问题。采用PCBN刀具对钛合金TC4进行高速切削的试验表明，PCBN刀具加工钛合金TC4与硬质合金刀具相比，有着切削力高、表面粗糙度低和刀具 寿命长等特点，并且在高速、低进给量、低背吃刀量的条件下，有更长约刀具寿命和更好的工件加工表面粗糙度。因此，PCBN刀具更适合用作钛合金的精加工 [11，12]。

3.结语

上世纪制造技术的进步可据两个趋势做出终肯的总结:一是所达到的精度呈指数级增产，二是每隔10年生产率增长2倍。后一趋势主要是由更硬、熔点更高的切割工具的使用产生的。在过去的25年中，PCBN的应用在很大程度上大与这一趋势相关联。

高效切削已经成为现代制造的主流，而聚晶立方氮化硼刀具在其中扮演着不可缺少的角色。目前，我国刀具制造业还停留在传统的发展模式上，无法满足现代制造业对高效刀具的需求。

超硬材料刀具发展是现代制造业发展的重要基础。美、德、日等世界制造业的国家无一例外都是刀具工业先进的国家。超硬材料刀具不但推动制造技术发展进步的重要动力，还是提高产品质量、降低加工成本的重要手段。

今天先进的数控机床已经成为现代制造业的主要装备，它与同步发起来的先进超硬材料刀具一起共同推动了加工技术的进步，使制造技术进入了现代制造的新时代。

由于我国机床工具行业对现代金属切削刀具与传统刀具的差别缺乏足够的认识，长期以来重主机、轻工具，在发展战略上超硬材料刀具与数控机床的发展严重脱节，使我国超硬材料刀具技术的发展和行业水平与现代制造业的要求相差甚远。

超 硬刀具的应用程度将取决于技术和经济两方面的考虑。然而有一点是显而显见的，即朝着具有更高生产率、更高切削速度和更低成本的方向发展。随着更 耐磨和更难加工工件材料的增多，各类超硬刀具的应用将持续大量增加。亳无疑问，为达到我未来工业经济的高速发展，超硬刀具的成功应用是一个关键因素。

引用出處：

http://www.lanshengcnc.com/looknew_djjs.php?id=40251%EF%BB%BF

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

BW is specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web www.tool-tool.com for more info.

用PCBN刀具精密切削GCr15淬硬轴承钢www.tool-tool.com

一、引言

淬硬轴承钢零件大多是工作在接近其机械力学性能极限点状态下的高性能零件。精磨是精加工淬硬轴承钢最常用的工艺。随着数控机床等加工设备精度的提高以及聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具的应用，以硬态切削替代磨削工艺完成零件的最终精加工已成为加工淬硬轴承钢的新途径。

立 方氮化硼(CBN)超硬材料用于磨削加工已有约40年历史，其应用技术已相当成熟。CBN用作刀具材料始于二十世纪七十年代，它在切削加工中 表现出了优良的切削性能。近年来，聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬态切削技术在国外发展很快，但在我国因某些不稳定因素的制约，尚未完全被企业接受和广 泛采用。为促进该项先进技术的推广应用，本文结合国内外相关研究成果，通过切削试验研究了PCBN刀具精密切削GCr15淬硬轴承钢时的切削力特征、切屑 形态、刀具磨损特性等切削性能，并从表面粗糙度、硬化层深度、亚表层白层现象、残余应力分布等方面深入研究了PCBN刀具精密切削淬硬轴承钢的加工表面质 量。

二、PCBN刀具的硬态切削性能

PCBN属于高脆性的超硬刀具材料，强度和韧性 均较差，其抗弯强度和抗压强度是所有刀具材料中最低的，因此很难用于冲击力较大的加工。切削试验 和生产应用表明，PCBN刀具切削加工淬硬轴承钢时性能表现不够稳定。如何充分发挥PCBN刀具的超硬特性，在硬态切削轴承钢时获得良好的加工效益已成为 十分紧迫的研究课题。为此，我们通过切削试验对PCBN刀具的硬态切削性能和加工表面质量进行了研究。

切削试验在可无级变速的CA6140车床上进行；采用应变式车削测力仪测量切削力，采用自然热电偶法测量切削温度；被加工材料为GCr15淬硬轴承钢，通过热处理工艺获得硬度分别为30HRC、40HRC、50HRC、60HRC和64HRC的5种试件。

