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装夹次数越少．意味着机器减震越快。最理想的是能够通过一次装夹完成五面加工。由于精确加工区分开了预加工和精加工。使得效果加倍。

来自德累斯顿的制造商Mikromat以其坐标镗床而闻名。其产品的高精确性其有领先优势。在过去的几年中，Mikrom at公司还开发了用于一次装夹的全自动多而铣削和钻削设备(理想的是五面加工)，达到了非凡的精确性(图1) 。

研发的重点在于生产出极大的刚性并且降低由热造成的故障所产生的影响。特别是通过采取结构及温度控制措施，防止了由此而造成的弯曲现象，这使得在实际操作中，机器在温度变化时直线地从中间向各个方向均匀的扩展。借助于尺寸检查和电子校正可以很好的控制热膨胀。

提高加工精确度并识别可能的误差

对于装配费用最小化，提高平静传动，耐磨性以及可靠性的要求在不断提升。为了满足这一要求，将尺寸公差以及形状和位置偏差最小化的压力持续存在。

此外，针对高精度加工，Mikromat公司还生产了垂直加工中心。通过更换不同的刀头，不仅可用于垂直加工操作，也可用于水平加工，对于五面加工来说． 使用这种配置可以达到最高的精确度。接着要介绍的是一种新的加工方法，它能够持续的改进可达到的加工精度并且识别出可能的误差，比如在挂上测角器头时由于 污染造成的偏差。

在带有测角镗铣头的Mikromat 12V 以及Sinumerik 840D操纵设备上完成钻孔的180°换向加工(图2)所能达到的精确度应该在其生产条件下进行探讨。

• 使用德国沃好特公司加长镗孔工具完成轴承孔的高精度换向加工。
• 通过混用测量头提高精确度——雷尼绍公司的无线电测量头RMP60 ——用于准确定位的深钻孔(同心度，距离)。

所使用的沃好特公司的镗孔工具是k29230，带单刃镗刀头S162.5-205Multibore，长570mm，重20kg ，带可转位刀片，半径0.1mm，转速180r/min，进给量11mm/min。

在个GG40铸铁罩壳内钻一个直径约为175mm的孔．整个过程持续超过约30分钟。机器放置在未进行空气调节的装配车间内。

除使用测量头进行校正以外的换向加工的加工过程包含以下步骤(图3)：

1.测量辅助基面圆周及端面铣削

2.使用测量头计算车将要钻的孔的中心坐标。测角器位置头180°。

3.使用沃好特镗杆钻孔，测角器头位置180°。

4.使用测量头计算出已钻好的孔的中心坐标。首先按刀具尺寸沿Z向反向移动约10µm。同时触摸Y，Z方向上的两个测量面并计算出它们到孔中心的距离。测角器位置头180°。

5.按照第2步计算出的中心坐标用沃好特镗杆钻孔，不进一步校准。X轴的位置同第3步得出的位置间的距离约为1450mm。测角器头0°。

6a.使用测量头计算出已钻好的孔的中心坐标。沿两条轴的方向移动小于10µm，测角器头位置0°。在操作过程中，测角器头被多次扭转，且所有轴都被用 到，为的就是移动到刀具的转换位置。上述数值只有在高硬度的机器上可以达到，井且要将发热造成的影响最小化。通过在装配过程中对每个部件以及整个机器进行 不断的质量监控，使得几何偏差最小化。尤为值得注念的是角度误差，在使用如上述例子中提到的加长刀具时，角度误差对于换向的精确性有巨大影响。刀具越短， 得到的结果越好。最后使用测量头以及Mikromat公司专门研发的测量样件(图4)对侧角器头进行全自动电子校正。

随时检查测角器头的精确性

测量样件及其数控程序可以一同提供给用户，这样样件就可随时检测测角器头的精确性以及检查定位足否整齐，并且同时进行校正。

很重要的一点在于要能够复制测量样件得出的结果以及每天生产使用的结果。为此Mikromat公司将Mikromat测量中心作为Sinumerik 测量中心的补充。借助Mikromat公司多年来在生产条件下进行高精度测量的经验，也由于解床的生产，使得纳合实际的工程技术知识得以引入。

换 向加工接下来要做的就是将测量中心同雷尼绍无线电测量头RM P60结合运用，为的是在经过一次补充校正后将工件上的换向误差最小化。在测角器头0°和180°位置上触碰与轴平行的测量面，接着计算出与各自所属孔中 心位置间的距离．将0°位置上测得的距离校正成180°位置上的数值，并且再深钻一次。

6b.触摸第3步中提到的Z向和Y向测量面。计算同第5步测量的孔中心位置间的距离。测角器头位置0°。

7.按第4步和第6步计算得出的距离差值调整零位。

8.按第7步经过调整的中心坐标使用沃好特镗杆钻孔，测角器头位置0°。

9.用测量头计算已钻孔的中心坐标．触摸并计算出两个测量面各自与孔中心的距离，测角器头位置0°。

10.将距离理论值和实际值作比较。

11.用测量头计算出在0°和180°位置所钻孔的中心坐标。测角器头位置0°。直接计算出同心精确度，可重复得出小于0.005mm的数值。

总结

投资上述介绍的精密刀具设备，可以大最节省直接和间接费用。Mikromat-V-设备同全自动转换测角器头的组合使用使得在一次装夹的情况下能高度精确 的完成五面加工。对于用户来说，加工的零件越大，所具有的竞争优势就越大。Mikromat公司采取了结构及工艺措施，将发热作用产生的影响减少到极小部 分。相对于电子校正，采用机械及发热措施获得了更大的效果。温度变化必须使设备均匀地由中心向各个方向直线扩展。热膨胀弯曲必须从结构上被排除，因为对其 进行电子校正实际上是不可能做到的。此外，温度控制具有决定性的意义。上述情况表明，在这些Mikromat设备上实现了的边界条件下，电子尺寸检查及调 整进一步改善了精确度。如果理想的温度环境条件不能实现，那所有这些特性都不具有意义。

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（1）工序的划分
在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。一般工序划分有以下几种方式：
1）按零件装卡定位方式划分工序
由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。
片状凸轮按定位方式可分为两道工序，第一道工序可在普通机床上进行。以外圆表面和B平面定位加工端面A和Φ22H7的内孔，然后再加工端面B和Φ4H7的工艺孔；第二道工序以已加工过的两个孔和一个端面定位，在数控铣床上铣削凸轮外表面曲线。
2）粗、精加工划分工序
根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具 进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。加工零件时，应先切除整个零件的大部分余量，再将其表面精车一 遍，以保证加工精度和表面粗糙度的要求。
3）按所用刀具划分工序
为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。在专用数控机床和加工中心中常采用这种方法。
（2）工步的划分
工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。下面以加工中心为例来说明工步划分的原则：
1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。
2）对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，可减少由变形引起的对孔的精度的影响。
3）按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工生产率。
总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。

