自從幾十年前材料科學(xué)家們采用類(lèi)似合成人造金剛石的工藝方法首次合成出聚晶立方氮化硼（PCBN）以來(lái)，PCBN刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用已日漸廣泛。PCBN材料的硬度僅次于金剛石，但與金剛石刀具不同的是，PCBN刀具能夠用于切削加工鐵族合金，甚至包括硬度高于HRC60的淬硬鋼。
　　
　　根據(jù)實(shí)際加工需求不斷開(kāi)發(fā)出的PCBN新牌號(hào)以及對(duì)PCBN材料機(jī)理和性能認(rèn)識(shí)的不斷深化，正在推動(dòng)PCBN刀具的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。如今，PCBN刀具已成功應(yīng)用于淬硬鋼、鑄鐵、超級(jí)合金以及高硬表面層等材料的車(chē)削、鉆削和銑削加工。PCBN刀片新牌號(hào)及應(yīng)用技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
　　
　　近年來(lái)，新開(kāi)發(fā)的PCBN牌號(hào)的CBN晶粒含量從低（50％～60％）到高（80％或更高）已形成了較完整的產(chǎn)品牌號(hào)系列，基于不同CBN含量刀片牌號(hào)的切削加工技術(shù)也取得了令人矚目的進(jìn)展。一般來(lái)說(shuō)，CBN含量較高（80％以上）的PCBN刀片牌號(hào)用于加工粉末合金（P/M）材料和鑄鐵；CBN含量較低的PCBN刀片牌號(hào)則比較適合淬硬鋼的連續(xù)切削加工。在硬切削加工中，低含量PCBN牌號(hào)在刀具尺寸保持性和加工表面光潔度上通常要優(yōu)于高含量PCBN牌號(hào)。Kyocera Industrial Ceramics公司新開(kāi)發(fā)的KBN510、KBN525兩種PCBN刀片屬于CBN含量較低的牌號(hào)，適用于淬硬鋼的切削加工。這兩種牌號(hào)的特點(diǎn)是材料中的CBN晶粒大小一致且分布均勻，從而提高了刀片的韌性，且抗沖擊和斷續(xù)切削的能力更強(qiáng)。該公司新開(kāi)發(fā)的另一種PCBN牌號(hào)的CBN含量較高，主要適用于鑄鐵的切削加工。
　　
　　雖然標(biāo)準(zhǔn)的PCBN刀片為人們所熟悉的黑色未涂層刀片，但現(xiàn)在各種涂層PCBN刀片的使用也日益增多。在切削加工中，PCBN刀片涂層有助于操作者監(jiān)控刀尖的磨損情況，在加工某些工件材料時(shí)還可以改善刀具壽命和提高切削速度，尤其在硬切削加工中，TiAlN類(lèi)涂層能有效延長(zhǎng)PCBN刀片的使用壽命。
　　
　　PCBN刀片涂層主要采用PVD工藝，這是因?yàn)镃VD涂層工藝的高溫容易引起PCBN復(fù)合片與基體剝離，還會(huì)影響刀片的焊接質(zhì)量。TiN涂層可以改善PCBN刀片的潤(rùn)滑性、散熱性和排屑流暢性。此外，金色的TiN涂層使操作者易于辨別已磨損的切削刃，從而小心操作，避免加工過(guò)程惡化，這樣就可利用更多刀尖進(jìn)行加工，達(dá)到節(jié)省刀具費(fèi)用的目的。
　　
　　PCBN刀具的另一個(gè)技術(shù)進(jìn)展是整體PCBN刀片在某些加工領(lǐng)域正逐漸取代焊接PCBN刀尖的硬質(zhì)合金刀片。雖然整體PCBN刀片的價(jià)格高于焊接PCBN刀片，但由于刀片壽命更長(zhǎng)，每片刀片加工的工件數(shù)更多，因此仍具有不錯(cuò)的性?xún)r(jià)比。使用整體PCBN刀片需要掌握多切削刃（4刃、6刃或8刃）加工技術(shù)，通過(guò)降低每刃切削加工成本，充分發(fā)揮整體PCBN刀片的性能優(yōu)勢(shì)。
　　
　　Seco-Carboloy公司開(kāi)發(fā)的幾種整體PCBN刀片牌號(hào)（包括用于加工灰鑄鐵的通用牌號(hào)CBN200）可實(shí)現(xiàn)對(duì)淬硬鋼和淬硬粉末合金（P/M）材料的粗加工。這些整體PCBN刀片上設(shè)計(jì)了定位銷(xiāo)孔，便于刀片在刀夾或銑刀刀體上實(shí)現(xiàn)可靠定位。
　　