1.切削力特征

在 硬态切削过程中，切削力是衡量整个工艺系统稳定性和切削加工精度的主要因素。许多学者的研究表明：在不同精度等级的机床上实施硬态切削时，切 削力基本不发生变化。由于PCBN刀具材料脆性大，因此使用前一般都要进行倒圆(R200～400μm)和倒棱处理。在切削过程中，由于切削深度和进给量 均很小，大钝圆和负倒棱实际上成为刀具主要参与切削的部分。由PCBN刀具切削GCr15淬硬轴承钢时的切削力测量结果可知，受切削区形状的影响，径向切 削力Fy最大，主切削力Fz次之，轴向切削力Fx最小，且粗加工切削力约为精加工切削力的6～9倍。在硬态切削过程中，切削力与进给量、切削深度、后刀面 磨损量等参数成线性关系。当切削速度增大时，切削力稍有下降，这主要是由于切削速度提高使切削温度升高，并导致工件材料塑性增大，但这种变化趋势仅对应于 一定的切削速度范围，当切削速度超过200m/min时，切削力则不再沿下降通道变化。

2.切屑形态

在PCBN刀具的硬态 切削过程中易生成锯齿状切屑。在对不同硬度的轴承钢进行切削加工时发现，工件硬度对锯齿状切屑的形成影响最大。当工件硬度 低于50HRC时，采用大进给量和高速切削只能生成连续切屑；当工件硬度超过50HRC后，可观察到切屑形态由连续切屑向锯齿状切屑过渡，且在锯齿状切屑 根部可观察到周期性流动形态。形成锯齿状切屑的主要原因是PCBN刀具向前切削时使切屑材料受到极大压力而发生突然断裂。在切削试验中，可观察到锯齿状切 屑的形成主要源于工件自由表面断裂并进一步蔓延到刀具切削刃前区，直至在材料因承受极大压应力而发生严重塑性变形的某一点处停止，切屑在刀具前刀面与断裂 层之间被挤压，与此同时断裂底层以下的塑性区材料沿前刀面移动，从而形成锯齿状切屑。

3.刀具磨损特性

用PCBN刀具切削 淬硬轴承钢时，前刀面的磨损形式主要为月牙洼磨损。由于PCBN刀具的高温硬度较高，只有在达到较高温度和压力后才会发生磨 损，因此月牙洼磨损只出现在距离刀刃很近的部位，且宽度很窄(这一点有别于硬质合金刀具)，这说明PCBN刀具的刃口保持能力较强，有利于实现淬硬钢的精 密切削。PCBN刀具切削淬硬轴承钢时的后刀面磨损形貌从外观上看，磨损形式以机械磨损为主，形成的磨损带上粘附有一些工件材料，其磨损形式与硬质合金刀 具无明显区别，但磨损量较小。

切削淬硬钢时，切屑呈半熔状态，刀尖处高温区的最高温度可达1000℃以上。在切削一段时间后，刀具刃口与 后刀面的轻微磨损使后刀面切削压力高 达10GPa，工件材料中的铁元素在高温高压下易与空气中的氧发生化学反应而生成FeO氧化层，该氧化层在合理切削条件下可起到保护刀具刃口的作用，但因 其硬度较低，在摩擦过程中易脱落，从而可能加剧后刀面磨损。试验研究发现，表面发生氧化反应的过渡层厚度约为300～800nm，在该过渡层中工件材料与 刀具材料未发生明显的化学反应。由于过渡层易脱落并导致工件表面质量恶化，因此在用PCBN刀具精密切削淬硬钢时对氧化磨损的控制十分重要。

三、PCBN刀具的加工表面质量

用 PCBN刀具连续切削淬硬轴承钢时，通常切削速度为90～200m/min，进给速度为0.05～0.2mm/r，切削深度为 0.10～0.50mm，所需切削功率并不大，但刀具承受的冲击力却是普通切削的3倍以上，单位切削力高达5000MPa，尤其当进给量和切深很小时，径 向切削力往往大于主切削力和切向切削力，因此切削精度不易控制。实现用硬态切削替代磨削工艺加工淬硬轴承钢的关键问题是如何保证获得理想的加工表面粗糙 度、形状精度和表面应力状态。

切削试验与研究表明，淬硬轴承钢材料的延伸率小、塑性低，易形成高光洁加工表面，在机床和夹具刚性足够的条件下的，通过合理优选切削参数，完全可以实现“纳米切削”。

用 PCBN刀具切削5种不同硬度的GCr15淬硬轴承钢试件时获得的加工表面粗糙度试验结果可知，当工件硬度大于50HRC时，工件硬度值越 高，加工表面粗糙度值越小，这是因为当工件硬度大于50HRC后，切削力和切削热均有所下降，使切削过程中工件的热膨胀和金属软化效应作用减小，从而有利 于提高切削加工精度及表面质量。