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数 控车削加工技术已广泛应用于机械制造行业，如何高效、合理、按质按量完成工件的加工，每个从事该行业的工程技术人员或多或少都有自己的经验。笔者从事数 控教学、培训及加工工作多年，积累了一定的经验与技巧，现以广州数控设备厂生产的GSK980T系列机床为例，介绍几例数控车削加工技巧。
一、程序首句妙用G00的技巧
目前我们所接触到的教科书及数控车削方面的技术书籍，程序首句均为建立工件坐标系，即以G50 Xα Zβ作为程序首句。根据该指令，可设定一个坐标系，使刀具的某一点在此坐标系中的坐标值为（Xα Zβ）（本文工件坐标系原点均设定在工件右端面）。采用这种方法编写程序，对刀后，必须将刀移动到G50设定的既定位置方能进行加工，找准该位置的过程如 下。
1、对刀后，装夹好工件毛坯；
2、主轴正转，手轮基准刀平工件右端面A；
3、Z轴不动，沿X轴释放刀具至C点，输入G50 Z0，电脑记忆该点；
4、程序录入方式，输入G01　W-8　F50，将工件车削出一台阶；

5、X轴不动，沿Z轴释放刀具至C点，停车测量车削出的工件台阶直径γ，输入G50 Xγ，电脑记忆该点；
6、程序录入方式下，输入G00 Xα Zβ，刀具运行至编程指定的程序原点，再输入G50 Xα Zβ，电脑记忆该程序原点。
上述步骤中，步骤6即刀具定位在XαZβ处至关重要，否则，工件坐标系就会被修改，无法正常加工工件。有过加工经验的人都知道，上述将刀具定位到 XαZβ处的过程繁琐，一旦出现意外，X或Z轴无伺服，跟踪出错，断电等情况发生，系统只能重启，重启后系统失去对G50设定的工件坐标值的记忆，“复 位、回零运行”不再起作用，需重新将刀具运行至XαZβ位置并重设G50。如果是批量生产，加工完一件后，回G50起点继续加工下一件，在操作过程中稍有 失误，就可能修改工件坐标系。鉴于上述程序首句使用G50建立工件坐标系的种种弊端，笔者想办法将工件坐标系固定在机床上，将程序首句G50 XαZβ改为G00 Xα Zβ后，问题迎刃而解。其操作过程只需采用上述找G50过程的前五步，即完成步骤1、2、3、4、5后，将刀具运行至安全位置，调出程序，按自动运行即 可。即使发生断电等意外情况，重启系统后，在编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程的程序段，按自动运行方式继续加工即可。上述程序首句用 G00代替G50的实质是将工件坐标系固定在机床上，不再囿于G50 Xα Zβ程序原点的限制，不改变工件坐标系，操作简单，可靠性强，收到了意想不到的效果。
二、控制尺寸精度的技巧
1、修改刀补值保证尺寸精度
由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求时，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，保证径向尺寸方法如下：
1）绝对坐标输入法
根据“大减小，小加大”的原则，在刀补001～004处修改。如用2号切断刀切槽时工件尺寸大了0.1mm，而002处刀补显示是X3.8，则可输入X3.7，减少2号刀补。
2）相对坐标法
如上例，002刀补处输入U-0.1，亦可收到同样的效果。
同理，对于轴向尺寸的控制亦如此类推。如用1号外圆刀加工某处轴段，尺寸长了0.1mm，可在001刀补处输入W0.1。
2、半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度
对于大部分数控车床来说，使用较长时间后，由于丝杆间隙的影响，加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。这时，我们可在粗加工之后，进行一次半精 加工消除丝杆间隙的影响。如用1号刀G71粗加工外圆之后，可在001刀补处输入U0.3，调用G70精车一次，停车测量后，再在001刀补处输入U- 0.3，再次调用G70精车一次。经过此番半精车，消除了丝杆间隙的影响，保证了尺寸精度的稳定。
3、程序编制保证尺寸精度
1）绝对编程保证尺寸精度
编程有绝对编程和相对编程。相对编程是指在加工轮廓曲线上，各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。也就是说，相对编程的坐标原 点经常在变换，连续位移时必然产生累积误差，绝对编程是在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程小。数控车削工件时， 工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要 的轴向尺寸，最好采用绝对编程。
2）数值换算保证尺寸精度
很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。如图2b中，除尺寸 13.06mm外，其余均属直接按图2a标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中，φ29.95mm、φ16mm及60.07mm三个尺寸为分别取两极限 尺寸平均值后得到的编程尺寸。
4、修改程序和刀补控制尺寸
数控加工中，我们经常碰到这样一种现象：程序自动运行后，停车测量，发现工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如用1号外圆刀加工图3所示工件， 经粗加工和半精加工后停车测量，各轴段径向尺寸如下：φ30.06mm、φ23.03mm及φ16.02mm。对此，笔者采用修改程序和刀补的方法进行补 救，方法如下：
1）修改程序
原程序中的X30不变，X23改为X23.03，X16改为X16.04，这样一来，各轴段均有超出名义尺寸的统一公差0.06mm；
2）改刀补
在1号刀刀补001处输入U-0.06。
经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。
数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。

