慧典市場研究報告網訊
有色金屬產業是重要的基礎原材料產業，產品種類多、應用領域廣、產業關聯度高，在經濟建設、國防建設、社會發展以及穩定就業等方面發揮著重要作用。今年
1-9月份，我國10種有色金屬總產量為2351.32萬噸，同比增長26.46%。其中精煉銅340.69萬噸，同比增長13.42%，原鋁(電解
鋁)1244.91萬噸，同比增長37.31%。自2002年起，我國10種常用有色金屬(銅、鋁、鉛、鋅、錫、鎳、鎂、鈦、汞、銻)總產量穩居世界第一
位，多種金屬產量居世界第一或前列，佔世界總產量的比重日益上升。
我國有色金屬產業存在一些深層次問題
近
年來，我國有色金屬產業發展取得顯著成績，國際金融危機爆發之前，10種有色金屬產量保持在年均15%以上的增長速度，工業總產值和進出口貿易額保
持30%以上的增長速度，在價格飆升的帶動作用下，實現利稅總額保持在45%以上的增長速度。但與此同時，有色金屬產業發展也存在一些問題，主要有︰
(1)產業組織不合理，產業集中度低。當今世界，有色金屬工業生產集中度越來越高，生產要素越來越多地流向跨國礦業公司。但是，與這種世界有色金屬工業集中度不斷提高的進程相反，近年來中國有色金屬工業產業集中度卻呈現“分散化”趨勢。
(2)
低水平重復建設，產能過剩問題突出。在有色金屬工業中存在大量的規模以下企業(佔到有色金屬工業企業總數的75%以上)，這些企業不但規模小，
而且產生的問題較多。從近年來整頓關閉非法生產礦井和冶煉企業來看，小企業存在的問題主要有︰濫采亂挖，破壞資源;走私販私，屢禁不止(比如，我國早在
1991年就對鎢、錫、銻、離子型稀土實行保護性開采，嚴格控制開采和出口總量，但實施效果並不理想);非法冶煉，污染環境;安全生產條件惡化，生產事故
時有發生等。大量的低水平重復建設，使得
產能過剩問題突出。據報道，截至2008年底，電解鋁已建和在建產能超過1800萬噸，當年消費1260萬噸，產能嚴重過剩。目前仍有一部分在建工程，2010年產能將比2008年新增20%左右。此外，銅、鉛、鋅、鈦也存在盲目發展與原料供應嚴重失衡的矛盾。
(3)經濟增長方式粗放，節能減排任務艱巨。長期以來，有色金屬產業經濟增長方式粗放，節能減排任務艱巨。
一是技術水平參差不齊，落後生產技術仍佔有相當比重。截至2008年底，國內仍有落後的小預焙槽電解鋁產能80萬噸，煉銅產能30萬噸，鋅冶煉產能40萬噸，落後燒結鍋煉鉛產能60萬噸，環保不達標、能耗高的燒結機煉鉛產能近150萬噸。
二是產品單耗與世界先進水平仍有一定差距。以銅加工技術進步為例，近年來技術經濟指標已有好轉，但與國外發達國家相比仍然存在著差距。
三是結構調整退出機制尚未建立，難以有效淘汰落後產能，尤其是產業集中度低的鉛鋅行業，偏遠地區的落後產能淘汰難度更大。加之政策機制不完善，投入不足，難以有效監管。
(4)
國內礦產資源短缺，對國際市場依賴程度高。隨著中國有色金屬產量的持續大幅度增長，資源短缺問題越來越突出，國內主要有色金屬礦山面臨著資源危
機。據調查，在113個大中型有色金屬礦山中，探明資源枯竭型礦山佔56.6%;探明資源危機型礦山佔28.9%;探明後備資源有保證的礦山僅佔
19.5%。由于國內礦山供應能力不足，造成原料自給率逐年下降。目前，全國10種常用有色金屬產量國內礦山自給率不足50%。有色金屬工業已發展成為對
外依存度最高的產業之一，目前年需求量的60%的銅、40%的鋁、20%的鉛、15%的鋅靠進口原料生產。這種情況，嚴重影響了中國有色金屬工業的可持續
發展。
金融危機怎樣影響我國有色金屬產業競爭力
由于我國有色金屬積累了一些長期存在的深層次的問題，加上有色金屬產品具有金融衍生
產品的屬性，在2008年國際金融危機來襲時，有色金屬產業表現為嚴重的不適應，突出地表現在︰
第一，有色金屬產品價格大幅度“跳水”。由于銅、鋁等主要有色金屬具有衍生金融商品屬性，受金融危機影響程度更大，價格下降勢頭比其他工業產品更猛，多數有色金屬產品價格下降超過50%以上。
第
二，進出口量價齊跌。在金融危機的影響下，一段時期內有色金屬礦采選業、冶煉及壓延加工業的出口和進口在數量、價格和價值方面均出現不同程度的下
跌。2008年11月至2009年11月，有色金屬礦采選業出口數量指數和出口價值指數連續小于100，其中，2009年4月的出口數量只相當于上年同期
的7%，出口價值只相當于上年同期的9.6%。
第三，有色金屬產品產量和工業增加值增長受到負面影響。2008年8月至2009年2月，有色金屬產品產量和工業增加值出現連續的環比負增長或同比負增長。
第四，有色金屬企業庫存增加，經濟效益大幅下滑。國際金融危機的加深，造成有色金屬行業進出口貿易大幅度減少。而有色金屬價格跳水，也造成國內企業購買有色金屬產品呈觀望態度，制造業企業為消化庫存盡量推遲購買，使國內有色金屬產品銷售不暢，經濟效益嚴重滑坡。
第五，有色金屬再生產業受到負面影響。表現為再生行業企業停產、虧損，職工放假、員工失業等現象突出。
