隨著制造技術的發展,切削加工作為制造技術的主要基礎工藝,進入了以發展高速切削開發新的切削工藝和加工方法提供成套技術為特征的發展新階段與此同時,刀具技術也向著高硬度高速度高精度和干式加工方向發展,在汽車航空航天能源軍事模具等領域發揮著重要作用

      PCBN刀具陶瓷刀具涂層刀具等均具有很高的硬度耐磨性和化學穩定性,適于高速切削干式切削硬態切削等綠色制造的要求由于PCBN刀具在加工精度切削效率刀具壽命等各個方面具有無可比擬的優越性,因此,PCBN刀具的推廣應用可創造巨大的經濟效益

      日本京瓷(Kyocera)公司于2004年4月開發出適于加工淬硬鋼的三維槽型BB 型PCBN刀片如圖3所示BB型與普通刀片加工時的切屑對比,刀片采用新型三維槽型設計,在整個加工過程中可通過一次裝夾完成零件各部分的加工而不需要更換刀具,在切削過程中可對不同硬度的淬硬鋼進行有效的斷屑控制,從而提高加工效率,獲得更好的加工表面質量

      PCBN刀片涂層

      刀具表面涂層是提高刀具壽命提高被加工零件的精度和表面質量降低切削成本的有效手段

      涂層PCBN刀片在車削硬材料時表現出很大的優勢Seco已經開發出Secomax CBN100 PVD涂層刀片這些新涂層的設計用于保證涂層和PCBN基體結合面之間具有極佳的黏著性能它由總厚度2~4µm 的Ti(C, N)+(Ti, Al)N+TiN組成,適用于珠光體灰鑄鐵和硬鋼硬鑄鐵的粗精加工在Secomax CBN100 刀片與Secomax CBN100 PVD涂層刀片硬車62HRC的軸承鋼精加工試驗對比中發現,當切削速度達到130m/min時,刀具壽命從不涂層刀片的24min增加到涂層刀片的33min;在更高的速度下也觀察到相似的增加(見圖4)在工業發達國家,涂層刀具已占所用全部刀具的80%以上,預計近年超硬涂層工具的市場將達到每年20億美元,并且應用領域主要集中在汽車工業,而我國這一比例尚不及20%因此推廣涂層刀具的應用開發新的涂層刀具材料具有重大意義

      另一種研究趨勢是將CBN薄膜作為刀具的耐磨涂層,可以成倍乃至幾十倍地提高刀具的使用壽命由于形成CBN涂層時總是伴隨著很大的內應力,因此CBN涂層極易從基體上脫落目前最大的難題是要解決CBN涂層與硬質合金基體之間的結合力較為有效的方法是在基體與涂層之間增加過渡層,如氮化鈦氮化硅富硼梯度層等工業發達國家在此方面進行了大量投資,以充分開發CBN材料的潛在優勢,要制備實用的BCN刀具涂層已為時不遠

      Sandvik Coromant公司推出的具有新型Safe-Lock(安全鎖)結構的CB7015刀片此系列刀片主要是針對淬硬鋼零件加工時的高質量表面以及高生產率加工而開發的Safe -Lock(安全鎖)多角技術采用機械鎖定PCBN刀片并使其遠離高溫切削區域,因此提供了優于常規刀尖結構的強度和安全性在連續和輕微斷續條件下的精加工可以采用高速切削;在切削臺階退刀槽和其它仿形切削時,較大的PCBN切削刃提供了更好的切削性能

      PCBN刀具材料的優勢

      在機械加工制造領域,切削加工技術已經進入以高速銑削CNC多功能切削微細形狀/超精切削等為代表的變革創新時期與此同時,切削刀具的變革創新也有了新的進展現階段的刀具材料以涂層硬質合金為主導,最高切削速度范圍300~600m/min可以預測,今后切削高速化的發展會更加迅猛,當1000m/min以上的超高速切削時代到來時,PCBN將是最強有力的刀具材料,具有極大的優勢

      (1)與金剛石的對比優勢

      CBN(立方氮化硼)的常溫硬度僅次于金剛石,而它的熱傳導性和對鐵系金屬的熱化學穩定性則優于金剛石金剛石刀具僅適用于有色金屬及其合金的切削加工,而PCBN刀具也適用于黑色金屬及其合金的切削加工

      (2)與硬質合金的對比優勢

      PCBN(聚晶立方氮化硼)的高溫化學穩定性和紅硬性優于硬質合金,是高速切削高硬材料的最佳刀具材料PCBN刀具的切削特性隨CBN的含量粒度以及結合劑種類的不同而變化最近開發成功了無結合劑的單相PCBN,在切削高速化和提高刀具壽命方面可望獲得更顯著的效果PCBN中CBN含量越高,耐磨性就越高,但韌性有所降低,特別是用于如立銑等斷續切削加工時,在切削刃形狀切削條件(尤其是切深量)等方面應采取特殊對策,以確保切削刃的強度,充分發揮PCBN刀具的優勢例如,采用PCBN和硬質合金球頭立銑刀高速銑削自硬鋼時,由切削速度和刀具壽命的比較可知,PCBN刀具具有超群的壽命特性用PCBN立銑刀高速銑削HRC60以上的高硬鋼時,可實現超過2000m/min的超高速高精度切削雖然尚未確認其后刀面發生快速磨損的切削速度,但由于PCBN刀具的高溫硬度優異,因此可用于干式切削在切削速度極限范圍以內,可以發現切削速度越高,PCBN刀具壽命越長的現象,這是硬質合金等其它刀具所不具有的獨特性能PCBN刀具在鑄鐵的切削加工中也顯示出很高的刀具壽命,在從較低切削速度直至高速切削的速度范圍內,均能獲得良好的加工效果在汽車零件(如發動機缸體等)的鏜孔加工中,PCBN刀具顯示出高精度高效率和長壽命的特點由高速銑削灰口鑄鐵的刀具磨損特性實例可知,500~2000m/min是有利于發揮刀具壽命特性的切削速度范圍

      如今,切削加工正朝著微細化精密化的方向快速發展,尤其在精加工刀具和長壽命刀具方面,PCBN刀具的技術動向令人關注此外,用PCBN車刀實現高硬度鋼的高效率高精度車削已得到人們再次認可,可以說PCBN刀具無論現在還是將來都是大有希望的刀具

      PCBN刀具在節省資源減少環境污染降低制造成本方面具有明顯優勢,PCBN刀具的設計和使用為不同的制造行業提供了提高生產率的新動力在工業發達國家,PCBN刀具已取得廣泛應用,雖然上海大眾汽車有限公司長春一汽集團公司和東風汽車集團公司已在生產中廣泛使用PCBN刀具,但我國PCBN刀具的制造和使用還處于發展階段,因此應加強PCBN刀具制造技術和應用技術的研究,加強PCBN刀具的宣傳和推廣,引導用戶正確合理使用PCBN刀具,使難加工材料的切削加工技術步入新階段