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ＰＣＢＮ 刀具非常适合于硬态材料的高速切削、干式切削 ,并能加工金刚石刀具所不能加工的黑色金属材料 ,特别适合数控设备及自动化生产线的使用。ＰＣＢＮ刀具有很高的耐磨性 ,其使用寿命远远高于硬质合金 ,可加工大部分高硬度材料 ,在许多场合可以以车、镗、铣等代磨加工工艺 ,能使被加工零件获得高的精度和良好的表面质量 ,并大大提高生产效率。国外ＰＣＢＮ刀具已广泛用来加工淬硬钢、高硬度铸铁和抗磨零件 ,并带来了巨大的经济效益。随着机械零件的硬度和抗磨损性能要求的进一步提高 ,ＰＣＢＮ刀具的使用必将更加广泛。国内ＰＣＢＮ刀具的使用还不够广泛 ,主要是缺乏有关的系统性研究 ,认为它价格高 ,对使用条件要求高 ,多以单件刀具成本来片面地衡量经济效益 ,限制了ＰＣＢＮ刀具的推广使用。　　一、ＰＣＢＮ刀具的性能特点1.具有较高的硬度和耐磨性　ＰＣＢＮ的硬度虽略低于金刚石 ,但却远远高于其它高硬度材料 ,并具有很高的耐磨性 ,适合于加工高硬度材料。　　 2 .具有很高的热稳定性　ＰＣＢＮ在 80 0℃时的硬图 1　高温下ＰＣＢＮ刀具的硬度度还高于陶瓷和硬质合金的常温硬度 ,如图 1所示。因此ＰＣＢＮ刀具可用比硬质合金刀具高 3～ 5倍的速度来高速切削高温合金和淬硬钢 ,并保持高硬度。　　 3.具有优良的化学稳定性　ＣＢＮ的化学惰性特别大 ,在 12 0 0～ 130 0℃时也不与铁系材料发生反应 ,与碳在 2 0 0 0℃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 ,因此ＰＣＢＮ刀具特别适合加工钢铁材料。4 .具有较好的导热性　ＣＢＮ的导热性仅次于金刚石 ,导热系数为 130 0Ｗ (ｍ·℃ ) ,是紫铜的 3.2倍 ,是硬质合金的 2 0倍 ,立方氮化硼与陶瓷的导热系数的比率为 37.1(130 0∶35 ) ,且随着温度的升高ＰＣＢＮ导热系数是增加的 ,而氧化铝的导热系数是减少的 ,因此ＰＣＢＮ刀具适合精加工。5 .具有较低的摩擦系数　ＣＢＮ与不同材料间的摩擦系数为 0 .1～ 0 .3,随着切削速度的提高 ,摩擦系数是减小的 ,因此ＰＣＢＮ刀具非常适合高速切削加工。6.ＰＣＢＮ刀具切削淬硬钢时的金属软化效应　ＰＣＢＮ刀具的重要用途之一是加工硬质材料 ,由于它的高温硬度和热稳定性 ,因此可以进行高速切削 ,切削热使被切削层金属软化、硬度降低而易于切削加工 ,刀具仍然保持高硬度。ＰＣＢＮ刀具的这一特性被称为金属软化效应。产生金属软化效应的决定性因素是切削温度。实验证明 ,ＨＲＣ5 0是切削机理产生变化的临界点 ,产生金属软化效应的条件是工件材料的硬度要大于ＨＲＣ5 0。另外 ,ＨＲＣ5 0也是区分普通切削与硬态切削的临界点。　　二、刀具结构及几何参数的优选目前常见ＰＣＢＮ刀具切削部分的结构形式大致可分为聚晶刀头式、机夹可重磨式、 可转位刀片式和焊接式 4类。切削部分几何参数选择的是否合理对ＰＣＢＮ刀具寿命有很大影响 ,设计时要着重考虑刀刃及刀尖强度。前角一般为 0°～ - 10° ,通常采用 0°前角的居多。后角一般选择的较小 ,在 6°～ 10° ,以保证刀具切削部分的楔角足够大。刃倾角无特殊要求时多取为 0°或负值 ,以保证刀刃切入时有较好的受力状态。刀尖角一般不要小于 90° ,并把刀尖研磨成ｒε=0 .4～ 1.2ｍｍ的圆弧以保证刀尖有足够的强度。在ＰＣＢＮ刀具切削部分几何参数中 ,负倒棱的选择是最重要的 ,一般通过负倒棱来增加切削刃强度 ,负倒棱宽度一般取为 0 .1～0 .3ｍｍ ,负倒棱前角为 - 15°～ - 30°。主偏角和副偏角的选取主要是根据具体加工情况而定。　　三、ＣＢＮ刀具应用实例针对微型汽车发动机上进气门座、排气门座的压环 ,研制开发了ＰＣＢＮ系列刀具 ,通过一系列的跟踪记录、测试与调查显示 ,研制的刀具寿命明显高于其它厂家的同类产品 ,创造了较大的经济效益。1.刀具材料的选择通过刀具制造工艺的研制及生产现场的使用效果 ,从日本住友公司、美国ＧＥ公司及英国ＤｅＢｅｅｒｓ公司的系列产品中 ,优选出ＤｅＢｅｅｒｓ公司的ＡＭＢＯＲＩＴＥＤＢＡ80和ＡＭＢＯＲＩＴＥＤＢＣ5 0两种牌号刀具材料。ＰＣＢＮ超硬刀具材料由于不同的ＣＢＮ含量、晶粒尺寸和结合剂种类使得ＰＣＢＮ材料的性能有很大差异。适合精加工的 ＡＭＢＯＲＩＴＥＤＢＣ5 0 ,是一种复合片形式 ,ＣＢＮ含量为 5 0 % ,粘结剂是ＴｉＣ ,它具有优异的切削刃稳定性。目前该公司推出的增强型ＡＭＢＯＲＩＴＥＤＢＣ5 0产品 ,保持了原有ＤＢＣ5 0的优点 ,同时提高了“立方氮化硼复合片”(ＰＣＢＮ)的刃口强度。