來源︰中國鈦白網
引用出處：
http://big5.hdcmr.com/bgfree28374.html
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● 蔡成平
稀土危機爆發後，日本媒體
關注的焦點從痛批菅內閣“外交懦弱”、“干涉司法”，迅速轉移到了如何應對日趨白熱化的“稀土戰”。可以說，能否打贏“稀土戰”事關日
本<span>汽車</span>及高新技術產業的生死存亡，也直接關係到菅內閣在巨大的壓力面前能否扳回一局、免於內閣總辭。
菅直人內閣的稀土危機應對策略，可以用“政官學商四位一體”一言概之。這並非菅內閣的獨創，而是日式“集團主義”文化決定的必然選擇，也是日本既往應對危機最常用的手法。以下分述政、官、商、學各界在這次“稀土事件”中如何借力使力提升日本影響力並間接孤立、打壓中國。
為稀土回收立法並追加預算
政：主要指國會，政治家尤其是國會議員的主要職責是立法及審議財政預算。
實
際上，鋻於中日關係複雜詭異，深知稀土需求高度依賴中國的日本政界從沒真正高枕無憂。稀土危機發生後，媒體還是齊聲痛批國會危機意識不強，“愚蠢”到將好
雞蛋全部放在一隻籃子裏。其實，日本1959年即制定了垃圾分類處理及回收利用法，從廢棄電腦硬盤、光碟機、電機、汽車中，回收利用稀土的技術也在漸趨成
熟，但由於自民黨和民主黨兩大政黨長期在國會相互掣肘，與稀土回收利用相關的法律一直處於被擱置狀態。目前該法案又再被提上國會日程，一旦審議通過，在日
本稀土回收利用將受到法律的切實保護和嚴格約束。
同時，日本國會10月26日應日本經團連和經濟產業相的陳請，通過了3369
億<span>日元</span>的臨時追加預算，專用於和第三國合作開發稀土資源，支援日本企業從廢舊汽車
和<span>家電</span>中回收提煉稀土資源。日本國會審議財政預算一向相當謹慎、耗時很長，這次可謂“神速”；且眼前
日本財政吃緊，民主黨須靠大力削減事業財政支出來爭取民意，卻特別調撥3369億來應對稀土短缺問題，可謂“慷慨”。
官：主要指內閣，內閣之責在於制定並忠實執行政策。
在
日本，內閣層面的國家公務員隊伍囊括了日本最優秀的人才，長期以來都是東京大學、早稻田大學、慶應大學等名門大學法學院、政治經濟學院畢業生的天下，政權
更疊頻繁卻能保持政策連貫、社會高度穩定。日本內閣，尤其是外務省和經濟產業省採取的一系列緊急風險轉移措施，筆者認為可用“表面一套，背後一套”來形
容。
展開“稀土外交”與海外開發
所謂“表面一套”即將稀土問題外交化。稀土危機爆發後，日本迅速同歐美組成“抗議陣營”，
日媒指責中國的稀土戰略同俄羅斯玩弄天然氣管道的手法如出
一轍，是徹頭徹尾的“資源武器化”。並搬出WTO規則來大肆製造國際輿論，目的恐怕不僅是想迫使中國在稀土出口上對日實質讓步，而是要借此在國際輿論中將
中國孤立化，併為同稀土大國印度、以及與中國有著南中國海群島主權之爭的越南、亞細安的合作創造條件。
所謂“背後一套”則是用外交來為日本的企業財團開路，分散稀土風險，這時的特點就是“官商勾結”。
日
本內閣最先向蒙古展開外交斡旋。9月25日，首相菅直人與蒙古總理巴特包勒德在紐約舉行會談，就共同開發稀土達成共識。10月2日巴特包勒德即到訪日本，
日蒙正式簽訂稀土共同開發協議。<span>三菱商事</span>、三井物產、住友商事、<span>伊藤
忠</span>商事等財團也出席了會見，並就蒙古稀土開發交換意見。<span>豐田<
/span><span>汽車</span>旗下的豐田通商則先期投入開發資金400億日元。
兵分兩路，在9月25日，前原誠司也與哈薩克外長紹達巴耶夫就稀土開發達成一致，一直被南韓獨享的哈薩克稀土，對日本也完全敞開了大門。
10
月24日至26日，印度總理辛格（曼莫漢星）訪日，先後會晤天皇夫婦、菅直人、前原誠司、大畠章宏、日本各主要政黨領導人，並與日本經團連進行了多場會
談。辛格則說：“作為世界第5大稀土生產國，印度一直希望與日本合作，中國減少對日稀土出口的傳聞對我們是一個很大的激勵。”日印發表《面向未來十年日印
全球戰略夥伴關係構想》的共同聲明，印度如願以償地以稀土換取了日本的核能技術，並在聯合國安理會改革等廣泛領域開展合作，借此制衡“共同的威脅”，日印
成為名副其實的“盟友”。
豐田通商早在2008年即開始收購印度當地的稀土企業，豐田通商將在印度東部奧裏薩邦州新建釹等稀土提煉工廠，工廠將於年底開工，計劃于2011年秋季投產，目標是每年提煉稀土3000～4000噸，專用於出口日本。
10
月28日，菅直人訪問河內，與越南總理阮晉勇就聯合開發稀土達成協定，越南以稀土換取日本的技術和發展援助（ODA）。日越結盟會不會深遠影響目前從東亞
到南中國海的一系列地緣政治格局，值得關注。早在2009年1月中旬，越南政府高官就向日本經濟產業副相吉川貴盛保證：“如果需要，日本可獲得穩定和長期