通过切削试验发现，加工后的淬硬轴承钢工件表层和亚表层组织状态较加工前有所变化，其微观组织由白色的未 回火层(简称白层)和黑色的过回火层组 成，其中白层厚度小于2μm，工件表层以下20～40μm处的硬度最高可达900HV0.025。由试验结果可知，经硬态切削后的加工表面残余应力为压应 力(最大压应力位于工件表面以下50μm处)。而经磨削加工后的工件最大压应力则主要集中于工件表面。白层的形成是影响硬态切削加工表面质量的另一重要因 素。白层是在硬态切削过程中因快速加热及骤然冷却引起材料相变而形成的一种细晶粒马氏体组织。在硬态切削过程中，白层的形成主要与切削热有关，后刀面磨损 量VB的增加将促使白层深度加大，当VB=0.31mm时，白层深度可达10μm。

四、结论

1.用PCBN刀具切削GCr15淬硬轴承钢时，径向切削力Fy最大，主切削力Fz次之，轴向切削力Fx最小；粗加工切削力约为精加工切削力的6～9倍。

2.硬态切削过程易形成锯齿状切屑，其产生机理为工件材料在巨大压应力作用下产生宏观和微观断裂；形成锯齿状切屑的临界硬度为50HRC。

3.PCBN刀具前刀面和后刀面的磨损形式表明该刀具的刃口保持能力较强，有利于实现淬硬钢加工的以车代磨。

4.经硬态切削的加工表面残余应力为压应力，残余应力分布形式有利于提高工件的工作寿命；硬态切削的表面粗糙度可达到粗磨加工精度；表层的加工硬化作用对材料组织无明显影响；滚动疲劳测试结果表明，硬态切削工件的工作寿命较长。

5.试验研究证明采用PCBN刀具对淬硬轴承钢进行精密切削加工完全可行。



引用出處：

http://www.cut35.com/info/2875.html

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BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com/ / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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PCBN刀具磨损机理 www.tool-tool.com

PCBN刀具高速切削铸铁时主要发生化学磨损， 导致前刀面出现月牙洼磨损。试验证明，通过改变CBN含量和刀具几何参数，以降低切削温度和减小刀?屑接触长度（时间），可减小化学磨损速率，避免前刀面 月牙洼磨损。一般认为，CBN刀具的磨损是由于切削过程中的高温、高压、切屑与前刀面间的摩擦以及工件材料中有关化学元素与之发生粘结、亲和而引起的，即 其磨损机制主要包括：①氧化磨损和相变磨损。CBN刀具高速切削时的平均切削温度可达1000～1200℃，在此高温下，即使在常压和空气气氛中也足以使 CBN刀具刀尖区产生氧化、放氮甚至相变。而CBN刀具一经氧化和相变即会丧失其切削能力。②粘结磨损。在一定压力和高温条件下，刀尖与被加工材料接触区 随着切屑不断流出，双方均不断裸露出新的表面。尽管CBN对Fe族元素有较高化学惰性，但对其它元素并非如此，当条件适合时，会使CBN活性增加、惰性降 低，随着与合金元素的亲和倾向不断增加，将导致出现粘结磨损。这种磨损一般表现为微粒脱落，当刀尖区温度高达1200℃左右时，局部CBN颗粒将呈现“半 熔化”状态，从而使粘结磨损大大加剧。③摩擦磨损。工件与刀具之间的高速相对运动会使CBN刀具发生摩擦磨损。④颗粒剥落与微崩刃。由于CBN刀具是由无 数细小的CBN颗粒构成，颗粒之间呈晶界间的精细裂纹连接，且存在不均匀的内应力，因此当高温切屑流摩擦刮研CBN刀尖时，会因工件材料硬度不均或存在硬 质点所产生的微冲击而造成CBN颗粒脱落或产生微崩刃。造成CBN刀具磨损的上述多种因素并非只是独立存在、单独作用，而是相互影响、共同加剧，如氧化磨 损和相变磨损必然伴随着粘结磨损，并出现摩擦磨损、剥落磨损和微崩磨损。

引用出處：

http://jb.9939.com/article/2009/1201/224359.shtml

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PCBN刀具的切削性能www.tool-tool.com

超硬材料CBN(立方氮化硼)作为磨料应用已有40 余年的历史了，在磨削加工方面已有相当成熟的应用技术，PCBN(聚晶立方氮化硼也称立方氮化硼 烧结体)作为刀具材料应用于切削加工始于70年代，经过20多年的应用，在切削加工的各个方面都表现了优良的切削性能和一些不同于其它材料刀具的特殊规 律，我国PCBN刀具的应用相对发达国家还比较少，缺少这方面的技术资料，本文综合国内外有关资料及作者应用PCBN刀具的试验结果介绍如下。

