ＣＢＮ （ＣｌｌｂｉＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅ立方氮化硼）是在高温高压下合成的非天然物质，其 硬度仅次于金刚石，且具有较高的热稳定性，在１２００—１３００ｏＣ时，也不与铁系金属起化学作用，是理想的切削铁系金属的刀具材料．自从１９５７年美国 ＧＥ公司首先开发成功后，ＣＢＮ主要作为磨料用于磨削．７０年代初期苏联、美国、中国等国家又先后研制成功了大颗粒的ＰＣＢＮ （ＰｏｌｙＣｒｙｓｔａｌｌｉｎＣｕｂｉｃＢｏｒｏｎＮｉｅｄｅ聚晶立方氨化硼）烧结块及ＰＣＢＮ复合片，开始用于切削加工．ＰＣＢＮ是ＣＢＮ颗粒加结合 剂在高温高压下烧结而成，具有和ＣＢＮ几乎相同的耐热性和硬度，根据结合剂种类的不同及ＣＢＮ含量的不同，ＰＣＢＮ复合片的切削性能也有所不同ｌ’， ２１．目前各国都推出了不同牌号的ＰＣＢＮ复合片．我国使用较多的是贵州第六砂轮厂生产的ＰＣＢＮ复合片，进口的ＰＣＢＮ复合片主要是英国ｈＢｅｅｒｓ公 司和美国ＧＥ公司的产品．本文就实际应用ＰＣＢＮ刀具进行切削加工的参数选取等进行探讨．ＩＰＣＢＮ刀具几何参数选择复合片脆性比硬质合金大，因此，在设 计ＰＣＢＮ刀具时要着重考虑刀刃及刀尖强度问题．在ＰＣＢＮ刀具研制及使用过程中，为增强刀尖强度，将刀尖部分研磨成半径为Ｃ。０．４ｍｍ的刀尖圆弧；增 加切削刃强度的方法主要是磨制出负倒棱，倒棱前角取ｙｏ— 一１０ｏ——３０ｏ，负倒核宽度与切削用量及被加工材料性能有关．在加工高合金耐磨铸铁时，用国产ＰＣＢＮ复合片，倒校前角ｙｏ－２０ｏ，负倒棱宽度ｂ， 一０．３采用切削用量为：切削速度ｖ—９３．４４ｍ／Ｉｎｉｎ、进给量ｆ—０·４８Ｉｎｍ／ｒ、背吃刀量ａｐ—０．５ｍｍ、切削时间为６ｍｍ、刀具后刀面 磨损ＶＢ＝０．Ｉｎｎｎ左右，切削平稳，加工表面质量符合技术要求．用相同的ａ。和ｆ，且要保证切削时间同样为６Ｉｍｎ（加工完一个工件）时，如用 ＹＴ１５硬质合金刀具，切削速度只能选择ｖ—２５ｆｏｒ．用俄罗斯产＊ＣＢＮ刀具切削表面喷焊材料（含镍刀％一８０％，硬度为ＨＲ刀）时，切削用量为：切 削速度Ｖ＝Ｈｍ／Ｉｎｊｎ、背吃刀量ｑ一０．８——、进给量ｆ—ｏ．３见叩，考虑具体情况，取刀尖圆弧半径、一０．６——，刀具切削时间ｇｏｎｕｎ，加工 表面粗糙度为凡一２．８仰ｎ，满足技术要求．而用国产＊＊＊Ｎ刀具采用同样的切削用量时，仅切削３ｎｕｎ即产生崩刃．为保证切削刃有足够强度，后角要取得 小一些，一般不大于６ｏＺ前角和刃倾角可取为队主偏角和副切削刃的设计则要根据具体加工情况而定ｍ．２ＰＣＢＮ刀具切削部分的结构形式及特点分析目前常见 ＰＣＢＮ刀具切削部分的结构种类如图１所示．图ｌａ结构为大颗粒烧结块固定于刀头之上，然后再通过机夹方式将此刀头夹于刀杆之上．目前俄罗斯的刀具常用这 种结构形式．这种结构容易出现的问题是当切削时间较长或选择切削用量较大时，切削温度较高，刀头材料软化，易造成打刀或烧结块脱落；另一个缺点是烧结块大 小有限，因此重磨次数少，且重磨时需磨３个刀面．