　　隨著PCBN刀具切削技術(shù)的發(fā)展，PCBN刀片幾何形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于提高PCBN刀具的切削效率也開(kāi)始發(fā)揮日益重要的作用。PCBN復(fù)合片的硬度極高，使得PCBN刀尖幾何形狀的成型相當(dāng)困難。Kyocera公司開(kāi)發(fā)的幾種PCBN刀片牌號(hào)在支承釬焊PCBN復(fù)合片的硬質(zhì)合金基體上成型加工出經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的BB斷屑槽，這種斷屑槽可使切屑更好地卷曲成形并脫離切削刃，從而可改善刀具的切屑控制能力，在加工某些工件材料時(shí)（如硬度呈梯度分布的表面淬硬材料，隨著切削的深入，材料會(huì)逐漸變軟或變粘），有利于提高工件的表面光潔度。BB斷屑槽有三種不同的槽型，采用何種槽型則取決于刀片刀尖上PCBN復(fù)合片的尺寸大小。
　　
　　硬車(chē)削加工是PCBN刀具今后的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域。硬車(chē)削通常是指工件硬度高于HRC45的車(chē)削加工。在汽車(chē)制造業(yè)，硬車(chē)削精加工的應(yīng)用正日益增多，并有望成為磨削加工的替代工藝。硬車(chē)削可以作為許多工件的最終精加工工序。雖然對(duì)于某些精度要求較高的工件（如軸承件），硬車(chē)削加工后還需進(jìn)行二次精加工，但如采用磨削加工方式，也同樣需要二次精磨。相比之下，車(chē)床的運(yùn)行費(fèi)用比磨床更省，硬車(chē)削的工具成本也比磨削低得多，因此具有更好的加工經(jīng)濟(jì)性。工程師們正越來(lái)越多地考慮采用PCBN刀具對(duì)淬硬零件進(jìn)行單點(diǎn)切削加工。不過(guò)，磨削加工仍然有其用武之地，雖然單點(diǎn)切削可以獲得不錯(cuò)的微觀光潔度，但仍會(huì)在工件表面留下刀痕。
　　
　　機(jī)床、夾具、刀具等工藝系統(tǒng)的剛性對(duì)于硬車(chē)削加工的成敗至關(guān)重要。此外，像刀具懸伸量、頂尖懸伸長(zhǎng)度、工件裝夾方式等細(xì)節(jié)都可能對(duì)加工結(jié)果產(chǎn)生很大影響。硬車(chē)削加工的另一個(gè)特殊問(wèn)題是振顫（chatter），它通常是由工藝系統(tǒng)產(chǎn)生共振所引起，必須采取措施予以消除。
　　
　　在汽車(chē)制造業(yè)，PCBN刀具在銑削加工中的應(yīng)用也越來(lái)越多，例如對(duì)鑄鐵傳動(dòng)箱體的面銑加工等。此外，在模具制造業(yè)，PCBN銑削也得到了廣泛應(yīng)用。用PCBN刀具對(duì)粗加工后進(jìn)行淬硬處理的模具進(jìn)行精加工，可獲得非常不錯(cuò)的表面光潔度，刀具壽命也顯著提高。由于大部分切削余量是在模具淬硬處理前的粗加工中切除，因此半精加工的最大切削深度為1～1.5mm，精加工的切深量更小。適合PCBN銑削的最小工件硬度約為HRC54～56。一般來(lái)說(shuō)，工件材料越硬，PCBN刀具的壽命也越長(zhǎng)。
　　
　　無(wú)論使用PCBN刀片還是硬質(zhì)合金刀片，采用高速切削方式均可減少甚至省略原來(lái)的精加工工序。PCBN銑削對(duì)加工機(jī)床的剛性和裝夾可靠性要求較高，以保證將加工振動(dòng)和振顫減至最小。為保證刀具可靠夾緊，推薦采用HSK夾頭或其它可實(shí)現(xiàn)刀具與主軸端面和錐面同時(shí)接觸夾緊的工具系統(tǒng)。為減小加工振動(dòng)和振顫，還必須保證工件的夾緊牢固可靠。此外，帶定位孔的整體PCBN刀片也能提高刀片在刀體上的定位精度和可靠性。PCBN刀具新產(chǎn)品介紹下面是部分刀具制造商近期推出的一些較具代表性的PCBN刀具新產(chǎn)品：（1）埃莫克公司（Emuge Corp.）的CBN立銑刀
　　
　　據(jù)稱(chēng)，該立銑刀用于粗銑加工的使用壽命可達(dá)硬質(zhì)合金銑刀壽命的50倍，能夠加工硬度達(dá)HRC66的淬硬鋼、鑄鋼、鎳基和鈷基合金等。銑刀類(lèi)型包括球頭立銑刀、環(huán)面立銑刀和平頭立銑刀，刀片尺寸為4～12mm。（2）住友公司（Sumitomo Electric Carbide）的BN700牌號(hào)PCBN刀片
　　
　　BN700為高CBN含量刀片牌號(hào)，具有極高的切削刃硬度和優(yōu)良的耐磨性，主要用于加工鑄鐵和粉末冶金合金材料。該刀片采用具有多個(gè)切削刃的多刀尖結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)位方便。精磨加工刀片尺寸精度極高，用戶(hù)可根據(jù)需要選擇刮削刃型、鈍化刃型或未對(duì)切削刃進(jìn)行制備的刀片。3）萬(wàn)耐特公司（Valenite Inc.）的ValEdge硬車(chē)削刀具系統(tǒng)
