PCBN刀具是人造立方氮化硼刀具，在高溫的時(shí)候還能保持高硬度的特性，主要做加工鐵件之用。立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世紀(jì)50年代首先由美國(guó)通用電氣(GE)公司利用人工方法在高溫高壓條件下合成的，其硬度僅次于金剛石而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它材料，因此它與金剛石統(tǒng)稱為超硬材料。

       本文將從PCBN刀具的特點(diǎn)、種類、用途、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)質(zhì)量等方面開(kāi)始論述！

PCBN刀具的特點(diǎn)

       CBN具有較高的硬度、化學(xué)惰性及高溫下的熱穩(wěn)定性，因此作為磨料CBN砂輪廣泛用于磨削加工中。

       由于CBN具有優(yōu)于其它刀具材料的特性，因此人們一開(kāi)始就試圖將其應(yīng)用于切削加工，但單晶CBN的顆粒較小，很難制成刀具，且CBN燒結(jié)性很差，難于制成較大的CBN燒結(jié)體，直到20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)、中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家才相繼研制成功作為切削刀具的CBN燒結(jié)體——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。

        從此，PCBN以它優(yōu)越的切削性能應(yīng)用于切削加工的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在高硬度材料、難加工材料的切削加工中更是獨(dú)樹(shù)一幟。經(jīng)過(guò)30多年的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，現(xiàn)在已出現(xiàn)了用以加工不同材料的PCBN刀具材質(zhì)。

PCBN刀具種類

       按添加成分分：

       1、直接由CBN單晶燒結(jié)而成的PCBN

       2、添加一定比例粘結(jié)劑的PCBN燒結(jié)體  

       按制造復(fù)合方式分：

    1、整體PCBN燒結(jié)塊

    2、硬質(zhì)合金復(fù)合燒結(jié)的PCBN復(fù)合片

       PCBN刀具用途

       目前應(yīng)用較廣的是帶粘結(jié)劑的PCBN復(fù)合片，根據(jù)添加的粘結(jié)劑比例不同則PCBN硬度也不同，粘結(jié)劑含量越多則硬度越低、韌性越好；粘結(jié)劑種類不同，則PCBN的用途也不同，如表所示為常見(jiàn)粘結(jié)劑的PCBN刀具及其用途。

PCBN刀具的生產(chǎn)流程

       1、原材料的處理

       由于CBN微粉中殘留有WBN、HBN、葉蠟石、石墨、鎂、鐵等雜質(zhì)；另外它和結(jié)合劑粉末中均含有吸附氧、水汽等，對(duì)燒結(jié)不利。因此原材料的凈化處理方法是確保合成聚晶性能的重要環(huán)節(jié)之一。研制時(shí)我們采用下列方法對(duì)CBN微粉和結(jié)合劑材料進(jìn)行凈化處理：首先在300 C左右用NaOH處理CBN徽粉，去除其中的葉蠟石和HBN；然后煮高氯酸去除石墨；最后用HCl在電熱板上煮沸除去金屬，并用蒸餾水洗至中性。結(jié)合劑用的Co、Ni、Al等采用氫還原處理。然后將CBN和結(jié)合劑按一定配比混合均勻并參入石墨模具中，送入壓力小于1E2的真空爐內(nèi)，加熱800～1000°C處理1h，除去其表面的污垢、吸附氧及水汽等，使CBN晶粒表面很潔凈。

        結(jié)合劑材料的選擇及加入量方面，總的結(jié)合劑加入量應(yīng)充足但不能過(guò)多。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，聚晶耐磨性和抗彎強(qiáng)度等與平均自由程（粘結(jié)相層厚度）關(guān)系密切，當(dāng)平均自由程為0. 8～1.2μm時(shí)，聚晶磨耗比值最高，此時(shí)結(jié)合劑摻入量為10%～15%（質(zhì)量比）。

       除了結(jié)合劑的選擇之外，CBN粒度及粒度配比的確定也至關(guān)重要， 根摒加工精度和表面質(zhì)量要求，制造切削工具用的CBN粒度大約分為：粗粒度20～30μm；中粒度3～10微米;細(xì)粒度2微米。用粗粒度做成的聚晶難以做成精度要求高的刀具，但其耐磨性、抗沖擊性較高，細(xì)粒度做成的聚晶制成刀具可滿足精加工和超精加工的要求

       2、胚體合成

       PCBN 復(fù)合片是直接在高溫高壓下把CBN層與硬質(zhì)合金襯底復(fù)合在一起，經(jīng)過(guò)切割、焊接工藝做成各種焊接成型切削刀具或刀片。