1 PCBN刀具材料的性能

PCBN按其制造工艺分有由CBN经高温高压直接结合成烧结块的，也有加金属或陶瓷等粘结剂在经高温高压烧结成的；按成品复合方式分，有单独CBN烧结块，也有CBN／硬质合金复合烧结的PCBN复合片。本文将以PCBN复合片刀具的切削性能为主进行介绍。

具有较高的硬度和耐磨性

CBN晶体结构与金刚石相似，化学键类型相同、晶格常数相近，因此具有与金刚石相近的硬度和强度。 CBN微粉的显微硬度为HV8000～9000，其烧结体PCBN的硬度一般为HV3000～5000。

具有很高的热稳定性

CBN的耐热性可达1400～1500℃，PCBN在800℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的常温硬度。

具有优良的化学稳定性

CBN的化学惰性特别大，在1200～1300℃时也不与铁系材料发生化学反应，与碳在2000℃时才发生反应；在中性、还原性的气体中，对酸碱都是稳定的。其对各种材料的粘结扩散作用比硬质合金小得多。

具有较好的导热性

在各类刀具材料中CBN的导热性仅次于金刚石，大大高于硬质合金，而且随着温度的升高， PCBN导热系数是增加的。

具有较低的摩擦系数

与不同材料间的摩擦系数CBN为0.1～0.3、硬质合金为0.4～0.6，随着切削速度的提高，摩擦系数是减小的。

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，因此在不同切削情况下，表现出了不同于其它材料刀具特殊的规律。

切削高硬度淬硬钢刀具寿命高

PCBN 刀具切削淬硬钢时，随着被加工材料硬度的增高，刀具寿命并非单调下降，而是在HRC40时刀具寿命最低(如图1所示)，图 1VB=0.2mm；ap=0．5mm；f=0.1mm/r，工件材料：35CrMo。当工件材料硬度高于此硬度后，刀具寿命反而增加。这主要是由于 PCBN材料高温下硬度损失小，而工件材料硬度较高时，由于切削热作用将切削区域金属软化，而使切削加工更易于进行。 PCBN这一特性非常适于加工高硬度材料，以车削代磨削可获得以往只有用磨削加工才能得到的加工表面质量。

图1 刀具寿命与被加工材料硬度的关系 图2 切削正火钢时切削速度与刀具寿命的关系

切削正火钢刀具寿命低

切削正火材料时，PCBN刀具的寿命要低于硬质合金刀具(如图2所示)，切削用量：f=0.1mm/r；ap=0.5mm。并且刀具寿命比切削淬火钢时寿命还要低。由此可以看出PCBN刀具不适于加工正火材料。

切削灰口铸铁刀具寿命曲线弯曲

切削灰口铸铁PCBN刀具寿命与切削速度的关系不符合泰勒公式，其后刀面磨损VB及前刀面月牙洼磨损深度KT都呈现出了相同的规律(如图3所示) ,图3切削用量：f=0.1mm/r，ap=0.5mm。

图3 切削灰口铸铁时刀具寿命与切削速度关系 图4 切削黄铜时的刀具磨损曲线

切削耐磨黄铜时刀具寿命高于金刚石刀具

切削有色金属时，通常烧结金刚石(PCD)是最佳刀具材料，但切削耐磨黄铜时，PCBN刀具寿命高于烧结金刚石和硬质合金刀具(如图4所示),图4切削用量：v=200m/min；f=0.2mm/r，ap=1.0mm。

高速下PCBN刀具寿命高

图 5切削用量：f=0.05mm/r，ap=0.05mm；工件材料：HPM31HRC57；球头立铣刀R5顺铣。图5所示为不同速度下PCBN刀具切削淬 硬钢时刀具后刀面磨损与切削距离的关系，由图5可以看出：当切削速度超过一定限度后，切削速度越高，刀具的磨损速度反而降低，即高速下PCBN刀具的寿命 高于低速，因此PCBN刀具适合高硬度材料的高速切削加工。

图5 不同速度下PCBN刀具的寿命 图6 干切与湿切情况下PCBN刀具寿命与切削速度的关系

干切条件下PCBN刀具寿命高

图 6工件材料为铸铁，是PCBN刀具在干、湿两种切削条件下刀具寿命的对比。由图6可以看出：在干切情况下，PCBN刀具寿命反倒高于使用切削液的情况，其 主要原因是由于干切时切削温度高，PCBN高温硬度高，因此硬度损失少，而工件材料在高温下硬度损失大，硬度降低后更易于切削的缘故。