的越南稀土供應。”目前負責在越南開發稀土的先鋒是豐田通商和雙日商社，僅日越雙方合作開發的Dong
Pao礦場就可每年為日本供應5000噸稀土，佔日本年需求近1/4，可持續20年。
此外，日本<span>丸紅</span>商社致力於南非的稀土開發，而澳大利亞規模最大的稀土勘探商Lynas也在10月14日與日本簽署供貨協議。另據悉，日本政府還在同美國、加拿大、丹麥格陵蘭島等就稀土問題進行協商中。
研究開發稀土取代品
學：顧名思義即技術的研究開發。
日本科研界信奉的名言是“需要是發明之母，需要是發現之母”。日本的稀土回收利用技術已漸趨成熟，目前的關鍵在於正盡全力研發中的稀土代替技術能否取得突破。
日
本從2007年就開始了初期投入70億<span>日元</span>的
稀土替代品研究計劃，今年9月10日又公佈總額9180億日元的經濟刺激計劃，加快稀土類資源替代技術開發，10月8日內閣再次作出決定，重點實施追加預
算約5.1萬億日元、事業規模約21.1萬億規模的稀土替代品開發計劃。大畠章宏稱，在總計17種稀土元素中，日本此前僅針對6種稀土元素開發替代材料，
今後將進一步為更多種類的稀土開發替代材料。
據《產經新聞》報道，早從2007年開始，日本帝人集團與日本東北大學就致力於用鐵和窒素代
替稀土，製造磁石。而<span>日立</span>製作所則從2009年即開始研發從磁石中提取稀土元素，日立金屬則與獨立行
政法人物質材料研究機構展開共同研究，試圖減少稀土使用量，而用銅合金代替稀土製造磁石。
日本共同社9月16日報道，立命館大學谷泰弘教授領導下的研究組已發現用比較容易獲得的金屬“鋯”可代替稀土中的“鈰”，作為且液晶電視、鏡片等高科技產業的研磨材料，而且“鋯”的研磨效率比“鈰”要高，用“鋯”可以減少40%的研磨劑使用量。
《日
本經濟新聞》9月30日報道，日本<span>新能源</span>與工業技術研發組織（NEDO）和北海道大學研究生院教授竹
本真紹已成功研發出完全不必使用稀土的鐵氧體磁鐵驅動馬達，可惜與採用稀土元素的驅動馬達相比，鐵氧體磁鐵驅動馬達功率還不強，技術還不成熟，離量產還有
待時日。
《每日新聞》10月26日報道，東京大學教授岡部徹領導下的研究組開發出一套從釹磁鐵中有效回收稀土的新技術，採用該技術回收稀土
不會產生有害廢液，且可以有效地儲備稀土資源。而受日本內閣委託，日本節能專家、東京大學前校長、現三菱財團綜合研究所理事長小宮山宏將親自帶領東京大學
生產技術研究所進一步對稀土回收利用進行技術升級。
日本應對稀土危機的策略“政官學民四位一體”，可謂環環相扣、各盡其責，能否達到其預想的“脫中國依存”的效果，還須拭目以待。
作者是日本早稻田大學法學學術研究院博士研究生
引用出處：
http://big5.ifeng.com/gate/big5/finance.ifeng.com/news/special/xitu/20101102/2813697.shtml
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PCBN刀具是人造立方氮化硼刀具，在高温的时候还
能保持高硬度的特性，主要做加工铁件之用。立方氮化硼CBN(Cubic Boron
Nitride)是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它
与金刚石统称为超硬材料。
CBN
具有较高的硬度、化学惰性及高温下的热稳定性，因此作为磨料CBN砂轮广泛用于磨削加工中。由于CBN具有优于其它刀具材料的特性，因此人们一开始就试图
将其应用于切削加工，但单晶CBN的颗粒较小，很难制成刀具，且CBN烧结性很差，难于制成较大的CBN烧结体，直到20世纪70年代，前苏联、中国、美
国、英国等国家才相继研制成功作为切削刀具的CBN烧结体——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron
Nitride)。从此，PCBN以它优越的切削性能应用于切削加工的各个领域，尤其在高硬度材料、难加工材料的切削加工中更是独树一帜。经过30多年的
开发应用，现在已出现了用以加工不同材料的PCBN刀具材质。
编辑本段PCBN刀具材料的种类
按
添加成分分：有直接由CBN单晶烧结而成的PCBN和添加一定比例粘结剂的PCBN烧结体两大类；按制造复合方式分：有整体PCBN烧结块和与硬质合
金复合烧结的PCBN复合片两类。目前应用较广的是带粘结剂的PCBN复合片，根据添加的粘结剂比例不同则PCBN硬度也不同，粘结剂含量越多则硬度越
低、韧性越好；粘结剂种类不同，则PCBN的用途也不同，如表1所示为常见粘结剂的PCBN刀具及其用途。
编辑本段常见粘结剂的PCBN刀具及其用途
CBN含量(%)－粘结剂种类－主要用途 ～60－TiN－淬火钢 ～70－TiC－铸铁 ～70－Al2O3－铸铁 ～90－AlN－高强度铸铁 ～80－Co－耐热合金钢铸铁