该产品在保持原来基本成分、ＣＢＮ含量、颗粒尺寸和粘接相成分的情况下 ,通过先进的制备技术 ,改善了颗粒间的结合强度 ,这是ＰＣＢＮ材料获得高质量刃口的关键因素。另外 ,提高颗粒间结合强度 ,减少了陶瓷基体裂纹 ,也可提高刃口的耐磨性 ,进而提高了刀具寿命。由ＡＭ ＢＯＲＩＴＥＤＢＣ5 0和ＡＭＢＯＲＩＴＥＤＢＡ80制造的代号为0 0 1、0 0 2、0 0 3、0 0 5的 4种型号刀具的化学成分如表 1所示。表 1　 0 0 1、0 0 2、0 0 3、0 0 5型号刀具的化学成分刀具代号材料名称ＣＢＮ含量 (% )粒度 (μｍ) 粘结剂0 0 1、0 0 20 0 3、0 0 5ＡＭＢＯＲＩＴＥＤＢＣ50ＡＭＢＯＲＩＴＥＤＢＡ80508026ＴｉＣＴｉ、Ａ1　　 2 .被加工材料的性能微型汽车发动机的气门座压环有进气环和排气环两种 ,材料成分如表 2所示。排气门环的化学成分比进气环的多了Ｎｉ、Ｗ、Ｃｒ等元素 ,因此其强度、硬度比进气门环高一些 ,加工难度也大一些。表 2　发动机气门环、气缸盖材料化学成分及性能、组织进气门环排气门环气门座化学成分　　Ｃ 0 .8～ 1 .2 %Ｍｏ 0 .3～ 0 .6%Ｃｕ 2 .0～ 4 .0 %其它 <2 %其余Ｆｅ　Ｃ 0 .8～ 1 .3 %Ｎｉ 1 .5～ 4 .0 %Ｍｏ 0 .5～ 2 .0 %Ｃｕ 1 .5～ 4 %Ｗ0 .5～ 2 % ,Ｃｒ1 .0～ 4.0 %其它 <1 % ,其余ＦｅＳｉ4 .5～ 5 .5%Ｃｕ 1 .0～ 1 .5 %Ｍｇ 0 .35～ 0 .6 %Ｆｅ <0 .8%其余Ａ1　压溃强度 343ＭＰａ 441ＭＰａ金相组织 珠光体≥ 60 %渗碳体≤ 7%珠光体≥ 60 %渗碳体≤ 7%　　 3.刀具的几何形状针对进气门环和排气门环的不同特点研制的 4种成型刮刀的几何形状如图 2～图 4所示。图 2　 0 0 1刀　　　具形状图 3　 0 0 2、0 0 5　　　刀具形状图 4　 0 0 3刀　　　具形状　　 0 0 1、0 0 2型车刀的材料是ＡＭＢＯＲＩＴＥＤＢＣ5 0 ,0 0 3、0 0 5型车刀的材料是ＡＭＢＯＲＩＴＥＤＢＡ80 ,均为焊接式结构。ＰＣＢＮ复合片与刀杆连接可靠 ,可进行多次重磨。各种型号刀具的几何参数是 :0 0 1型车刀的主偏角为30° ,0 0 3型车刀的主偏角为 4 5°,0 0 2、0 0 5型刀具的主偏角均为 75°,副偏角均为 30°,它们的前角均为 0° ,后角均为 6°,刃倾角均为 0°。负倒棱宽度在 0 .15～ 0 .2 5ｍｍ之间 ,负倒棱前角在 - 10°～ - 2 0°之间。其用途分别为 :0 0 1、0 0 2、0 0 3用于加工进气门 ,0 0 1、0 0 3、0 0 5用于加工排气门。在精加工进、排气门环及导套孔工序中 ,因为被加工表面多 ,又需同时对气门座和气门环进行切削以确保加工质量 ,因此将多把车刀同时安装在一个刀柄上。用以上ＰＣＢＮ系列刀具加工的气门环及气门座的加工表面如图 5所示。图 5　气门环及气门座　　　加工表面示意图4 .ＰＣＢＮ刀具的损伤特征及显微分析现代制造工程 2 0 0 2 ( 5 )　　在进行切削的过程中 ,刀具的前刀面、后刀面经常与工件、切屑产生强烈的摩擦 ,使切削区的温度、压力很高 ,尽管有冷却液的作用 ,但刀具的前刀面、后刀面随着切削的进行都会产生磨损或破损。ＰＣＢＮ系列刀具在加工发动机气门环的过程中 ,因刀具的材料不同及加工部位的不同 ,所产生的损伤情况也不同 ,通过对复合片原始表面及已损伤刀具的表面进行的微观形貌观察及化学元素的分析可以查明ＰＣＢＮ刀具切削气门环时的损伤原因。ＰＣＢＮ系列刀具在切削气门 环的过程中 ,产生的损伤形态主要有 :1)刀具的前、后刀面在工作部位同时产生磨损带 ,一般是前刀面上产生月牙洼磨损 ,后刀面上产生宽度基本均匀的磨损带 ,使后角变为 0°。0 0 3型、0 0 5型车刀的材料相同 ,磨损形式基本相同。前刀面上形成的月牙洼磨损带在切削过程中 ,磨损量逐渐增加 ,使实际切削刃低于未磨损刃的高度 ,但由于ＰＣＢＮ刀具的高温硬度高 ,只有达到一定的温度和压力后才能产生磨损 ,况且又有切削液的作用 ,因此月牙洼磨损只产生在距离刀刃很近的部分 ,且很窄。月牙洼实际上起源于ＰＣＢＮ材料早期脆性损伤而引起的剥落。用ＡＭＢＯＲＩＴＥＤＢＡ80制造的刀具在应用中主要是磨损失效 ,经过重磨后能继续使用 ,所以 0 0 3、0 0 5型刀具的使用寿命较高。2 )刀具主切削刃的工作部位产生微小的锯齿崩刃或大块剥落。

