立方氮化硼刀具的种类与使用

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1、立方氮化硼刀具的种类与使用立方氮化硼刀具过去主要用于精加工，近十几年来通过改进生产工艺，控制原料纯度和晶粒尺寸，采用复合材料和热压工艺等，其脆性有了重大改进，韧性提高，使用可靠性大大改善，已可作为常规刀具在生产中应用，对提高工效、保证产品质量起重要作用。　　立方氮化硼刀具材料的性能特点　　立方氮化硼刀具是指用立方氮化硼（CBN）做成切削部分的刀具。立方氮化硼（CBN）是氮化硼BN的同素异构体之一，结构与金刚石相似，是用超高温超高压技术人工合成的超硬材料。其硬度仅次于金刚石(显微硬度可达8000～9000HV)，且热稳定性高(达1250～135

2、0℃)，对铁族元素化学惰性大，抗黏结能力强，用金刚石砂轮即可磨削开刃，故适于加工35HRC以上的硬质材料，如各种淬硬钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等)、冷硬铸铁、钴基和镍基高温合金、硬质合金、表面喷涂(焊)材料等高硬及耐磨材料，也可用于钛合金、纯镍、纯钨及其它材料的加工。它是以车、铣代替磨削的最佳刀具之一。用立方氮化硼刀具加工淬硬钢的表面粗糙度为Ra1.60.4μm，精度可达IT7IT6。　　上海通用汽车公司在一条发动机柔性生产线上，用山高刀具（上海）公司生产的立方氮化硼CBN300刀片面铣刀铣削发动机缸体平面（铸件），切

3、削速度高达1600m/min，进给速度为5000mm/min。　　立方氮化硼刀具也有使用上的局限，如其脆性较大，强度和韧性较差，不适用于冲击负荷下的间断表面加工。此外，用它加工软的铁族元素材料时，因易于产生长切屑，擦伤刀具前刀面并形成积屑瘤，会导致切削力的波动而损坏刀具。　　为了提高氮化硼刀具的抗冲击性能，目前已研制出以类石墨的六方氮化硼(g-BN或h-BN)为原料，用爆炸法合成出的一种新型WBN材料(WBN是属铅锌矿结构的BN)。它具有很高的韧性和烧结活性，极易转变为CBN，并易于和CBN共同烧结成强度和硬度接近CBN水准的聚晶体。　　WB

4、N及CBN的两相烧结体是用WBN的韧性去弥补CBN的脆性，其抗冲击强度较单纯的CBN烧结体提高60%，断裂韧度提高2.53倍，抗挠曲强度提高1倍左右，抗压强度与硬质合金相当，热稳定性为1100~1200℃。可用来加工间断表面的工件，例如齿轮的齿面、堆焊表面或有沟槽的工件。　　目前，WBN及CBN的两相烧结体刀具已在美国、日本和俄罗斯等国家的汽车行业中广泛应用，如用於加工连杆、挺柱体、汽缸套、刹车制动轮、曲轴、飞轮、各种泵壳类零件的车、镗和铣削等工序中。　　1.立方氮化硼刀具的种类　　目前生产上常用的立方氮化硼刀具有三种：整体聚晶立方氮化硼(P

5、CBN)刀具、聚晶立方氮化硼和硬质合金的复合刀片(PCBN/CC)和电镀立方氮化硼刀具。其中，前两类刀具使用最多。　　PCBN是在高温、高压下，将许多CBN单晶粉聚晶成的多晶体材料，是CBN单晶粉的烧结体。PCBN/CC是在强度和韧性较好的硬质合金基体上，烧结或压制一层0.5~1mm厚的PCBN而成的一种复合刀片，它解决了立方氮化硼刀片的抗弯强度低和镶焊困难等问题。PCBN/CC可用焊或机夹方式制作刀具。例如美国GE(通用电器)公司生产的BZN刀片、俄罗斯的Toma-10刀片、日本住友电工公司的BN刀片，以及我国生产的LDP-J-CF、DLS

6、-F、LF和LBN-Y型等系列刀片均为PCBN复合刀片。　　电镀立方氮化硼刀具是用电镀埋砂的方法，以金属镍、铜和钴等作结合剂，把CBN的细小颗粒包镶在一定尺寸和几何形状的刀具基体表面上，再经过适当修磨制成。郑州磨料磨具磨削研究所生产的电镀立方氮化硼铰刀即属此类刀具。　　正确选用刀片的品种与牌号　　不同品种的PCBN刀具，由于其组成成份不同，切削性能有很大差异，选用时须加以注意。目前PCBN刀具不像硬质合金那样在国际上有统一的分类，各生产厂都有各自的品种与牌号，使用时须参照厂家产品样本选择。　　PCBN的性能与CBN的粒度、含量及结合剂的种类有

7、关，按其组织大致可分为两大类：一类是不加结合剂由CBN晶粒直接烧结而成，CBN含量多(70%以上)，硬度高，适用於耐热合金、铸铁和铁系烧结金属的切削加工；另一类是以CBN晶粒为主体，通过陶瓷结合剂(主要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等)烧结而成，这类PCBN中CBN含量少(70%以下)，硬度低，适用於淬硬钢的连续切削加工。　　而对于淬硬钢的高速断续切削加工，可选用国外新开发出来的PCBN新品种SumiboronBNX25，它具有高的抗月牙洼磨损能力，在高速断续切削时对断裂和折断引起的刀具失效有很高的抵抗能力。用BNX25加工淬

8、硬钢时推荐的切削条件是切削速度为120~200m/min，进给量为0.15~0.3mm/r和背吃刀量为0.2~0.5mm。　　CBN的晶粒尺寸大致分为三类：粗晶粒(