编辑本段PCBN刀具的切削性能
由于CBN晶体与金刚石晶体都属闪锌矿型，且晶格常数相近，化学键类型相同，因而CBN具有接近金刚石的硬度和抗压强度，又因为其是由N、B原子所组成，因此具有比金刚石更高的热稳定性和化学惰性。PCBN刀具材料主要性能如下：
具有很高的硬度和耐磨性
CBN
单晶的显微硬度为HV8000～9000，是目前已知的第二高硬度的物质，PCBN复合片的硬度一般为HV3000～5000。因此用于加工高硬
度材料时具有比硬质合金及陶瓷更高的耐磨性，能减少大型零件加工中的尺寸偏差或尺寸分散性，尤其适用于自动化程度高的设备中，可以减少换刀调刀辅助时间，
使其效能得到充分发挥。
具有很高的热稳定性和高温硬度
CBN的耐热性可达1400～1500℃，在800℃时的硬度为Al2O3/TiC陶瓷的常温硬度，因此，当切削温度较高时，会使被加工材料软化，与刀具间硬度差增大，有利于切削加工进行，而对刀具寿命影响不大。
具有较高的化学稳定性
CBN
具有很高的抗氧化能力，在1000℃时也不产生氧化现象，与铁系材料在1200～1300℃时也不发生化学反应，但在1000℃左右时会与水产生
水解作用，造成大量CBN被磨耗，因此用PCBN刀具湿式切削时需注意选择切削液种类。一般情况下，湿切对PCBN刀具寿命无明显提高，所以使用PCBN
刀具时往往采用干切方式。
具有良好的导热性
CBN材料的导热系数低于金刚石但大大高于硬质合金，并且随着切削温度的提高，PCBN刀具的导热系数不断增大，因此可使刀尖处热量很快传出，有利于工件加工精度的提高。
具有较低的摩擦系数
CBN与不同材料的摩擦系数在0.1～0.3之间，大大低于硬质合金的摩擦系数(0.4～0.6)，而且随摩擦速度及正压力的增大而略有减小。因此低的摩擦系数及优良的抗粘结能力，使CBN刀具切削时不易形成滞留层或积屑瘤，有利于加工表面质量的提高。
编辑本段PCBN刀具应用于先进切削加工工艺
适用于高速及超高速切削加工技术
PCBN
刀具最适合于铸铁、淬硬钢等材料的高速切削加工。由PCBN刀具切削铸铁及淬硬钢时刀具后刀面磨损与切削距离的关系可以看出：当切削速度超过一
定限度后，切削速度越高，PCBN刀具后刀面磨损速度反而越小，即高速切削下刀具的寿命反而高，这一特点尤其适合现代高速切削加工。
硬态切削加工技术的最佳刀具材料
对
淬硬件(硬度HRC55以上)的精加工，通常采用磨削加工方法来完成，然而随着刀具材料发展及车床(尤其是数控车床)加工精度的提高，以硬态切削代替磨削
来完成零件的最终加工已成为一个新的精加工途径，这种以车代磨的工艺方法有以下优点：
（1）可提高加工柔性，突破了砂轮磨削的限制，通过改变切削刃及走刀方式可以加工出几何形状各异的工件；
（2）切削加工中的环保问题日益严峻，磨削加工产生的废液和废弃物越来越难以处理和清除，而且对人体有害，而硬态切削无须加冷却液，意义重大；
（3）切削效率高，加工时间短，设备投资费用小，可降低加工成本；
（4）切除相同体积所消耗的能量仅为磨削的20%，因此产生的切削热较少，加工表面不易引起烧伤和微小裂纹，易于保持工件表面性能的完整性；
（5）同样金属去除率情况下，硬态切削较磨削节省能源。
通常用于硬态切削的刀具材料有陶瓷、TiC涂层刀片及PCBN刀具材料，但要在较高速度(1000m/min以上)下进行硬态车削，PCBN是最佳刀
具材料品种。如在汽车变速箱同步器套拨叉(材料为20CrMnTi，硬度为HRC58～62)加工采用以车代磨后，效率提高4倍以上，加工成本降低为原来
磨削工艺的1/3～1/2。
进行干切削加工工艺的理想刀具材料
由于经济与环保方面的原
因，近几年干切削加工方法已成为机械制造领域中的重点研究课题。我们首先来看一下湿切工艺由于使用切削液带来的问题：
（1）长期暴露在空气中或切削加工中由切削热造成的切削液雾状挥发，容易污染环境、危害操作者健康，切削液中的硫、氯等添加剂危害更大，影响加工表面
质量； （2）切削液的使用影响加工成本，据统计，切削液占生产成本的15%，而刀具费用仅占3%～4%；
（3）切削液的渗漏、溢出会污染环境，易发生安全、质量事故； （4）切削液的传输、回收、过滤等装置及其维护费用较高，增加了生产成本。
由于以上原因，干切削加工工艺已在西方工业发达国家有了相当的应用。由美国Makino公司推 荐的“红月牙”(Red
Crescent)干切工艺，既可以充分发挥刀具的切削性能，与湿切相比又能大大提高生产率。其机理是由于切削速度很高，产生的热量聚集于刀具前部，使切
削区附近材料达到红热状态，屈服强度下降，进而达到提高切削效率的效果。采用红月牙干切削工艺的前提条件是在较高切削温度下，被切材料强度有明显下降，变
得易切削，而刀具材料的强度在同样状态下要有较好的红硬性及热稳定性，还要有较好的耐磨性和抗粘结性。
适用于干切工艺的刀具材料有陶瓷、金属陶瓷、涂层硬质合金及PCBN刀具材料等等，但就红硬性