3 PCBN刀具的加工表面质量

PCBN刀具不仅具有优良的切削性能，同时也能获得其它种类刀具很难获得的加工表面质量。

可获得较低的表面粗糙度

用 PCBN刀具加工不同材料都能获得较低的表面粗糙度，图7所示是加工铸铁时，PCBN刀具与硬质合金刀具的表面粗糙度对比。由图7可以看出：PCBN刀具 加工表面粗糙度远远好于硬质合金刀具，而且随着切削速度的提高，越来越接近粗糙度的理论值。另外，由于PCBN刀具硬度高、耐磨性好，因此，能在较长时间 内获得较一致的表面粗糙度。图7工件材料：铸铁FC25；切削用量：f=0.1mm/r；ap=0.3mm。

能获得较好的表面应力状态

如 图8所示，磨削加工得到的加工表面通常产生拉应力，用PCBN刀具加工淬硬钢时，工件表层组织通常有残余压应力，残余压应力可提高零件的疲劳强度及耐磨 性。图8切削条件：工件材料：GCr15淬火；磨削：v=35m/s；vf=10mm/min；fr=0.008mm；车削：v=70m /min，f=0.07mm/r；ap=0.1mm。

图7 PCBN刀具的加工表面粗糙度 图8 PCBN刀具切削获得的加工表面残余应力 图9 PCBN刀具加工表面硬度的变化

加工表面表层硬度的变化

PCBN 刀具切削淬硬钢表面表层硬度与磨削的比较如图9所示。由图9可以看出：磨削加工获得的工件表层硬度有所下降，而PCBN刀具加工获得加工表面硬度略有上 升，提高了加工表面的机械性能。图9工件材料：SCM21，淬火HRC50；切削用量：车削：v=300m/min；f＝0.3mm /r；ap=1.0mm；磨削：vc=1450m/min；vw=80m/min；ap=0.015mm。

另外，PCBN刀具切削硬材料时，由于刀具导热性好所产生的切削热被切屑带走较多，工件加工表面表层纤维组织无显著变化，而磨削加工若切削用量选择不当，则容易产生表面烧伤。

4 结束语

PCBN 刀具具有优于其他材料刀具的切削性能，尤其适合高硬度淬硬钢及耐磨材料的切削加工，在高速切削加工及干式切削加工方面表现出了优良的切削性能，在一定条件 下可以得到与磨削相媲美的加工表面质量；但PCBN刀具寿命有特殊的变化规律，如：切削中等硬度的淬硬钢及正火钢时刀具寿命低、切削铸铁时刀具寿命曲线的 弯曲等，若了解掌握这些特殊规律，便可在使用中充分发挥其优越的切削效能，创造出巨大的经济效益。

引用出處：

http://www.51089871.com/knowledge/20087628232525.html

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BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com/ / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

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PCD刀具和PCBN刀具是什么意思？www.tool-tool.com

pcd刀具既聚晶金刚石刀具

聚晶金刚石（PCD）刀具概述

PCD刀具的发展

金 刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。在刀具发展历程中，从十九世纪末到二十世纪中期，刀具材料以高速钢为主要代表；1927年德国首 先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用；二十世纪五十年代，瑞典和美国分别合成出人造金刚石，切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪七十年 代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电 子、石材等多个领域。

PCD刀具的性能特点

金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等 特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成 键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度。由于聚晶金刚石（PCD）的结构 是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。但由于PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开。

PCD 刀具材料的主要性能指标：①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的80～120倍；②PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的1.5～9 倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；③PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数为0.4～1），因此PCD刀具 可显著减小切削力；④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10

-6～1.18×10

-6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。

PCBN刀具既立方氮化硼刀具,立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它与金刚石统称为超硬材料。

CBN 具有较高的硬度、化学惰性及高温下的热稳定性，因此作为磨料CBN砂轮广泛用于磨削加工中。由于CBN具有优于其它刀具材料的特性，因此人们一开始就试图 将其应用于切削加工，但单晶CBN的颗粒较小，很难制成刀具，且CBN烧结性很差，难于制成较大的CBN烧结体，直到20世纪70年代，前苏联、中国、美 国、英国等国家才相继研制成功作为切削刀具的CBN烧结体——聚晶立方氮化硼 PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。从此，PCBN以它优越的切削性能应用于切削加工的各个领域，尤 其在高硬度材料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜。经过30多年的开发应用，现在已出现了用以加工不同材料的PCBN刀具材质。

引用出處：

http://zhidao.baidu.com/question/90100762

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