国外PCBN切削刀具应用技术

1、文档来源为：从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持国外PCBN切削刀具应用技术郑州航空工业管理学院华红艳立方氮化硼(CBN)是纯人工合成材料，是继人造金刚石之后，美国GE公司于1957年首先宣布利用高温超高压装置合成的另一种新型超硬材料。聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉与少量结合剂烧结而成的多晶体，PCBN自1973年研制成功以来，经过众多材料专家及刀具专家的努力，PCBN材料及其刀具已完全进入实用阶段，在工业发达国家PCBN刀具已应用于汽车、重型机械等机械加工行业，据资料介绍1995年全世界PCBN刀具的销售额达1.35亿美元，而我国由于对CBN材料及其应用技术的研究不够，

2、PCBN刀具的年产量仅数百万元人民币，年消耗也仅千万元左右，且绝大部分PCBN刀坯或刀具是从国外进口。一、PCBN材料的性能1. CBN的主要特性氮化硼有多种同分异构体。CBN是氮化硼的致密相，具有很高的硬度，其Knoop硬度47000N/mm2,仅次于金刚石。同时，CBN具有良好的热导性，其热导率是硬质合金的13倍、铜的3倍。另外，CBN还具有远优于金刚石的热稳定性和化学稳定性，可耐13001500C的高温，并且与Fe族元素有很大的化学惰性。可见CBN是制作切削黑色金属的理想刀具材料。2. PCBN的特性由于受CBN本身特性及其制造技术的限制，生产直接用于切削刀具的大颗粒CBN单晶目前仍很困

3、难。为此，通过结合剂使CBN烧结而成的PCBN多晶材料得到较快发展，其尺寸大小基本不受限制。PCBN组织中各微小晶粒呈无序排序，硬度均匀、没有方向性，具有一致的耐磨性和抗冲击性，克服了单晶CBN易解理和各向异性等不足。PCBN属CBN的聚集体，除具有CBN的特点外，PCBN还与CBN的含量、粒径大小及结合剂的种类等因素有关。CBN含量主要影响PCBN的硬度和热导率，含量高，PCBN的硬度和热导率就高。CBN粒径大小是影响PCBN韧性的重要因素，粒径越大，其抗破损性就越弱，用此制作的刀具切削刃锋利性就差。PCBN中的结合剂主要有以Co、Ni为代表的金属型，以TiC、TiN、A12O3为主的陶瓷型

4、和金属陶瓷混合型。金属材料作Z合剂时，PCBN有较好的韧性和导电性；陶瓷材料作结合剂，则有较优的热稳定性。PCBN除具有以上优良的性能外，为进一步提高其强度，目前各PCBN制造商多将0.5mm左右的PCBN层直接烧结或焊接在硬质合金基体上，使之形成一个复合整体（也称PCBN复合片）。这样PCBN材料的高硬度、高热稳定性和高化学稳定性与硬质合金基体的强度优、可焊性好等一起，使PCBN刀具不仅可切削各种硬度的工件，而且也易于生产制造。表1是PCBN材料与其它刀具材料的性能比较。表1PCBN与其它刀具材料的性能比较主要性能PCBNPCDAl2O3WC(K20)Knoop硬度(GPa)30458012

5、0162417抗弯弓1度（GPa）0.81.541.12.80.41.01.7弹性模量（GPa）680815560840420593断裂韧性（MPa/m）3.76.47.09.02.33.110.5热导率（W/（m?K）4410020056020.9100PCBN刀具切削特点一一硬态切削硬态切削是指在铁族零件淬硬热处理后的切削加工，而过去磨削仍是其唯一的加工方法。随着陶瓷刀具，特别是PCBN刀具（PCBN材料有优良的红硬性。在1000c下的硬度仍高于硬质合金在室温下的硬度）的研制成功，硬态切削得到飞速飞展。PCBN刀具进行硬态切削时，由于PCBN不粘刀、磨损小，可获得极高的加工精度和表面质量（

6、Ra0.22.0师），实现以车代磨。据日本切削协会对本国53个大公司的调查表明，日本PCBN刀具的应用有55%是替代原来的磨削和琦磨。PCBN刀具主要适用于切削45HRC以上的淬硬钢、耐磨铸铁，35HRC以上的耐热合金或其它刀具很难加工的特殊铸铁。如果被加工材料硬度过低，则PCBN刀具的优势将不大明显。三、国外主要PCBN刀坯的种类和型号国外主要PCBN刀坯的种类和型号，大致可分为两大类，即高含量PCBN和低含量陶瓷结合齐ijPCBN（也称陶瓷CBN）。高含量PCBN（一般CBN含量80%90%）是以CBN之间直接结合为主，具有高硬度、高热导性和良好韧性，这类PCBN刀具适合于加工高硬度合金和