和热稳定性来说，PCBN材料是最适合干切工艺的刀具材料，且由于PCBN刀具材料具有上述优点，更适于高速条件下的干式切削加工，用PCBN刀具切削灰
口铸铁干切削和湿切削两种情况下的对比可以看出：PCBN在高速干切情况下，比湿切削具有更高的刀具寿命。
适应于自动化加工及难加工材料加工
PCBN
刀具有很高的硬度及耐磨性，能在高切削速度下长时间地加工出高精度零件（尺寸分散性小），大大减少换刀次数和刀具磨损补偿停机所花费的时间。因此，很适合
于数控机床及自动化程度较高的加工设备，并且能使设备的高效能得到充分发挥。
在难加工材料应用方面，PCBN刀具也显示了其卓越的性能，如表面喷焊(涂)材料的加工，用其
它材料刀具加工，刀具寿命极低，也无法采用磨削方法加工，而PCBN是惟一适合的刀具材料；又如，在石油电站设备中使用的高合金耐磨铸铁，采用PCBN刀
具较硬质合金刀具提高切削效率4倍以上，单件刀具成本下降为原来的1/5。另外在硬质合金等烧结材料的切削加工方面，PCBN刀具也显示了很好的切削性
能。
PCBN刀具的应用事例
由于PCBN具有较高的硬度和耐磨性，在高温下不与铁族金
属起反应的化学惰性，因此主要用于高硬度材料及难加工材料的切削加工，如淬硬钢、高合金耐磨铸铁、高温合金、高速钢、表面喷焊材料、烧结金属材料等难加工
材料的切削加工。
（1）加工淬硬钢，可起到以车代磨的效果，由于切削深度比磨削深度大十几倍以上，因此加工效率高，表面不产生烧伤。如以车代磨加工变速滑动齿轮
(20CrMnTi，硬度为HRC58～62)时，切削比原磨削加工效率提高4倍以上。
（2）加工高合金(含钨或铬18%)耐磨铸铁，切削速度较硬质合金刀具提高10倍以上，切削效率提高4倍以上。
（3）加工高钴铬钼耐蚀耐热合金，PCBN刀具切削速度为160m/min，是硬质合金刀具的8倍。
（4）加工热喷涂(喷焊)材料，表面喷焊件无法用磨削加工，而用硬质合金刀具切削效率极低，改用PCBN刀具后可提高加工效率，节省加工费用50%以
上。PCBN刀具还可用于有色金属的精密切削及烧结金属的切削加工等等。
编辑本段PCBN刀具使用上的注意点
如
果正确选择切削用量、刀具几何参数及其他加工条件，则PCBN是一种高效长寿命刀具，能创造很高的经济效益，但如果使用方法不当，则会造成很大的浪费。
（1）合理选择切削用量：切削速度要根据被加工材料进行选择，一般要大大高于硬质合金刀具。切
削硬度HRC55～65的淬硬钢可选切削速度为80～120m/min，由于PCBN切削硬材料是将切削区内微小区域的金属软化而进行的，因此切削速度过
低时，就不能发挥PCBN刀具的切削性能。进给量一般不能大于0.2mm/r，背吃刀量一般选择小于0.3mm。
（2）合理选择刀具几何参数：由于PCBN刀具的韧性高于陶瓷，低于硬质合金，因此刀具几何参
数的选择主要考虑的就是保证刃口强度，刀具前角一般选择(0°～-10°)，后角选择较小，为10°左右。除特殊要求外，为保证刀尖强度，刀尖角一般不要
小于90°；刃口要磨出负倒棱，一般取为0.2mm×(-15°～-30°)，使用前要用30～50倍放大镜对刀具进行检查，确保刃口无崩刃。
（3）冷却与润滑：对其他材料刀具，采用冷却润滑液有利于提高加工表面和延长刀具寿命，但对
PCBN刀具除极特殊情况下，不加冷却液同样可达到理想的加工质量和较长的刀具寿命，对PCBN刀具来说是怕软不怕硬。若使用冷却液，则不能使用水溶性冷
却液，因为CBN易在1000℃产生水解作用，造成刀具严重磨损。
（4)对机床的工艺系统：由于PCBN刀具多用于淬硬钢及耐磨铸铁等难加工材料的切削加工，且刀具有负倒棱，因而径向力较大。这就要求机床刚度和精度
要好，系统振动要小，刀具安装时悬臂要小，PCBN刀具不宜用于荒面加工。 目前，虽然PCBN刀具材料的价格相对硬质合金及陶瓷刀具的
价格还偏高，但均摊到每个工件上的刀具成本却低于其他材料刀具，采用先进切削加工工艺时，若将磨削机床等设备投资摊入生产成本，则PCBN刀具的使用会带
来更大经济效益。对一般中小企业来说，精加工工序的磨削加工始终是制造过程的瓶颈，若购置性能好的车床，采用PCBN刀具，应用以车代磨等先进切削加工工
艺，即可节省设备投资、提高生产率，又可大大增加加工过程的柔性。另外，目前由于人员费用的增大及环境保护方面的要求，大力推广使用PCBN刀具，充分发
挥其潜在效能，提高切削加工技术水平也是具有重要意义的。
编辑本段PCBN 刀具的合理使用
由
于 PCBN 刀具材料具有优良的切削性能，所以特别适合加工其硬度在 HRC45 以上的淬火钢、耐磨铸铁、 HRC35 以上的耐热合金以及
HRC30 以下而其它刀片很难加工的珠光体灰口铸铁。 为了充分发挥 PCBN 刀片的优越性，取得满意的加工效果，在实际使用时，除参照表 1
所推荐的 PCBN 刀片选用的切削用量外，还应根据机床、工件及其它有关条件的具体情况全面考虑，合理选择。 1.
