聚晶立方氮化硼（PCBN）作為利用人工方法合成的硬度僅次于金剛石的新型刀具材料，是目前高效率、高速度、高精度切削鐵系金屬新一代刀具材料之一。在制造行業(yè)，機(jī)械零件的性能在近一二十年有了大幅度的提高，盡管刀具材料也在不斷發(fā)展，可還是出現(xiàn)了刀具材料和被加工材料之間不相適應(yīng)的狀況。隨著現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展，高速度、高精度、高效率、干式加工方式已經(jīng)成為新型切削技術(shù)的需求。新型的PCBN刀具，已成為綠色切削、現(xiàn)代切削不可缺少一部分。 PCBN刀具在中國已經(jīng)¬發(fā)展了近30多年，其刀片設(shè)計(jì)的初衷，主要應(yīng)用于精加工和超精加工，無論是國內(nèi)還是國外，因而使用的數(shù)量和占用比例始終有限。這其中的原¬因主要是刀片的韌性受到加工條件的約束，以及刀片的應(yīng)用范圍和刀片的品種、昂貴的價(jià)格等。隨著刀片制造技術(shù)的發(fā)展，河南富耐克超硬材料有限公司（以下簡(jiǎn)稱“富耐克”）的PCBN刀具取得了重要進(jìn)步，其刀片的物理性能、生產(chǎn)成本等都發(fā)生了重要的變化，無論從價(jià)格上還是從品質(zhì)上也都發(fā)生了革命性變化。 據(jù)富耐克總工程師張?zhí)徒榻B，富耐克自1988年成功合成中國第一顆高品級(jí)立方氮化硼CBN磨料以來，通過精湛的技術(shù)和先進(jìn)的裝備，對(duì)產(chǎn)品不斷的改進(jìn)和研發(fā)，建立起了專業(yè)化、大規(guī)模生產(chǎn)的資源平臺(tái)，產(chǎn)品種類齊全，涵蓋了CBN單晶、微粉、鍍覆、樹脂金剛石等全系列超硬磨料及性能卓越的CBN超硬刀具。2003年，富耐克開發(fā)出高性能、經(jīng)¬濟(jì)性、多品種的立方氮化硼刀片。“隨著技術(shù)的發(fā)展，如今，新型PCBN刀具不僅能廣泛的應(yīng)用于精加工、半精加工和超精加工，也可用于粗加工，不僅適合于輕載切削，也適合于重載切削、斷續(xù)切削、不穩(wěn)定切削?！睆?zhí)徒榻B說。 CBN或成為未來刀具新材料重要方向 據(jù)張?zhí)徒榻B，目前使用的刀具材料種類繁多，主要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金和高速鋼等。不同刀具材料具有不同的性能，并有其特定的應(yīng)用范圍。其中，金剛石材料包括天然金剛石、人工合成單晶金剛石、聚晶金剛石和金剛石涂層等，天然金剛石是最昂貴的刀具材料，由于天然金剛石可以刃磨成最鋒利的切削刃，主要應(yīng)用在超精密加工領(lǐng)域。聚晶金剛石是以鈷作為粘結(jié)劑，在高溫高壓下由金剛石微粉壓制而成的。聚晶金剛石刀具具有優(yōu)異的耐磨性，可用來切削有色金屬和非金屬材料，精加工難加工材料。 “立方氮化硼(CBN)與聚晶金剛石一樣，也是在高溫高壓下人工合成的，其多晶結(jié)構(gòu)和性能也與金剛石類似，具有很高的硬度，很好的導(dǎo)熱性，很小的熱膨脹，較小的密度，較低的斷裂韌性。此外，立方氮化硼還具有卓越的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，同鐵族元素幾乎不發(fā)生反應(yīng)，這一點(diǎn)要優(yōu)于金剛石?！睆?zhí)驼J(rèn)為，立方氮化硼比聚晶金剛石的刀具更適合加工黑色金屬。 “聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉與少量結(jié)合劑燒結(jié)而成的多晶體，PCBN自1973年研制成功以來，經(jīng)¬過眾多材料專家及刀具專家的努力，PCBN材料及其刀具已完全進(jìn)入實(shí)用階段，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家PCBN刀具已廣泛應(yīng)用于汽車、重型機(jī)械等機(jī)械加工行業(yè)?！睆?zhí)徒榻B說，聚晶立方氮化硼(PCBN)特別適合于加工鑄鐵、耐熱合金和硬度超過HRC45的黑色金屬(如發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、齒輪、軸、軸承等汽車零部件)。“PCBN刀具適合于高速干切削，可以用2000m/min以上的速度高速加工灰鑄鐵。PCBN刀具在高速硬切削方面的應(yīng)用也比較廣泛，尤其是精加工汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的合金鋼零件，如HRC60～65之間的齒輪、軸、軸承，而這些零部件過去是靠磨削來保證尺寸精度和表面質(zhì)量的?！?“眾所周知，硬質(zhì)合金刀片主要成分為碳化鎢，而鎢是一種稀缺資源，盡管我國是富鎢的國家，但照目前這種開發(fā)和使用程度，碳化鎢資源會(huì)迅速減少，有專家預(yù)測(cè)，未來60年后，也許將會(huì)枯竭。那么新一代PCBN刀具將會(huì)在未來切削領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用?！睆?zhí)皖A(yù)測(cè)，未來新型刀具材料的發(fā)展，立方氮化硼材料將會(huì)在黑色金屬切削領(lǐng)域確立更重要作用。 