0 引言

    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CBN复合片刀具的切削性能为主进行介绍。

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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

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