硬态切削时，径向力很大，这就要求机床功率要大，机床系统刚性要好，这既可保护 PCBN 刀具，又可获得满意的加工效果。装夹 PCBN
刀具时，刀具的悬伸长度要尽量短，以防止刀杆颤振和变形，使 PCBN 刀具保持良好的加工状态。 表 1 PCBN 刀片常用切削用量
工件材料 切削速度 (m/min) 进给量 (mm/r) 切削深度 (mm) 灰铸铁 180 ～ 230HB 400 ～ 1000
0.15 ～ 0.5 0.12 ～ 2.0 硬铸铁 400HB 70 ～ 150 0.15 ～ 0.5 0.12 ～ 2.0 淬火钢
45HRC 60 ～ 140 0.15 ～ 0.5 0.2 ～ 2.5 耐热合金 35HRC 100 ～ 240 0.05 ～ 0.3
0.1 ～ 2.5 2.PCBN
刀具的强度比硬质合金刀具低，因此在硬态切削加工时，一般都采用负前角、较大的后角和负倒棱，这不仅有利于对切削刃进行补强，而且具有很好的耐磨性。通常
负倒棱尺寸取 (0.1 ～ 0.5)× （ 10° ～ 30°
）为宜。若切削进行适当的钝化处理，效果会更好。此外，在可能的情况下，尽量采用小主偏角和大的刀尖圆弧半径，这有助于保护刀刃，延长刀具的使用寿命。
3. 为很好地使用 PCBN 刀具，稳定地控制工件质量，准确判断 PCBN
刀具的耐用度至关重要。如果一直使用磨损已很严重的刀具，那么切削力及切削温度增加、切削不畅，就难以控制工件尺寸及表面完整性，甚至使 PCBN
刀具无法继续修磨而报废。为保证刀具的正常使用，建议 PCBN 刀具后刀面磨损量达 0.3 ～ 0.6mm( 精车时取小值 )
时应进行重磨。但重磨需要一定的设备和技巧，多数工厂的机床不具备适合的条件，一般 PCBN 刀具的重磨都应由专业厂来完成。 4.
对于硬度高和不规则的工件，由于 PCBN
刀片较脆、怕冲击。从工件端面切入、切出，尤其在表面有夹渣、砂眼、凹凸不平的时候，最易发生冲击，使刃口破裂，造成耐用度降低。所以在使用 PCBN
刀具前，最好先将冷硬层粗车一次，并在工件切入切出端先倒角，以减小 PCBN 刀具冲击力。 5.PCBN
刀具不适于加工较软的黑色金属材料。 6.
确定切削速度、进给量及切削深度要综合考虑生产效率和加工成本。一般来讲，其切削速度可比硬质合金刀具高 2
倍左右，高的切削速度产生大的切削热量，使被加工材料的塑性增大，有利于控制切屑和降低切削力。 7. 使用 PCBN
刀具时，可加冷却液，也可不加，使用冷却液时则一定要充分冷却。 有关使用 PCBN 刀具常见的磨损，磨损原因及预防措施见表 2 。 表
2 PCBN 刀片的磨损形式、原因及预防措施 磨损形式 主要原因 预防措施 月牙洼磨损 工件硬度太软；切速太快；产生化学和扩散磨损
改用硬质合金刀具或陶瓷刀具；降低切速 使用冷却液 压力面磨损 切削速度太快；进给量太大；刀具后角太小 增大切速和进给量；增大后角
边界磨损 主偏角太大；进给量太大；切速太小 减小主偏角；减小进给量；增大切速 断裂磨损
系统刚性差；刀尖角太小；进给量与切速太大；刀具刃口脆 提高系统刚性，增大刀尖角；降低进给量和切速并采用负倒棱刀具 PCBN 层破裂
系统刚性差；工件冲击太大； PCBN 层太薄，刀具刃口过脆 提高工艺系统刚性；工件表面预加工和倒角；采用厚的 PCBN 层；采用负倒棱刀具
编辑本段PCBN刀具的修磨
陶
瓷结合剂金刚石砂轮结合金刚石和陶瓷结合剂的共同特点，具有磨削力强，磨削时温度比较低，磨具磨损比较小；可以适应各种冷却液的作用；磨削时磨具的形
状保持性好，磨出工件的精度高；磨具内有较多的气孔，磨削时有利于排屑和散热，不易堵塞、不易烧伤工件；磨具的自锐性比较好，修整间隔的时间长，修整比较
容易等优点。 选择合理的工艺参数，陶瓷结合剂金刚石砂轮在磨削PCBN刀具方面，由于树脂结合剂较软，磨削
时容易变形，不能有效地磨削PCBN刀具；金属结合剂由于对磨粒的结合能力太强而使磨具自锐性差，磨削效率低，而且金属结合剂砂轮会造成PCBN刀具边缘
产生最最严重的破坏；综合磨削效率、磨具耐用度及工件表面的加工质量，陶瓷结合剂金刚石砂轮是磨削PCBN刀具理想的选择。
引用出處：
http://baike.baidu.com/view/891078.html
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一、引言
淬硬轴承钢零件大多是工作在接近其机械力学性能极限点状态下的高性能零件。精磨是精加工淬硬轴承钢最常用的工艺。随着数控机床等加工设备精度的提高以及聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具的应用，以硬态切削替代磨削工艺完成零件的最终精加工已成为加工淬硬轴承钢的新途径。
立
方氮化硼(CBN)超硬材料用于磨削加工已有约40年历史，其应用技术已相当成熟。CBN用作刀具材料始于二十世纪七十年代，它在切削加工中
表现出了优良的切削性能。近年来，聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬态切削技术在国外发展很快，但在我国因某些不稳定因素的制约，尚未完全被企业接受和广
泛采用。为促进该项先进技术的推广应用，本文结合国内外相关研究成果，通过切削试验研究了PCBN刀具精密切削GCr15淬硬轴承钢时的切削力特征、切屑
形态、刀具磨损特性等切削性能，并从表面粗糙度、硬化层深度、亚表层白层现象、残余应力分布等方面深入研究了PCBN刀具精密切削淬硬轴承钢的加工表面质
量。
二、PCBN刀具的硬态切削性能
PCBN属于高脆性的超硬刀具材料，强度和韧性