7、组织中含有高硬质点的材料，如冷硬铸铁、硬质合金、耐热合金等。目前此类PCBN刀坯主要有GE公司的BZN6000,DeBeers公司的Amborite、DBC80,住友电工的BN100、BN600等。在切削?硬钢（合金钢、轴承钢、*II具钢、碳钢等）时，由于切削温度较高，要求PCBN刀具不仅有高的硬度，还要求有较高抗氧化能力和抗扩散磨损的能力，对此应采用陶瓷作结合剂的低含量PCBN刀坯。尽管此类PCBN较高含量PCBN的硬度、热导率和韧性稍低，但是正因为陶瓷材料的耐热性好与热导性差的特点，使切削区形成热滞留温度升高，工件局部迅速形成塑性变形而易于切削，可获得较好的效果（也称软化效应）。目前此类刀

8、坯主要有GE公司的BZN8100、BZN8200,DeBeers公司的DBC50,住友电工的BN300、BN220等。表2为国外主要PCBN刀坯的型号及特点。表2国外主要PCBN的型号及特点型号1特点公司AMBORITE|高含量、粗粒度、陶瓷相、整体式DBA8080%CBN、中等粒度英国DeBeersAMB9090%CBN、Al/AlB2相DBC5050%CBN、细粒度、陶瓷相BZN600090%CBN、0.3印、金属相BZN7000S82%CBN、陶瓷相、整体式美国GEBZN810065CBN、0.3m、TiN相BZN820065%CBN、TiN相BN600高含量BN10080%CBN日本住

9、友电工SumitomoBN3001.0印、陶瓷相BNX20陶瓷相MB710陶瓷相MB710高含量、金属相MB810粗粒度ll-3C、，11MB810卜田粒度JBN50080%90%CBN、23、金属相JBN300卜5%65%CBN、45师、TiN相日本黛杰工业DijetJBN33045%55%CBN、34“m、TiN相JBN2040%00%CBN、23师、Al2O3相KBN30S重、中切削用KBN30B中、轻切削用日本乐瓷会社KyoceraKBN10B精切削用KB9090%CBNKB8080%CBN韩国KoreaTungstemKB6060%CBNKB5050%CBNCBN1090%CBN、粗

10、粒度、整体式CBN2080%CBN、中等粒度壬舒典secoToolsCBN1000%CBN、细粒度CB7050瑞典SandvikCoromantuopum-p乌克兰超硬材料所四、PCBN刀具的应用范围按行业来分，汽车工业占50.37%、重型机械20.74%、泵业8.89%、轴承齿轮5.93%、轧滚5.19%、航空航天2.90%,其它5.93%。 按加工材料来分，淬火钢占65%、铸铁28%、耐热钢7%。 按加工工序来分，车削占60%、镇削32.5%、端铳7.5%。 按替代原加工来分，50%为替代磨削、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%替代琦磨加工。五、PCBN

11、刀具应用技术硬态切削时，径向力很大，机床和系统的刚性必须很好、功率足够大。装夹PCBN刀具时,刀具的悬伸长度要尽可能短，以防止刀杆的颤振和变形，使PCBN刀具保持良好的状态。PCBN刀具比硬质合金刀具韧性差，因此在切削时，一般都采用负前角(0-10)、较小的后角(68)和负倒棱(0.10.2)X(1030)。若进一步对切削刃适当钝化处理，则会更好。另外，在可能的情况下，尽可能采用小主偏角和大的刀尖圆弧半径，这有助于保护切削刃、延长刀具使用寿命。合理使用PCBN刀具，准确判断PCBN刀具的耐用度是关键。建议PCBN刀具后刀面磨损标准达0.30.5mm(精车时取小值)，进行定期重磨为好。但是重磨需

12、要一定的设备和技巧，大多数工厂的机床不具备适合的条件，PCBN刀具重磨应由专业厂商来完成。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。通常情况下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，使被加工材料的塑性增大，有利于降低切削力。表3是PCBN刀具的经济切削速度。表3PCBN刀具的经济切削速度工件材料切削速度（m/min）进给量（mm/r）切削深度（mm）淬硬钢501600.020.20.3灰口铸铁20015000.10.51.0灰口铸铁（铳削）80015000.10.10.5合金铸铁2008000.10.40.5球墨铸铁1003500.10.40.5铁基烧结材料502500.030.20.11.0冷硬铸铁401300.10.50.23.0高速钢20