图比所示结构为机夹可重磨式复合刀头，这种结构具有一般机夹刀具的优点，即刀头部分可重磨，增加了刀具的 使用寿命，刀杯又可重复使用．但就刀具整体而言，刀头部分占整个刀具成本的９０％左右．这种结构也存在缺点，即增加了一个连接部分，刀头夹固不好时，产生 微小的串动也会造成打刀，刀具的可靠性有所降低；另一个弱点是刀尖部分ＰＣＢＮ复合片面积小，重磨次数非常有限，同时ＰＣＢＮ复合片与刀头焊接面积小，当 切削温度升高时，焊接部分软化，强度下降，整个ＰＣＢＮ复合片易脱落，造成打刀．图ＩＣ所示为在可转位硬质合金刀片一角上焊有一ＰＣＢＮ复合片．这种结构 同标准硬质合金刀片一样，可直接用于可转位刀杆之上，这种结构同图ｆｏ所示结构具有同样缺点，而且还不能重磨，因此，成本较高．目前这种结构刀具主要用于 自动化程度较高的加工中心及数控机床．图ｉｄ为焊接式ＰＣＢＮ刀具结构．此种结构特点是重磨次数多，且ＰＣＢＮ复合片与刀具连接可靠．但这种刀具要求 ＰＣＢＮ复合片质量要高，不然易产生大面积崩刃，使整个刀具报废．３ＰＣＢＮ刀具切削用量的选择原则３．ｌ切削速度的选择ＰＣＢＮ刀具材料由于其常温与高 温硬度都很高，且热稳定性好，因此可以用于较高速度的切削加工．试验研究证明，其切削速度高于一定数值后，切削速度与刀具寿命关系便不再符合泰勒公式．图 ２所示为ＰＣＢＮ刀具切削淬硬高速钢的磨损曲线［４］．由图２可以看出，当切削速度低于５４ｗｔ时，刀具寿命随切削速度提高而增加，当切削速度高于 ５４ｆｏｒ时，刀具寿命随速度提高而降低．由图３可看出，当切削灰铸铁时，切削速度在高速区域刀具寿命反而高ｌｑ．因此可以看出，ＰＣＢＮ刀具的切削速度 有一最佳值且与被切削材料的性能有关，同时也与背吃刀量有关．实验研究证明，采用ＰＣＢＮ刀具切削淬硬材料和灰铸铁时，可以得到很小的表面粗糙度值，另外 可以以车代磨提高效率．３．２背吃刀量的选择选择背吃刀量应先考虑金属的软化效应．金属软化最早由英国ＤｅＢｅｅｒｓ公司发现并提出的，认为用ＰＣＢＮ刀 具切削硬度大于ＨＲＣ４５的淬火材料时，精细切削易造成刀具快速磨损，而大切深的粗加工由于有足够的热量对切削区金属进行软化，ＰＣＢＮ刀具的磨损反而降 低，ＰＣＢＮ刀具的上述切削性能称为金属软化效应．图４中两把刀具ＢＮＩ、ＢＮ３的材料来源、刀具角度、工件材料完全一致，在试验开始约ｓｎｄｎ后，大切 深（０．６ｍｍ）的ＢＮ３刀具磨损开始小于小切深（０．２ｍｍ）的ＢＮＩ刀具磨损，随着切削时间的延长，两者的差值有扩大的趋势．比较图５中两把刀具的切 削力对比，也可看出，ＢＮ３的切削力是ＢＮＩ的近３倍，这说明ＢＮ３切削刀尖部分在承受３倍于ＢＮＩ切削力的情况下，其磨损反而更低，这就是ＰＣＢＮ这种 超硬材料刀具所独有的金属软化现象Ｉ’］．要使ＰＣＢＮ刀具切削时产生金属软化效应，就需使切削面积足够大，有资料表明，产生金属软化的临界面积为０． Ｚｍｍｘｏ．６ｍｒｎ．因此，在进给量确定后，背吃刀量的选择应考虑生成大于产生金属软化效应的切削面积．３．３进给量的选择由于ＰＣＢＮ刀具需制出负倒 棱，因此，进给量的选择要大于倒棱宽度．另外，ＰＣＢＮ刀具主要用于精加工，背吃刀量一般较小，为产生金属软化效应，进给量应取大些．