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 TEL:+886 4 24710048 / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

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PCD/PCBN 切削刀具的特点多晶金刚石（PCD）和多晶立方氮化硼（PCBN）刀具虽然其 成本较高，但是这种刀具能成为提高生产率的最好工具。过去，除非是特殊加工不可缺少的，PC D?PCBN刀具几乎不为实际加工所采用。因为PCD?PCBN刀具成本太高。如今，尽管P CD?PCBN刀具仍然有点昂贵，然而其质量与可靠性已提高，从而使PCD?PCBN刀具在汽车、航空航天以及医疗设备等工业领域的许多机械加工中具有较 强的竞争性。在刚性较好的机床和刀架上安装PCD?PCBN刀具，生产厂家可充分利用PCD?PCBN所具有的潜能来提高生产率。同时在各种机械加工应用 中，PCD?PCBN刀具为生产厂家提供了更大的切削刀具的选择余地，使他们在改善成本提高生产率时有了更有利的机会。PCD?PCBN刀具有三种基本形 式：整体式、全断面式和刀尖式。尺寸较大、较厚的新型PCBN整体刀具，具有良好的耐磨耐冲击特性。刀具良好的耐磨性和耐冲击性，是加工含铁素体少于 １０％的铸铁材料的关键手段。刀具耐磨、耐冲击性的提高，对于汽车行业加工合金铸铁零件也是尤为重要的。从前，这类合金铸铁零件只有通过磨削才能加工完 工。粗加工合金铸铁时，刀具必须经受由铸造工艺遗留下来的表面裂纹、残砂和其它原有的表面不连续所引起的断续切削。好的耐磨性在精加工中也起很大的作用， 对于含铬２８％～３０％、硬度在６８～７０HRC之间的工件尤其是这样。整体PCBN刀片在两边都有多个切削刃，因而降低了单位生产零件的刀具成本。其横 剖面有４．７６mm厚，比传统刀具３．１７mm还厚，这使刀片在标准的垫片式硬质合金刀把槽上，能可靠安装。PCBN刀片也有做成全断面的和刀尖形的。全 断面刀片有一个完整的PCBN顶面，烧结在一个硬质合金基底上，只在刀片的一边提供多切削刃，这种刀片比整体刀片便宜些。刀尖形刀片是在硬质合金基底的一 角上焊接一块PCBN刀片。刀尖形刀片要么是单切削刃，要么是双切削刃。现在用的PCBN刀片大多数是刀尖形的。无论是全断面形的，还是刀尖形的刀片都按 工业标准尺寸制造，与整体刀片一样，可以安装于标准刀杆刀片槽内和铣刀槽上。PCBN刀具更适合于加工硬零件PCBN制成的刀具最适应于硬零件的切削加 工。实际上，被加工零件硬度的下限是４５HRC。如果用PCB N刀具加工硬度低于４５HRC的零件，就将产生刀痕。在粗加工中，用整体PCBN刀具切削加工的最大切削深度，在４．７６mm～６．４mm的范围内变化， 加工白铁和其它硬的高铬铁最大切削深度约为４．７６mm，加工非合金的纯铸铁最大切削深度为６．４mm。精加工的切削速度范围从加工高铬铁的 １０７～１２２m?min到加工灰铸铁的高达２１３４m?min内变化。一切用PCBN刀具的加工，都要求使用刚性非常好的工具、夹具、主轴和机床。恰当 的PCBN 刀具精加工切削速度随着工件材料、材料高度以及零件的尺寸和形状的不同而显著变化。例如，你可以在加工洛氏硬度６０～６２HRC的硬化钢时，以０． ５１mm的切削深度达到１８３m?m in的切削速度；进给量为０．０５～０．１mm?rev可以加工出较低的表面粗糙度；材料越硬要求的切削速度越高。但是，切削速度大于约１９８m?min 时，将导致过度磨损。加工普通铸铁可以用非常高的切削速度。刀尖形PCBN刀具无论是用于粗加工还是精加工都是既经济又可靠的。但是在有些场合要求使用整 体刀具和全断面形刀具。粗镗带有铸造毛刺的气缸衬里的中间部位，就是一个典型的例子。当用刀尖形刀具以非常准确的切削深度加工时，工件上的毛刺最终能使 PCBN刀片偏离正确的位置。强有力的整体和全断面PCBN刀具能消除这类问题。整体和全断面刀具都能够重新刃磨，这样就能延长刀具寿命，从而补偿它们的 较高成本。为了获得整体刀具的最好成本效益，应该使用整体刀具两边的切削刃。当前，PCBN刀具的最大发展领域是高硬切削 ———具有洛氐硬度６０～６５HRC的诸如齿轮、轴和轴承等汽车发动机合金钢零件的精加工。从传统观点来看，这样的零件只有经过磨削才能制成。而且，零件 的尺寸公差非常小，表面粗糙度非常精细。而高硬切削使得这种同样的结果在一个CNC车床上得以实现，且价格仅只有在CNC 磨床上加工同样加工质量零件成本的一半，另外车床的维护成本也较低。高硬切削由于切削深度仅为０．３～０．３８mm，可用低成本的PCBN刀尖形刀具。美 国先进Carboloy材料公司的试验结果表明，用刀尖形PCBN连续加工被硬化的钢零件（６０～６２HRC），获得的表面粗糙度为０．２μm或更小。 PCBN刀具的干切削PCBN刀具虽然在切削中有足够的硬度抵抗切削热所引起的变形，但是它很脆，如果加冷却液，由于温度骤降易发生刀刃崩裂。所以用PC BN刀具加工零件时，一般应该干切削，特别是在断续切削的情形，加工时决不能使用冷却液。刀具的刃磨质量对于PCBN刀具加工的成功与否影响很大，为了延 长刀具寿命，必须用适当的刀具刃磨方法来加强刀具的切削刃。PCBN刀具刃磨随着加工材料和粗精加工的不同而变化。精加工铸铁时，刀具刃磨量微小，而在强 力粗加工白铁时，需要刃磨出一个宽３．８mm，有１５°的T 形刀刃棱面。你也可以用刀刃棱面与细微刃磨相结合的方法进行刀具刃磨，在刀具上加一个刀刃棱面来加强切削刃强度。例如，将一个２０°的刀刃棱面加到一个 ９０°的刀具角上，可得到１１０ °的刀具角。此角越大，切削刃强度越好。由于被加强的PCBN刀具切削刃改变了背离刀刃的切削力方向，一般应该保持刀刃棱面与工件材料的硬度相对应。铸铁 粗加工时，T形刀刃棱面约为０．２mm宽，２０°；铸铁精加工时，只需一个轻微的刃磨量即可。加工硬度为６５RC的钢时，刀具的T形刀刃棱面的宽度应为 ０．１～０．２mm、角度为２０°。PCD刀具加工有色合金现在，广大生产用户已经克服刀尖颤震。他们发现PCD刀具具有成本低效益好。因为在大多数有色 金属的加工中，PCD刀具明显优于硬质合金刀具，这并不是由于加工材料本身有任何发展。目前所用的大多数PCD刀具是刀尖形的。人们将一块PCD刀片焊在 硬质合金刀杆的一角上，PCD 刀块尺寸已经在工业上标准化了，可用在标准刀杆的刀槽内和铣刀槽上。与硬质合金刀具不一样的是，PCD刀具不能转位，只有单刀刃。标准尺寸的全断面PCD 刀具，有一个完整的PCD顶面，被烧结在硬质合金基底上。虽然全断面的刀具开始时的成本较高，但是它是可转位的，能够在刀具的一侧提供多个切削刃。购买 时，这种刀具常常是圆形的，以便得到最多的刀刃。起初全断面P CD刀具主要用于特殊场合。安全可靠的刀片固位在PCD刀具应用中起着关键作用，特别是对于旋转刀具。现在将楔片与螺丝钉组合使用，如同圆锥形刀具与楔片 一样，提高了刀具的固定性。普通螺纹与压板式设计，以及用悬挂刀杆的刀具、刀杆上直接焊接了PCD刀片都能提供必要的刚性。刚性良好的刀具装置能提供 PCD刀具更可靠的效果。牢固的工件夹具和刚性良好的机床、主轴等也能够改善加工特性。如今的CNC车床和加工中心都具备PCD?PCBN切削刀具所要求 的刚度。在安装新设备时，加工车间的环境必须加以考虑，要使环境更加适合于高性能的PCD?P CBN切削刀具。精铣铝制汽车导管的刀具，常常是将刀尖形PCD刀具与普通硬质合金刀具组合起来使用。以便用来切削在一定切削深度处所遇到的铸造毛刺。这 些铸造毛刺容易连续地冲击掉P CD刀片与硬质合金刀体焊点，而最终使PCD刀片移位。PCD刀尖形刀具能以大约PCD刀片长度的６０％为最大切削深度进行铣削。即使以最大切削深度或低 于最大切削深度加工，毛刺仍然能使PCD刀片在刀具上移位。这个问题可以在铣刀上加一些普通硬质合金刀片加以解决。安装在铣刀上的这些硬质合金刀片在铣刀 的轴向和径向要稍作调整。这样一来，硬质合金刀具就可在PC D刀片的前面切掉毛刺，为PCD刀具的精加工做好预加工。刀尖形PCD刀具的另一个重要应用，是在所谓“立体化”工艺中精加工汽车零件。铸造厂为了节约货 船运费和便于收集粗加工铝制气缸头等切屑，用于回炉再循环。他们用一把PCD切削刀具，以非常大的金属去除率，半精加工铸件，包括铸件的顶面、底面、侧面 和棱等，被加工后的机械零件呈长方体形，很容易装卸和包装。由于零件占据较少的空间，使得货船运费下降。生产制造厂商要提高生产率，进行零件的连续加工， 延长刀具寿命（消除频繁换刀），应用PCD刀尖形刀具时，可使其在硬质合金上有一点倾斜。 PCD刀具在加工高硅铝制汽车零件时，诸如气缸头、引擎机体、导管、变速箱和车轮等都优于磨削加工。用PCD刀具加工时，有效地排屑是十分重要的。PCD 刀具产生的切屑非常快，加工系统必须连续、迅速地将切屑从工作区排除掉。冷却剂、空气雾、冷冻空气以及它们的综合都将产生影响。PCD刀具切削速度高达 ３０４８m?min，这就要求必须带有有效的排屑装置和一个刚性的机床和操作系统，现在的 CNC机床和加工中心都容易达到此速度。

