1 引言

    PCBN是將精選的CBN晶體在高溫高壓下燒結(jié)而成的一種超硬材料。用PCBN材料制作的刀片具有極高的硬度以及良好的紅硬性(可耐受1400～1500℃的高溫)、抗氧化性(在1200～ 1300℃高溫下不與鐵系金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng))和抗斷裂韌性，是切削加工黑色金屬材料的理想刀具。目前PCBN刀具已在加工淬硬鋼、冷硬鑄鐵、熱噴涂材料、純鎳等難加工材料和精密加工中得到廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。隨著PCBN刀具應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，正確、合理地選用PCBN刀具，及時(shí)解決加工中出現(xiàn)的各種問題，已成為充分發(fā)揮PCBN刀具最大加工效益的有力保證。

(a)標(biāo)準(zhǔn)車削

(b)仿形車削

圖2 精車淬硬鋼時(shí)PCBN刀具的幾何角度

2 PCBN刀具的適用加工材料

    PCBN刀具主要適用于加工各種高硬材料(如冷作工具鋼、熱作工具鋼、高速鋼、軸承鋼、淬硬鋼、粉末冶煉鋼、粉末冶煉金屬、馬氏體不銹鋼、高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、白口鑄鐵、奧氏體軟鐵等)、軟材料和耐磨材料(如灰口鑄鐵、燒結(jié)鐵等)、難加工材料(如Inconel718、表面硬化合金、燒結(jié)WC、球墨鑄鐵、CGI等)。某些材料或加工條件(如典型的軟鋼、奧氏體或鐵素體不銹鋼、高鉻鋼或表面涂鉻材料、采用斷續(xù)切削的高速鋼、鐵基類表面硬化合金等)由于容易引起PCBN刀片的非正常化學(xué)磨損，因此不宜采用PCBN刀具加工。

3 PCBN刀具幾何參數(shù)和切削用量的合理選擇

　　刀具幾何參數(shù)和切削用量的選擇對(duì)刀具的切削性能、使用壽命及加工表面質(zhì)量具有極大影響。為了充分發(fā)揮PCBN刀具的優(yōu)異性能，取得理想的切削效果，就必須根據(jù)具體加工對(duì)象合理選擇刀具幾何參數(shù)和切削用量。選擇PCBN刀具的幾何參數(shù)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮刀刃及刀尖強(qiáng)度問題。PCBN刀具常采用0°前角或負(fù)前角，并磨制出負(fù)倒刃，以增加切削刃強(qiáng)度；g_o1=-8°～-20°；為增加刀尖強(qiáng)度 ，可研磨出g_e=0.2～0.8mm的刀尖圓弧；后 角一般偏小(5°～7°)，刃傾角多為0°。對(duì)于不同的被加工材料和切削條件，應(yīng)通過切削試驗(yàn)確定刀具幾何參數(shù) 。PCBN刀具粗車和精車淬硬鋼時(shí)的刀具幾何角度分別如圖1和圖2 所示。
　　PCBN刀具的切削用量應(yīng)根據(jù)所用加工機(jī)床、刀片牌號(hào)、 被加工工件及其它加工條件合理選擇。表1為Seco公司CBN300 刀片(CBN含量90%，晶粒尺寸22µm，Al 粘結(jié)劑)切削不同材料時(shí)推薦的適用切削用量。

圖3 PCBN刀片牌號(hào)選型流程圖

4 PCBN刀片牌號(hào)的選擇

　　PCBN刀片牌號(hào)的正確選擇是刀具能否獲得最優(yōu)切削性能的關(guān)鍵。表2為Seco公司各種牌號(hào)PCBN刀片的特性。圖3為PCBN刀片牌號(hào)的選型流程圖。

5 PCBN刀具常見磨(破)損形式及改善措施

　　PCBN刀具在使用過程中會(huì)產(chǎn)生正常磨損和非正常磨損。PCBN刀具的正常磨損形式主要有氧化磨損、相變磨損、摩擦磨損、粘結(jié)磨損、微崩刃型磨損、剝落磨損等，且各種磨損因素相互影響、相互促進(jìn)。PCBN刀具非正常磨損的影響因素主要有切削用量和刀片幾何參數(shù)選擇不當(dāng)、加工系統(tǒng)剛性不足等。為提高PCBN刀具的使用壽命，針對(duì)PCBN刀具在實(shí)際使用中常見的磨損形式和破損現(xiàn)象，可采取以下具體措施予以改善：

1. 后刀面磨損(見圖4)
   改善措施：①提高切削線速度；②增大工件進(jìn)給率；③增大切削深度；④檢查刀片切削點(diǎn)是否位于中心高處；⑤如被加工材料為鑄鐵，應(yīng)檢查其鐵素體含量是否在控制范圍內(nèi)。
2. 月牙洼磨損(見圖5)
   改善措施：①降低切削速度；②減小工件進(jìn)給率。
3. 切削捶擊(見圖6)改善措施：①提高切削速度；②降低切削進(jìn)給率；③改進(jìn)刀具切削前角(如改用圓刀片等)。
   
   圖4 PCBN刀片后刀面磨損形態(tài)
   圖5 PCBN刀片月牙洼磨損形態(tài)
   圖6 PCBN刀片切削捶擊現(xiàn)象
   圖7 PCBN刀片刃口崩碎現(xiàn)象
   圖8 PCBN刀片前刀面剝落現(xiàn)象
   圖9 PCBN刀片刀口嚴(yán)重崩刃
4. 刃口崩碎(見圖7)
   改善措施：①采用刃口有倒刃或經(jīng)研磨處理的刀片；②降低切削速度或盡可能避免斷續(xù)切削；③提高工藝系統(tǒng)剛性；④如斷續(xù)切削不可避免(如加工表面有孔、槽等)，則應(yīng)對(duì)相應(yīng)的切削進(jìn)入部位作預(yù)倒角處理；⑤改變切削線速度以優(yōu)化切削狀況，避免振動(dòng)。
   
5. 銑削時(shí)刀片前刀面剝落(見圖8)
   改善措施：①減小刀具切入角(最好小于20°)；②盡可能采用逆銑方式；③避免使用冷卻液；④提高切削速度。
   
6. 刀口嚴(yán)重崩刃(見圖9)
   改善措施：①減小切削深度或加工余量以降低切削載荷；②降低切削速度；③適當(dāng)加大刀尖圓角半徑(甚至可采用圓刀片)；④采用經(jīng)過倒刃或研磨刃口的刀片；⑤檢查刀片安裝是否正確、可靠，安裝面是否完好(特別是整體CBN刀片)；⑥檢查刀片切削刃口中心高是否正確。

6 結(jié)語

　　PCBN刀具的使用是否成功不僅取決于刀具本身的質(zhì)量，而且與整個(gè)加工系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)有關(guān)，如機(jī)床性能的優(yōu)劣、工件夾持的可靠性、刀桿系統(tǒng)的剛性、刀片選擇的合理性、切削參數(shù)的選擇等均會(huì)影響PCBN刀具的切削加工效果。只有正確、合理地使用PCBN刀具，才能提高加工效率、降低生產(chǎn)成本，獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。