　　
　　該刀具系統(tǒng)將PCBN刀片材料與先進(jìn)的刀柄技術(shù)結(jié)合起來(lái)，用于淬硬鋼（HRC45～62）的高性能粗車(chē)和精車(chē)加工。PCBN刀片采用多刀尖結(jié)構(gòu)和VPC225涂層，切削刃綜合應(yīng)用了倒刃（T-land）和輕微鈍化制備技術(shù)。該系列刀具可提供約110種刀片型式、尺寸規(guī)格和幾何形狀。4）伊斯卡公司（Iscar Metals）的兩種PCBN刀片牌號(hào)
　　
　　這兩種PCBN刀片分別用于加工淬硬鋼和鑄鐵。其中IB55牌號(hào)非常適合淬硬鋼的半精加工和精加工（包括在斷續(xù)切削條件下）；IB85牌號(hào)則用于加工灰鑄鐵、硬度高于HRC45的鑄鐵和耐熱合金。這兩種刀片都采用單刀尖結(jié)構(gòu)，切削刃制備方式包括倒刃和鈍化。（5）肯納公司（Kennametal Inc.）的涂層PCBN刀片
　　
　　據(jù)稱(chēng)，在加工淬硬材料時(shí)，涂層PCBN刀片的加工壽命可比未涂層刀片提高一倍。KB9640牌號(hào)為高含量PCBN刀片，涂層采用CVD Al2O3，用于淬硬鋼和鑄鐵的粗加工和半精加工，刀片型式有圓刀片、方刀片、三角刀片以及80°、55°和35°菱形刀片等。KB5625牌號(hào)采用PVD TiAlN涂層，用于淬硬鋼的精車(chē)加工，適合中～重型斷續(xù)切削。（6）瓦爾特美國(guó)公司（Walter USA）的WCB30、50牌號(hào)PCBN刀片該刀片為非涂層PCBN牌號(hào)，用于鑄鐵、硬材料的車(chē)削和銑削加工。車(chē)刀片采用負(fù)幾何形狀（ANSI、ISO C，D，S，T和W型）或正幾何形狀（C，D和T型）。銑刀片包括用于仿形銑削的CPR紐扣刀片、用于精銑加工的球頭刀片和采用單切削刃的八角刀片。（7）歐士機(jī)公司（OSG Tap & Die Inc.）的ExoCarb Max PCBN立銑刀
　　
　　這種球頭立銑刀主要用于淬硬鋼（HRC50～65）的精銑加工。刀片獨(dú)特的圓弧半徑設(shè)計(jì)可提高刀片剛性和延長(zhǎng)刀具壽命，并可獲得極高的工件表面光潔度，從而可減少后續(xù)精磨工序。銑刀球頭的半徑公差為5μm，其鼻部形狀使銑刀可用球頭中心進(jìn)行切削。OSG公司還生產(chǎn)單槽、雙槽和4槽結(jié)構(gòu)的刀尖半徑PCBN立銑刀。（8）山高公司（Seco-Carboloy）的Secomax PCBN100刀片
　　
　　該刀片據(jù)稱(chēng)是首個(gè)用于淬硬鋼精加工的整體PCBN牌號(hào)，并第一次采用了定位銷(xiāo)孔結(jié)構(gòu)。刀片采用細(xì)顆粒、低含量（50％）PCBN，適合淬硬鋼、硬表面合金和燒結(jié)鋼的輕型連續(xù)切削或中型斷續(xù)切削，利用刀片的全切削刃長(zhǎng)度還可進(jìn)行插銑加工。該刀片可用于標(biāo)準(zhǔn)M、P和D型刀夾。對(duì)于多種切削加工（如淬硬鋼的精加工），采用了W型和T型刀片形狀，切削刃采用標(biāo)準(zhǔn)制備方式以及刮削刃型。（9）三菱材料美國(guó)公司（Mitsubishi Materials USA Corp.）的PCBN牌號(hào)系列
　　
　　該系列包括多種涂層和非涂層PCBN刀片牌號(hào)，用于鑄鐵、淬硬鋼和粉末冶金材料的高速切削加工。例如，用于淬硬鋼的連續(xù)或斷續(xù)切削的MB8025牌號(hào)刀片采用先進(jìn)的燒結(jié)工藝制造，改善了刀片的抗碎裂性和耐磨性，PCBN刀尖直接焊接到刀片基體上，提高了結(jié)合強(qiáng)度。該系列產(chǎn)品包括各種不同的刀片形狀和切削刃制備方式（包括刮削刃型）。（10）京瓷公司（Kyocera Industrial Ceramics）的CBN牌號(hào)系列
　　
　　KBN10B牌號(hào)用于硬鑄鐵和熱處理鋼的精加工，切削深度為0.5mm；KBN25B牌號(hào)用于加工淬硬鋼，采用了可提高韌性和化學(xué)穩(wěn)定性的亞微級(jí)CBN晶粒和粘結(jié)劑；KBN65B牌號(hào)用于高速切削鑄鐵，可顯著提高刀具壽命；KBN900牌號(hào)是一種整體PCBN刀片，采用PVD涂層，用于淬硬材料的粗車(chē)加工和高速鑄鐵的加工。該公司近期還將推出KBN510和KBN525新牌號(hào)。