均较差，其抗弯强度和抗压强度是所有刀具材料中最低的，因此很难用于冲击力较大的加工。切削试验
和生产应用表明，PCBN刀具切削加工淬硬轴承钢时性能表现不够稳定。如何充分发挥PCBN刀具的超硬特性，在硬态切削轴承钢时获得良好的加工效益已成为
十分紧迫的研究课题。为此，我们通过切削试验对PCBN刀具的硬态切削性能和加工表面质量进行了研究。
切削试验在可无级变速的CA6140车床上进行；采用应变式车削测力仪测量切削力，采用自然热电偶法测量切削温度；被加工材料为GCr15淬硬轴承钢，通过热处理工艺获得硬度分别为30HRC、40HRC、50HRC、60HRC和64HRC的5种试件。
1.切削力特征
在
硬态切削过程中，切削力是衡量整个工艺系统稳定性和切削加工精度的主要因素。许多学者的研究表明：在不同精度等级的机床上实施硬态切削时，切
削力基本不发生变化。由于PCBN刀具材料脆性大，因此使用前一般都要进行倒圆(R200～400μm)和倒棱处理。在切削过程中，由于切削深度和进给量
均很小，大钝圆和负倒棱实际上成为刀具主要参与切削的部分。由PCBN刀具切削GCr15淬硬轴承钢时的切削力测量结果可知，受切削区形状的影响，径向切
削力Fy最大，主切削力Fz次之，轴向切削力Fx最小，且粗加工切削力约为精加工切削力的6～9倍。在硬态切削过程中，切削力与进给量、切削深度、后刀面
磨损量等参数成线性关系。当切削速度增大时，切削力稍有下降，这主要是由于切削速度提高使切削温度升高，并导致工件材料塑性增大，但这种变化趋势仅对应于
一定的切削速度范围，当切削速度超过200m/min时，切削力则不再沿下降通道变化。
2.切屑形态
在PCBN刀具的硬态
切削过程中易生成锯齿状切屑。在对不同硬度的轴承钢进行切削加工时发现，工件硬度对锯齿状切屑的形成影响最大。当工件硬度
低于50HRC时，采用大进给量和高速切削只能生成连续切屑；当工件硬度超过50HRC后，可观察到切屑形态由连续切屑向锯齿状切屑过渡，且在锯齿状切屑
根部可观察到周期性流动形态。形成锯齿状切屑的主要原因是PCBN刀具向前切削时使切屑材料受到极大压力而发生突然断裂。在切削试验中，可观察到锯齿状切
屑的形成主要源于工件自由表面断裂并进一步蔓延到刀具切削刃前区，直至在材料因承受极大压应力而发生严重塑性变形的某一点处停止，切屑在刀具前刀面与断裂
层之间被挤压，与此同时断裂底层以下的塑性区材料沿前刀面移动，从而形成锯齿状切屑。
3.刀具磨损特性
用PCBN刀具切削
淬硬轴承钢时，前刀面的磨损形式主要为月牙洼磨损。由于PCBN刀具的高温硬度较高，只有在达到较高温度和压力后才会发生磨
损，因此月牙洼磨损只出现在距离刀刃很近的部位，且宽度很窄(这一点有别于硬质合金刀具)，这说明PCBN刀具的刃口保持能力较强，有利于实现淬硬钢的精
密切削。PCBN刀具切削淬硬轴承钢时的后刀面磨损形貌从外观上看，磨损形式以机械磨损为主，形成的磨损带上粘附有一些工件材料，其磨损形式与硬质合金刀
具无明显区别，但磨损量较小。
切削淬硬钢时，切屑呈半熔状态，刀尖处高温区的最高温度可达1000℃以上。在切削一段时间后，刀具刃口与
后刀面的轻微磨损使后刀面切削压力高
达10GPa，工件材料中的铁元素在高温高压下易与空气中的氧发生化学反应而生成FeO氧化层，该氧化层在合理切削条件下可起到保护刀具刃口的作用，但因
其硬度较低，在摩擦过程中易脱落，从而可能加剧后刀面磨损。试验研究发现，表面发生氧化反应的过渡层厚度约为300～800nm，在该过渡层中工件材料与
刀具材料未发生明显的化学反应。由于过渡层易脱落并导致工件表面质量恶化，因此在用PCBN刀具精密切削淬硬钢时对氧化磨损的控制十分重要。
三、PCBN刀具的加工表面质量
用
PCBN刀具连续切削淬硬轴承钢时，通常切削速度为90～200m/min，进给速度为0.05～0.2mm/r，切削深度为
0.10～0.50mm，所需切削功率并不大，但刀具承受的冲击力却是普通切削的3倍以上，单位切削力高达5000MPa，尤其当进给量和切深很小时，径
向切削力往往大于主切削力和切向切削力，因此切削精度不易控制。实现用硬态切削替代磨削工艺加工淬硬轴承钢的关键问题是如何保证获得理想的加工表面粗糙
度、形状精度和表面应力状态。
切削试验与研究表明，淬硬轴承钢材料的延伸率小、塑性低，易形成高光洁加工表面，在机床和夹具刚性足够的条件下的，通过合理优选切削参数，完全可以实现“纳米切削”。
用
PCBN刀具切削5种不同硬度的GCr15淬硬轴承钢试件时获得的加工表面粗糙度试验结果可知，当工件硬度大于50HRC时，工件硬度值越
高，加工表面粗糙度值越小，这是因为当工件硬度大于50HRC后，切削力和切削热均有所下降，使切削过程中工件的热膨胀和金属软化效应作用减小，从而有利
于提高切削加工精度及表面质量。
通过切削试验发现，加工后的淬硬轴承钢工件表层和亚表层组织状态较加工前有所变化，其微观组织由白色的未
回火层(简称白层)和黑色的过回火层组
成，其中白层厚度小于2μm，工件表层以下20～40μm处的硬度最高可达900HV0.025。由试验结果可知，经硬态切削后的加工表面残余应力为压应
力(最大压应力位于工件表面以下50μm处)。而经磨削加工后的工件最大压应力则主要集中于工件表面。白层的形成是影响硬态切削加工表面质量的另一重要因
素。白层是在硬态切削过程中因快速加热及骤然冷却引起材料相变而形成的一种细晶粒马氏体组织。在硬态切削过程中，白层的形成主要与切削热有关，后刀面磨损
量VB的增加将促使白层深度加大，当VB=0.31mm时，白层深度可达10μm。
四、结论
1.用PCBN刀具切削GCr15淬硬轴承钢时，径向切削力Fy最大，主切削力Fz次之，轴向切削力Fx最小；粗加工切削力约为精加工切削力的6～9倍。