在加工高铬铸铁时取 ｆ—０．４８ｒｕｍ／ｒ，ｔｏ工表面喷镍压辊时取ｆ—０．３ｍｍ／ｒ，都取得了较好的效果．切削用量的选择要注意这三者之间的综合影响，ＰＣＢＮ复合片耐 高温，但复合片与其它部分的连接强度往往制约切削效率的提高．如切削杂质泵套（高铬抗磨铸铁材质），当选用切削用量：ｖ—９４ｍ／ｒｘｌｌｌ：ｌ、ｆ— ０．４８ｎｕｎ／ｒ、ａ。一０．５０ｍｍ时，加工一个件的切削时间为４ｍｉｎ，刀具磨损不明显，加工表面质量满足要求．但将切削用量调整为ｖ— １１５ｍ／Ｉｎｉｎ、ｆ—０．４８ｎｄ、闪一２ｒｕｍ时，复合刀片与刀体连接部脱焊，刀片错位，造成打刀．４适合ＰＣＢＮ刀具加工的材料硬度由于ＰＣＢＮ 刀具耐高温１２００—１３００℃，而且在１２００℃以上也不与铁系金属产生化学反应，因此，目前ＰＣＢＮ刀具多用于淬硬钢、冷硬铸铁及表面热喷涂料的切削 加工，而用于加工中等硬度的材料时往往体现不出较好的切削性能．在一定条件下，刀具寿命与工件硬度的关系如图６所示．在两种不同切削速度下，ＰＣＢＮ刀具 的寿命都在工件硬度ＩＩＲＣ３５左右时最低，因此就ＰＣＢＮ刀具而言不适用于加工中等硬度的材料．图７所示为不同工件硬度下，ＰＣＢＮ刀具与硬质合金刀具 寿命的对比．可看出：在加工中、低硬度的工件时，ＰＣＢＮ刀具寿命还没有硬质合金刀具寿命高．在加工ＨＲＣ５０以上硬度工件时，刀具才开始发挥出其超硬性 能，在加工ＨＲＣ６０以上硬度的工件时，其寿命要高于硬质合金刀具寿命１０倍以上．从以上分析看出：ＰＣＢＮ刀具用于加工高硬度材料才能发挥出其优越的性 能．５ＰＣＢＮ刀具的使用条件１）加工设备由于ＰＣＢＮ刀具脆性大，因此要求机床主轴偏摆要小，刀架及整个加工系统刚性要好，且机床振动要小，以防打刀． ２）冷却润滑虽然ＰＣＢＮ复合片能承受１２００～１３００℃的切削温度，但ＰＣＢＮ复合片与刀体的连接部分却仅能承受７００℃（铜焊情况下）左右的温度， 因此，最好进行冷却润滑．但是ＰＣＢＮ刀具在１０００ｔ左右时易产生磨损，因此不宜用水或其它氧化性冷却液，以免加剧氧化磨损．比较适宜的冷却液是有极压 作用的切削油．３）ＰＣＢＮ刀具使用前的修磨与检查ＰＣＢＮ刀具使用前最好将前、后刀面进行研磨，以减小切削过程中的摩擦，另外也可以提高切削刃的直线度 预防刀具的非正常破损．在使用前要用５０倍以上的放大镜检查切削刃的质量，若锯齿度大将会影响刀具寿命．（下转第刀页）（上接第６７页）６结语由于 ＰＣＢＮ刀具应用前景广阔，应用时应充分了解其使用条件和切削性能，使效益价格比达到最高．ＰＣＢＮ复合片用于切削加工近２０年，且已有很多成功实例，但 对这种刀具材料切削性能的系统定量研究还很不深人．其原因之一是刀具价格太高；之二是国产刀片材质性能还很不稳定，再就是能发挥其切削效果的高硬度被加工 材料也比较昂贵．因此，为开发出高效的超硬材料ＰＣＢＮ刀具，还需投人大量的财力及人力进行深人系统的研究，以取得能真正用于生产实际、产生经济效益的研 究成果 ．
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