       3、PCBN刀具的磨加工流程

       生產(chǎn)出的PCBN刀具胚體需要刃磨才能用于切削，刃磨刀具獲得正確的幾何形狀和表面粗糙度。一般分粗磨、精磨和研磨工序。粗磨采用180～240號(hào)樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石砂輪，進(jìn)刀量為0. 01 mm/雙行程；精磨用wlo～W14樹(shù)脂結(jié)合劑砂輪，進(jìn)刀量為0. 005 mm/雙行程；研磨用W5～W3的金剛石砂輪或研磨膏，研磨刃磨中應(yīng)特別注意金剛石砂輪的開(kāi)刃修整對(duì)刃磨的影響。盡管刃磨過(guò)程中刀具在砂輪的整個(gè)端面來(lái)回?cái)[動(dòng)以使砂輪表面消耗一致，但實(shí)際上砂輪表面仍容易產(chǎn)生凹凸不平，須經(jīng)常修整。

       4、PCBN刀具的幾何參數(shù)

       PCBN刀具的壽命與其幾何參數(shù)密切相關(guān)，合適的前后角可提高刀具的抗沖擊性能。排屑能力及散熱能力。前角的大小直接影響切削刃的受力情況和刀片的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。為了避免刀尖承受機(jī)械沖擊所造成的拉應(yīng)力過(guò)大，一般采用負(fù)前角（-5°～- 10°），同時(shí)為減少后角磨損，主副后角為6°，刀尖半徑為0.4–1.2mm的圓角，并倒棱研磨光滑。

       5、PCBN刀具的檢驗(yàn)

       除檢測(cè)硬度指標(biāo)，抗彎輕度，抗拉強(qiáng)度等物理性能外，更需要用高倍電子顯微鏡檢查PCBN刀具的表面和刃口處理精度。然后是尺寸檢驗(yàn)，精度檢測(cè)，M值，以及形位公差，粗糙度，然后包裝入庫(kù)。

PCBN刀具的生產(chǎn)質(zhì)量

       1、高純度、高凈化率的原材料：

       可靠規(guī)范的胚體合成工藝，這兩項(xiàng)直接決定立方氮化硼刀具的性能。當(dāng)然，這也是市場(chǎng)上立方氮化硼刀具價(jià)格參差不齊的最大原因。

       2、 磨加工：

       由于立方氮化硼刀具不像硬質(zhì)合金刀片具備復(fù)雜槽型和涂層，性能主要取決于刀具胚體性能，而磨加工的工藝和精度直接決定切削時(shí)的微觀性能。所以采用周邊磨床，刀具成本雖然提高不少，但是立方氮化硼刀具的質(zhì)量和耐用度都會(huì)上一個(gè)檔次。

       3、嚴(yán)格檢驗(yàn)手段：

       除了尺寸精度和表面質(zhì)量外，立方氮化硼刀具生產(chǎn)過(guò)程中，最容易產(chǎn)生廢品的是電鏡檢測(cè)下的微觀缺陷。刃口處肉眼看不到的微觀缺陷是立方氮化硼刀具使用過(guò)程中崩刃口的導(dǎo)火索，容易造成使用時(shí)出現(xiàn)刀具扎刀問(wèn)題。

       從使用角度講：抗沖擊性能好，特別是粗加工領(lǐng)域，使用時(shí)不崩刃，不碎裂，這是立方氮化硼刀具使用安全性的最基本保證。耐磨性能好，高效加工的同時(shí)，能夠低成本的代替硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀片，這是立方氮化硼刀具使用經(jīng)濟(jì)型的保證。

       由于PCBN刀具多為高端產(chǎn)品，制造強(qiáng)度大，技術(shù)門檻高，目前主要為國(guó)外制造商所控制，在2009年，復(fù)合超硬刀具材料市場(chǎng)全球占有率前幾位的公司為清一色的國(guó)外公司，分別是元素六（30%）、DI公司（20%）、日本住友（18%）、韓國(guó)日進(jìn)（9%）、MegaDiamond（4.5%）、TomeiDiamond（4.5%）、Dennistools（4%），幾大公司就占據(jù)了市場(chǎng)的90%。

       在非復(fù)合超硬刀具市場(chǎng)中，立方氮化硼整體聚晶刀片已經(jīng)是我國(guó)的強(qiáng)項(xiàng)，河南超硬材料研究所研發(fā)的HLCBN作為優(yōu)勢(shì)品牌出口到歐洲、美洲等高端用戶市場(chǎng)的達(dá)20萬(wàn)片，在我國(guó)的超硬刀具行業(yè)獨(dú)樹(shù)一幟，況且隨著國(guó)內(nèi)六面頂壓機(jī)技術(shù)的成熟和普及，在整體聚晶氮化硼刀片制造工藝上比國(guó)外更有優(yōu)勢(shì)。