張?zhí)驼J(rèn)為，未來將重點(diǎn)發(fā)展新刀具、綠色切削刀具，金剛石、立方氮化硼、陶瓷三大刀具類將會(huì)占領(lǐng)更大的刀具市場(chǎng)?！敖饎偸毒卟荒透邷兀m合加工鋁合金、石材等，但不太適合加工黑色金屬。和陶瓷刀具相比，立方氮化硼具有更好地抗沖擊性，而陶瓷雖然很硬但也很脆，適應(yīng)能力較差。因此，立方氮化硼應(yīng)該是未來新刀具材料最好的選擇?！?新型釬焊PCBN刀片 據(jù)張?zhí)徒榻B，立方氮化硼的力學(xué)和熱學(xué)性能受粘結(jié)劑的種類及其含量的影響。“現(xiàn)在常用的粘結(jié)劑有鈷、鎳、碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等，CBN的顆粒大小和粘結(jié)劑種類影響到其切削性能。低CBN含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同，50%～65%)的PCBN 刀具主要用來精加工鋼(HRC45～65) ，而高CBN 含量(80%～95%)的PCBN刀具用來高速粗加工、半精加工鎳鉻鑄鐵，斷續(xù)加工淬硬鋼、燒結(jié)金屬、硬質(zhì)合金、重合金等?！睋?jù)張?zhí)徒榻B，不含粘結(jié)劑的CBN正在研制當(dāng)中，通過控制合成條件使CBN顆粒更微細(xì)，微細(xì)顆粒的CBN即使在高溫下也具有高熱導(dǎo)率、極高熱穩(wěn)定性、高硬度和高強(qiáng)度。張?zhí)驼J(rèn)為，無粘結(jié)劑的CBN可望成為下一代刀具材料。 在富耐克開發(fā)的最新釬焊刀片之前，釬焊刀片都是硬質(zhì)合金上面附著了一層立方氮化硼，這種物理化學(xué)結(jié)合的方式，造成兩層之間收縮比相差較多，受熱時(shí)容易脫層開裂。且過去都是用銀焊接，不耐高溫，一般最高溫度也就六七百度?！爸暗钠渌F焊刀片一般焊1個(gè)尖或者2個(gè)尖，最多焊4個(gè)尖，富耐克研發(fā)的最新研發(fā)的釬焊技術(shù)能焊8個(gè)尖，上下面都可以焊接。其難度就像要把石頭和金屬焊接到一塊，富耐克的工程師花費(fèi)2年多才研究成功?！睆?zhí)徒榻B說，富耐克最新研發(fā)的釬焊技術(shù)，耐高溫可達(dá)到900度以上。“富耐克最新研發(fā)的釬焊技術(shù)被中國刀協(xié)¬的幾名專家稱為開創(chuàng)了中國釬焊刀具的新時(shí)代，這種焊接技術(shù)已申請(qǐng)國家專利。” “和其它的釬焊刀具不同的是，我們采用直角焊接，我們這種焊接方式可用于典型的斷切削，如齒輪的鍵槽等，粗糙度可達(dá)Ra0.8以內(nèi)，可用于連續(xù)和斷續(xù)加工?！睆?zhí)徒榻B說，“過去人們總認(rèn)為立方氮化硼刀片只能用于高速切削，只能加工硬工件，只適用于精加工和超精加工，況且一般只用于輕載和穩(wěn)定加工。但是我們研制的最新釬焊刀片具有很好的抗沖擊性，可以實(shí)現(xiàn)大的切削深度，既可以用于高速切削（200～2000m/min）、也可以用于中速和低速切削（5～60m/min），既可以連續(xù)切削也可以斷續(xù)切削，既可以加工難加工的硬質(zhì)材料，也可以加工硬度較低的軟質(zhì)材料，不僅適合于輕載穩(wěn)定切削，也可應(yīng)用于重載斷續(xù)切削?！睆?zhí)驼J(rèn)為，富耐克這種釬焊新技術(shù)正在改變著人們對(duì)立方氮化硼的認(rèn)識(shí)。 “隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在富耐克生產(chǎn)的釬焊立方氮化硼刀具的銑削切削速度能達(dá)到3000m/min左右，車削速度能達(dá)到2000m/min，粗糙度能達(dá)到Ra0.8以內(nèi)，切削效率是硬質(zhì)合金類刀具的5～8倍?！?富耐克未實(shí)施任何切刃處理的PCBN刀片，其銳利的切削刃特別適合精加工，在加工鑄鐵時(shí)，切削刃越鋒利，越有抑制毛刺、及加工表面邊緣的小崩口等問題的發(fā)生。而通過實(shí)施對(duì)切刃各種方式的鈍化拋光處理，可以適合各種場(chǎng)合的切削條件，尤其對(duì)粗加工、斷續(xù)切削，對(duì)抑制刀片發(fā)生微崩刃，有更明顯的效果。據(jù)張?zhí)徒榻B，富耐克根據(jù)不同的使用條件和使用場(chǎng)合，推出了8個(gè)牌號(hào)的PCBN產(chǎn)品，有適合粗加工的，也有適合精加工的，有適合鐵的，也有適合鋼的。其中還有2個(gè)適用于任何場(chǎng)合、任何條件的牌號(hào)，這種通用性的牌號(hào)可以避免頻繁換刀造成的麻煩。 富耐克最新推出的釬焊PCBN刀片因采取CBN最新釬焊技術(shù)，不會(huì)發(fā)生開層、開裂。由于有更厚的CBN聚晶體，比市場(chǎng)現(xiàn)有釬焊刀片有更高的抗沖擊能力，而采用特殊工藝釬焊使刀片有更高的耐熱性?！半m然立方氮化硼在市場(chǎng)上出現(xiàn)已久，但應(yīng)用我們最新釬焊技術(shù)的刀片還只有我們一家，目前在市場(chǎng)還沒有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手?！睆?zhí)妥院赖卣f。