2.硬态切削过程易形成锯齿状切屑，其产生机理为工件材料在巨大压应力作用下产生宏观和微观断裂；形成锯齿状切屑的临界硬度为50HRC。
3.PCBN刀具前刀面和后刀面的磨损形式表明该刀具的刃口保持能力较强，有利于实现淬硬钢加工的以车代磨。
4.经硬态切削的加工表面残余应力为压应力，残余应力分布形式有利于提高工件的工作寿命；硬态切削的表面粗糙度可达到粗磨加工精度；表层的加工硬化作用对材料组织无明显影响；滚动疲劳测试结果表明，硬态切削工件的工作寿命较长。
5.试验研究证明采用PCBN刀具对淬硬轴承钢进行精密切削加工完全可行。
引用出處：
http://www.cut35.com/info/2875.html
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Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao
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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PCBN复合片刀具的切削性能为主进行介绍。
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。
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。
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。
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。
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刀具材料由于具有上述的特殊性能，因此在不同切削情况下，表现出了不同于其它材料刀具特殊的规律。
切削高硬度淬硬钢刀具寿命高
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
切削正火材料时，PCBN刀具的寿命要低于硬质合金刀具(如图2所示)，切削用量：f=0.1mm/r；ap=0.5mm。并且刀具寿命比切削淬火钢时寿命还要低。由此可以看出PCBN刀具不适于加工正火材料。
切削灰口铸铁刀具寿命曲线弯曲
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
切削有色金属时，通常烧结金刚石(PCD)是最佳刀具材料，但切削耐磨黄铜时，PCBN刀具寿命高于烧结金刚石和硬质合金刀具(如图4所示),图4切削用量：v=200m/min；f=0.2mm/r，ap=1.0mm。
高速下PCBN刀具寿命高
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
PCBN刀具不仅具有优良的切削性能，同时也能获得其它种类刀具很难获得的加工表面质量。
可获得较低的表面粗糙度
用
PCBN刀具加工不同材料都能获得较低的表面粗糙度，图7所示是加工铸铁时，PCBN刀具与硬质合金刀具的表面粗糙度对比。由图7可以看出：PCBN刀具
加工表面粗糙度远远好于硬质合金刀具，而且随着切削速度的提高，越来越接近粗糙度的理论值。另外，由于PCBN刀具硬度高、耐磨性好，因此，能在较长时间
内获得较一致的表面粗糙度。图7工件材料：铸铁FC25；切削用量：f=0.1mm/r；ap=0.3mm。
能获得较好的表面应力状态
如
图8所示，磨削加工得到的加工表面通常产生拉应力，用PCBN刀具加工淬硬钢时，工件表层组织通常有残余压应力，残余压应力可提高零件的疲劳强度及耐磨
性。图8切削条件：工件材料：GCr15淬火；磨削：v=35m/s；vf=10mm/min；fr=0.008mm；车削：v=70m
/min，f=0.07mm/r；ap=0.1mm。
图7 PCBN刀具的加工表面粗糙度 图8 PCBN刀具切削获得的加工表面残余应力 图9 PCBN刀具加工表面硬度的变化
加工表面表层硬度的变化
PCBN
刀具切削淬硬钢表面表层硬度与磨削的比较如图9所示。由图9可以看出：磨削加工获得的工件表层硬度有所下降，而PCBN刀具加工获得加工表面硬度略有上
升，提高了加工表面的机械性能。图9工件材料：SCM21，淬火HRC50；切削用量：车削：v=300m/min；f＝0.3mm
/r；ap=1.0mm；磨削：vc=1450m/min；vw=80m/min；ap=0.015mm。
另外，PCBN刀具切削硬材料时，由于刀具导热性好所产生的切削热被切屑带走较多，工件加工表面表层纤维组织无显著变化，而磨削加工若切削用量选择不当，则容易产生表面烧伤。
4 结束语
PCBN
刀具具有优于其他材料刀具的切削性能，尤其适合高硬度淬硬钢及耐磨材料的切削加工，在高速切削加工及干式切削加工方面表现出了优良的切削性能，在一定条件
下可以得到与磨削相媲美的加工表面质量；但PCBN刀具寿命有特殊的变化规律，如：切削中等硬度的淬硬钢及正火钢时刀具寿命低、切削铸铁时刀具寿命曲线的
弯曲等，若了解掌握这些特殊规律，便可在使用中充分发挥其优越的切削效能，创造出巨大的经济效益。
引用出處：
http://www.51089871.com/knowledge/20087628232525.html
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