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ＰＣＢＮ 刀具是 ２０世纪 ８０年代初发展起来的一种超硬刀具，其高效、精密切削淬硬钢的特性已引起国内外企业界的极大兴 趣，在一些场合可以用ＰＣＢＮ刀具的精密硬态切削工艺来代替磨削工艺，从而大大提高了生产效率和降低生产成本．ＰＣＢＮ刀具在淬硬钢和铸铁的精密切削加工 应用最为广泛，占ＭＮＰ＝ｒｒａｘ－的 ８０ｏ以上“，目前我国 ＰＣＢＮ刀具的应用情况并不乐观，原因是没有很好的掌握ＰＣＢＮ刀具的使用技术，使得ＰＣＢＮ 刀具的切削经济性与普通硬质合金和陶瓷刀具的经济性相当甚至要低．因此研究ＰＣＢＮ刀具的磨损特征对于开拓它的应用范围、制定合理切削参数和提高生产效率 都有重要意义．ＭＮ刀具的磨损机理与ＣＢＮ颗粒的直径和百分含量、粘结剂的种类、切削参数和工件材料等许多因 素有关，ＰＣＢＮ刀具的磨损是在机械、热、化学等多种作用形式下产生的，而且当切削条件发生变化时，ＰＣＢＮ刀具的主要磨损形式也会发生相应变化门．２氧 化磨损 切削铸铁时，刀尖处的高温区可达８００℃以上，氧化磨损表现的比较明显．此时ＰＣＢＮ刀具刀尖部分是在较高的压力（ＳＧＰａ）和高温（８００～１２００ ｔ）下工作的，易生氧化磨损和相变磨损，经过氧化和相变，该部分将会失去其切削能力．图 ｌａ为 ｈ Ｂｅｅｒｓ公司 ＡＭＢＯＲｒｙＥ ＤＢＣ５０刀具的原始组织形态，其基本组成成分（质量分数）包括５０％ＣＢＮ，４０％ＴＩＣ，６％ＷＣ和 ４％ＡＩＮ八皿２．图 ｆｏ为 ８００℃时发生氧化的ＤＢＣ５０组织形态，Ｘ射线分析表明氧化层的主要成分为ＴｔｏＺ．实验表 明，在一定的切削条件下，ＰＣＢＮ刀具的基体组织ＣＢＮ颗粒的稳定性很高，基本上不发生氧化 反应＊’，而粘结剂的惰性表现不够稳定，因此生成脆性较大的Ｔｏ。晶体，很容易通过磨料磨损形式被切屑带走，从而使刀具切削性能不稳定．切削淬硬钢时，切 屑呈“半熔”态，刀尖处的高温区最高可达 １０００℃以上仰，而且在切削一段时间后，刀具刃口和后刀面的轻微磨损使得切削压力高达１０Ｇ Ｐａ，工件材料中的Ｆｅ在高温高压下很容易与空气中的氧发生化学反应而生成ＦｅＯ的氧化层， 在合理的切削条件下能起到保护刀具刃口的作用，但这种氧化层的硬度较低，在摩擦过程中容易脱落间，从而使后刀面磨损加剧．图２ ａ为 ＤＢＣ５０刀具切削ＧＣＩＳ轴承钢（ＨＲＣ６２）时后刀面的磨损形貌，明显可以看到ＰＣＢＮ刀 具后刀面脱落层．图３为工件材料与刀具接触区氧化反应的示意图．实验研究表面发生氧化反应的 过渡层厚度大致为３００—８００ｕｒｎ，在这个过渡层中工件材料和刀具材料并没有发生明显的 化学反应，但它却能使工件表面质量变坏，因此在淬硬钢的精密硬态切削中控制好氧化磨损极为重 要．通过对接触层元素的检测，如图二ｂ所示．可以发现Ｆｅ和Ｏ的质量分数不断的降低，而Ｎ， ＢＪｉ和Ｃ元素的质量分数都有不同程度的上升，因为融人ＴＩＣ／ＣＢＮ间隙中的ＦｅＯ氧化层硬度低而不断地流失，从而使其他元素的含量增高．３扩散磨损 ＣＢＮ与铁族元素（Ｆｅ，Ｎ，Ｃｏ等）具有很强的化学惰性．研究表明：ＣＢＮ晶粒与纯铁的扩散 实验中没有发现两者之间的相互扩散，如图４ａ所示．可见Ｆｅ和Ｂ元素都没有发生扩散；在ＰＣＢＮ与５５”钢的扩散实验（１２００℃，加热３０ ｎｕｎ）中发现 ＣＢＮ刀具中的Ｂ和Ｃ。向Ｆｅ中多少有些扩散，从图４ｂ可看到刀具中Ｂ元素的质量分数逐步降低 ．加热实验还表明ＴＷ结合剂和ＴＭ结合剂ＰＣＢＮ刀具中的ＡＩ和被加工材料中的Ｎ相互产生了扩散，Ｃ。结合剂ＰＣＢＮ刀具中的Ｃ。和被加工材料的 Ｎ也产生相互扩散，若刀具材料中含有Ｎ成分，则扩散磨损更为严重Ｉ４．另外，当ｐＣＢＮ刀具结 合剂中用含有ＡＩ及被加工材料中含有ａ时石ｉ会向刀具中扩散，导致刀具磨损．图５为ＰＣＢＮ 刀具切削淬硬钢时刀具的微观组织和元素分布，白色的ＴＩＣ衬托于黑色ＢＮ相之上，刀具后刀面 上可检测到Ｆｅ，ＡＪ，Ｍｎ和出元素，而且还发生了一些化学变化，这充分说明了切削淬硬钢时存在扩散磨损现象．４微裂解磨损 ＰＣＢＮ刀具在切削过程中，刀具工作面与被加工材料及周围介质发生化学反应，反应生成物被溶化 后，在刀具前刀面上形成一层液态薄膜．此液态薄膜成分主要是ＰＣＢＮ刀具和工件材料及其氧化物、碳化物、氮化物和硼化物，如ＢＺＯ３，Ｆｅ—ＦｅＢＺ共晶 体等，另外还有一些金属间化合物． 切削过程中形成的液态薄膜对ＰＣＢＮ刀具的磨损有较大影响，切削速度较低时，液态薄膜的粘度较 大，易被切屑粘结带走，因此磨损较为严重；随着切削速度升高，切削温度上升，液态膜动力粘度 下降，对刀屑间的摩擦有明显的润滑作用，而且ＢＮ在薄膜中已经饱和，此时薄膜就像保护层一样 ，可以防止进一步的成分扩散和化学磨损，故磨损较小．用含ＡＩＮ结合剂的ＰＣＢＮ刀具切削经 奥氏体等温淬火的球墨铸铁的试验表明，ＡＩＮ和被加工材料中的引结合形成ＳＩＡＩＯＮ而导致刀具磨损，结合剂中ＡＩ的含量越高，刀具后刀面磨损速度就越 快，刀具寿命就越短旧．ＰＣＢＮ是由无数微小的无方向性的ＣＢＮ单晶组成，在ＣＢＮ聚晶过程中，从触媒或添加剂中要扩 散进去一些“杂质”如Ｓｔ，Ｃａ，Ｃｕ等元素，这些“杂质”存在于晶界间，晶界为杂质富集区 ，是强度的薄弱环节．从某种意义上可以视为“裂纹”，无论在原始晶粒内部还是在晶界处均因先 天或后生条件而存在着内应力，由于存在“精细裂纹”和内应力，导致聚晶体的实际强度远低于其 理论值．ＰＣＢＮ刀具在切削时刀刃部微小单晶颗粒脱落的现象称为微裂解，数个ＣＢＮ颗粒剥落 称微崩刃．微裂解和微崩刃混杂磨损是超硬刀具材料所恃有的磨损类型．ＰＣＢＮ刀具切削时，由 于热切屑流摩擦、刮研及被加工材料材质不均时导致的微冲击以及机床一工件一刀具系统的振动等 因素，使聚晶体首先在晶界处产生裂纹，单晶颗粒不连续的脱落，造成刀具的微裂解和微崩刃门，在刃口处形成凸凹不平的裂解区不断扩大，直至产生裂断．５结 语 以上各种因素的磨损相互影响、互相促进，如氧化磨损与相变磨损必然伴随粘结磨损，并使机械磨损 加剧，同时也促进剥落磨损和微崩刃磨损的产生．因此，成功实施ＰＣＢＮ刀具对淬硬钢和铸铁的 精密切削加工的前提是控制切削过程ＰＣＢＮ刀具的适度磨损，研究各种磨损产生的原因和控制对 策．

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 TEL:+886 4 24710048 / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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金 刚石有两种形态。一种是单晶金刚石 ,它虽然具有无可比拟的硬度 ,但性脆而不耐冲击。另一种是聚晶 (ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ)金刚石 ,被叫做“Ｃａｒｂｏｎａｄｏ”。天然的Ｃａｒｂｏｎａｄｏ是一种名贵的聚晶金刚石。它各向同性 ,质地非常致密坚韧 ,冲击韧性可达到单晶金刚石的 10倍 ,工业使用价值极高。然而 ,它蕴藏在地下数百公里的岩体里 ,只有火山喷发时才被带出地表 ,储量少 ,发现困难 ,价格昂贵 ,不能满足生产的需要。196 1年 ,美国率先用爆炸法合成出“Ｃａｒｂｏｎａｄｏ”型聚晶金刚石微粉 ,随后ＤｕＰｏｎｔ公司等取得了一系列专利。他们所使用的方法 ,每次用炸药 5吨 ,每公斤炸药的金刚石产量约为 10克拉。产品需经球磨或气流磨浑圆化整形。目前用先进的气流磨浑圆化只能处理0 .5 μｍ以粗的颗粒。从 70年代初开始 ,中科院力学所邵丙璜等人开展了长达 8年的爆炸合成金刚石研究 ,取得了颇具特色的成果。并于 1993年创建了中国第一家规模化生产的爆炸合成金刚石厂。每公斤炸药金刚石产量约为 6 0克拉 ,年产能力为 10 0万克拉 ,主要销往国外。产品为“Ｃａｒｂｏｎａｄｏ”型聚晶金刚石微粉 ,自然呈团球状 ,不需整形工序。近年来 ,本文作者又对爆炸合成金刚石的爆炸力学及相变动力学过程做了大量理论分析、数值计算和实验工作。借助计算机筛选实验参数 ,对技术方案和工艺流程做了较大改进 ,使每公斤炸药的金刚石产量提高到 10 0克拉 ,降低了成本 ,展现了良好的产业化前景。作者的最新研究表明 ,每公斤炸药的金刚石产量可望再上一个台阶 ,从而可进一步降低成本 ,提高产品的市场竞争能力。我们研制的“Ｃａｒｂｏｎａｄｏ”型聚晶金刚石微粉是由直径为 3～ 10ｎｍ的纳米晶粒 ,通过不饱和键结合而成的微米和亚微米聚晶微粉 ,因而各向同性无解理面 ,具有很高的韧性。聚晶金刚石微粉的上述结构特点使得它既具有无与伦比的硬度、化学稳定性和导热性 ,同时又兼有纳米材料超常的高强度和高韧性。双重优点使它从本质上优于天然单晶金刚石和静压法人造单晶金刚石微粉 ,避免了单晶金刚石微粉容易沿解理面脆性断裂的弱点 ,因而不易划伤工件表面。在磨削过程中 ,随着纳米晶粒的剥落 ,不断出现新的刃口。用“Ｃａｒｂｏｎａｄｏ”型金刚石微粉制成的磨具和研磨剂 ,可用于精细陶瓷、集成电路芯片、各类宝石、铁氧体磁头、石英片、硬质合金、光学镜头等各种坚硬材料制品的精加工和抛光。与单晶金刚石微粉相比 ,其加工效率高、使用寿命长、表面光洁度高 ,显示了优异的性能。以国际驰名的ＤｕＰｏｎｔ公司的Ｍｙｐｏｌｅｘ品牌为例 ,与天然或人造单晶金刚石相比 ,在加工坚硬材料时不仅光洁度更高 ,工作效率也提高了近 4倍。 1995年 ,其微米和亚微米级金刚石微粉售价为 2～ 3美元 克拉 ,其中最贵的达 11.8美元 克拉 ,远高于静压法的单晶金刚石。近年来 ,随着芯片技术的发展 ,许多坚硬材料被用作集成电路的基底 ,如蓝宝石、硅、碳化硅、熔融石英、氧化铝、碳化钛等。上述材料不但都很坚硬 ,而且对制成的芯片后的光洁度要求极高。因为要利用光刻技术在该表面上刻蚀出极细微的集成电路图案 ,所以任何一条细小划痕都能导致整个芯片报废。十多年前 ,美国芯片的合格率常常低于 5 0 % ,目前 ,在美国一流工厂生产芯片的合格率达到 80 %以上。Ｍｙｐｏｌｅｘ聚晶金刚石在芯片超精抛光中起着重要的作用。随着光刻技术的发展 ,要求使用波长越来越短的光源 ,目前已开始用Ｘ光代替深紫外光。刻制的精度也由 0 .35 μｍ向0 .18 μｍ ,0 .13μｍ ,0 .1μｍ方向不断提高。 1996日本电信电话公司报导 ,用Ｘ射线已成功地在半导体芯片上刻出宽度仅为 0 .0 7μｍ的线。刻制精度每上一个台阶 ,都对芯片表面的加工精度提出了更苛刻的要求。单晶金刚石和目前国际市场上的非团球状的聚晶金刚石 ,在超精细加工时都存在划伤工件表面的可能性。而用我们的团球状“Ｃａｒｂｏｎａｄｏ”型聚晶金刚石抛光后 ,表面不平度可降到 0 .6ｎｍ以下 ,显示出它独特的优越性。因此 ,团球状Ｃａｒｂｏｎａｄｏ型聚晶金刚石微粉 ,将在2 1世纪的芯片表面加工产业中发挥重要作用。1997年世界芯片产量已达到 35 0 0亿块 ,其中 15 0亿块用于微处理器。随着芯片精度的提高 ,容量的扩大 ,对于能确保产品最终表面精度的爆炸合成金刚石微粉的需求必将同步增长。以每加工 15 0块芯片平均需要 1克拉金刚石计 ,则潜在的金刚石微粉市场可达1亿克拉以上。据 1997年统计 ,全球共有 79家芯片制造厂 ,主要分布在美国、日本、韩国、欧洲和中国台湾。因此 ,爆炸合成金刚石的用户主要也在上述国家和地区。截止 1999年底 ,中国内地共有 7家芯片生产厂。2 0 0 0年是国内芯片工业发展的一个转折点 ,仅 12月北京和上海两地又有 4家芯片工厂破土动工。预计我国对集成电路市场的需求将迅速增长。国内芯片制造业的发展必将为聚晶金刚石微粉提供巨大的市场。由于聚晶金刚石微粉可牢固地 镀覆在物体表面 ,形成光洁、平滑“永不磨损”的表面层。这种镀层较其它著名耐磨材料具有高几倍到几十倍的耐磨性 ,所以采用球状聚晶金刚石微粉的化学镀层将是多种高科技产品表面改性的有效途径。195 5年美国ＧＥ公司首先用静压法合成出ＣＢＮ。静压法合成的ＣＢＮ与静压法合成的金刚石一样是单晶 ,存在解理面 ,在冲击载荷作用下极易沿解理面发生断裂。这对于要承受高速断续切削的刀具来说是一个很大的缺陷。 196 7年 ,前苏联科学院化学物理研究所用爆炸法合成出ＷＢＮ。但ＷＢＮ的硬度和热稳定性均低于ＣＢＮ。 70年代苏联和日本相继实现了爆炸法合成ＷＢＮ的工业化生产。在日本 ,致密相氮化硼产品的销售量每年递增约 2 0 %。据悉 ,日本从美国进口静压法ＣＢＮ微粉的价格约为 3美元 克拉。ＷＢＮ微粉国际市场价格约为 1美元 克拉。由于静压法合成的ＣＢＮ容易沿解理面断裂 ,因而以它为主要成分烧结成的刀具 ,包括美、英、俄、日的一些著名品牌都普遍存在抗冲击强度低的问题 ,且抗挠曲抗断裂强度也不理想。而用ＷＢＮ为主要成分制成的刀具硬度又达不到要求。因此从 80年代开始 ,前苏联和日本研制了以爆炸合成的ＷＢＮ和静压法合成的ＣＢＮ混合制成刀具并进入市场。这是在人们解决不了爆炸合成ＣＢＮ问题的情况下不得已而采取的办 法。这类刀具在实用中也取得了良好效果。可在无冷却润滑剂的干燥状态下高速切削硬度为Ｒｃ=6 0 6 3的淬火钢。连续切削 6 0分钟后刀具磨损仅为 0 .2ｍｍ左右。这种持续切削的性能保证了长时间的连续生产而不必停机更换刀具 ,对现代化生产线具有重要意义。在日本 ,直径 2 0ｍｍ的这种氮化硼刀片 ,每片售价高达 2 0 0美元。70年代我国曾进行过爆炸合成致密相氮化硼的实验研究。但其产物均为ＷＢＮ。 2 0多年来 ,实现用爆炸法合成ＣＢＮ一直是人们梦寐以求的目标 ,但到目前为止 ,国内外尚未找到可规模化生产爆炸合成ＣＢＮ的方法。近年来作者开展了爆炸合成致密相氮化硼的理论分析和实验研究工作 ,取得了令人鼓舞的结果。每公斤炸药的产量达 10 0克拉以上 ,技术方案便于规模化生产。由产品的Ｘ衍射峰高度近似估算出其ＣＢＮ与ＷＢＮ的重量比约在 6 0∶4 0到 70∶30之间。由于爆炸法合成的致密相氮化硼在远离相平衡线的条件下生成 ,因而成核率极高。在 1～ 2 μｓ时间内已形成大量纳米微晶 ,其平均粒度约为 8ｎｍ。这些纳米晶聚集形成粒径为 0 .1～ 0 .3μｍ的聚晶微粉。用纳米晶构成的聚晶微粉烧结成刀具后 ,各向同性无解理面 ,因而冲击韧性极好。静压法ＣＢＮ刀具虽有诸多优越性 ,但使用量占整个刀具市场的比例尚小。以美国 1996年统计资料为例 ,金属切削刀具总耗费为 6 0 0亿美元 ,而ＣＢＮ刀具仅占 6亿美元左右。这主要是由于用静压法得到的单晶ＣＢＮ韧性不够理想造成的。爆炸法合成ＣＢＮ产业化的突破 ,将从根本上改变这种状况。此外 ,爆炸法单次产量为静压法的若干倍 ,后处理工艺简单。这些优点可使爆炸法ＣＢＮ的成本较低。如果这种产品能在美国刀具市场占据 1%的份额 ,产值即可达 6亿美元。1999年日本旭化成公司发表了爆炸法人工合成氮 碳 硼异性金刚石的工作。该产品为蓝黑色微粉 ,兼有金刚石和立方氮化硼的优越性能。

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