PCBN刀具是人造立方氮化硼刀具，在高溫的時候還能保持高硬度的特性，主要做加工鐵件之用。立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世紀50年代首先由美國通用電氣(GE)公司利用人工方法在高溫高壓條件下合成的，其硬度僅次于金剛石而遠遠高于其它材料，因此它與金剛石統(tǒng)稱為超硬材料。

       本文將從PCBN刀具的特點、種類、用途、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)質(zhì)量等方面開始論述！

PCBN刀具的特點

       CBN具有較高的硬度、化學惰性及高溫下的熱穩(wěn)定性，因此作為磨料CBN砂輪廣泛用于磨削加工中。

       由于CBN具有優(yōu)于其它刀具材料的特性，因此人們一開始就試圖將其應用于切削加工，但單晶CBN的顆粒較小，很難制成刀具，且CBN燒結(jié)性很差，難于制成較大的CBN燒結(jié)體，直到20世紀70年代，前蘇聯(lián)、中國、美國、英國等國家才相繼研制成功作為切削刀具的CBN燒結(jié)體——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。

        從此，PCBN以它優(yōu)越的切削性能應用于切削加工的各個領(lǐng)域，尤其在高硬度材料、難加工材料的切削加工中更是獨樹一幟。經(jīng)過30多年的開發(fā)應用，現(xiàn)在已出現(xiàn)了用以加工不同材料的PCBN刀具材質(zhì)。

PCBN刀具種類

       按添加成分分：

       1、直接由CBN單晶燒結(jié)而成的PCBN

       2、添加一定比例粘結(jié)劑的PCBN燒結(jié)體  

       按制造復合方式分：

    1、整體PCBN燒結(jié)塊

    2、硬質(zhì)合金復合燒結(jié)的PCBN復合片

       PCBN刀具用途

       目前應用較廣的是帶粘結(jié)劑的PCBN復合片，根據(jù)添加的粘結(jié)劑比例不同則PCBN硬度也不同，粘結(jié)劑含量越多則硬度越低、韌性越好；粘結(jié)劑種類不同，則PCBN的用途也不同，如表所示為常見粘結(jié)劑的PCBN刀具及其用途。

PCBN刀具的生產(chǎn)流程

       1、原材料的處理

       由于CBN微粉中殘留有WBN、HBN、葉蠟石、石墨、鎂、鐵等雜質(zhì)；另外它和結(jié)合劑粉末中均含有吸附氧、水汽等，對燒結(jié)不利。因此原材料的凈化處理方法是確保合成聚晶性能的重要環(huán)節(jié)之一。研制時我們采用下列方法對CBN微粉和結(jié)合劑材料進行凈化處理：首先在300 C左右用NaOH處理CBN徽粉，去除其中的葉蠟石和HBN；然后煮高氯酸去除石墨；最后用HCl在電熱板上煮沸除去金屬，并用蒸餾水洗至中性。結(jié)合劑用的Co、Ni、Al等采用氫還原處理。然后將CBN和結(jié)合劑按一定配比混合均勻并參入石墨模具中，送入壓力小于1E2的真空爐內(nèi)，加熱800～1000°C處理1h，除去其表面的污垢、吸附氧及水汽等，使CBN晶粒表面很潔凈。

        結(jié)合劑材料的選擇及加入量方面，總的結(jié)合劑加入量應充足但不能過多。實驗結(jié)果表明，聚晶耐磨性和抗彎強度等與平均自由程（粘結(jié)相層厚度）關(guān)系密切，當平均自由程為0. 8～1.2μm時，聚晶磨耗比值最高，此時結(jié)合劑摻入量為10%～15%（質(zhì)量比）。

       除了結(jié)合劑的選擇之外，CBN粒度及粒度配比的確定也至關(guān)重要， 根摒加工精度和表面質(zhì)量要求，制造切削工具用的CBN粒度大約分為：粗粒度20～30μm；中粒度3～10微米;細粒度2微米。用粗粒度做成的聚晶難以做成精度要求高的刀具，但其耐磨性、抗沖擊性較高，細粒度做成的聚晶制成刀具可滿足精加工和超精加工的要求

       2、胚體合成

       PCBN 復合片是直接在高溫高壓下把CBN層與硬質(zhì)合金襯底復合在一起，經(jīng)過切割、焊接工藝做成各種焊接成型切削刀具或刀片。

       3、PCBN刀具的磨加工流程

       生產(chǎn)出的PCBN刀具胚體需要刃磨才能用于切削，刃磨刀具獲得正確的幾何形狀和表面粗糙度。一般分粗磨、精磨和研磨工序。粗磨采用180～240號樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪，進刀量為0. 01 mm/雙行程；精磨用wlo～W14樹脂結(jié)合劑砂輪，進刀量為0. 005 mm/雙行程；研磨用W5～W3的金剛石砂輪或研磨膏，研磨刃磨中應特別注意金剛石砂輪的開刃修整對刃磨的影響。盡管刃磨過程中刀具在砂輪的整個端面來回擺動以使砂輪表面消耗一致，但實際上砂輪表面仍容易產(chǎn)生凹凸不平，須經(jīng)常修整。

       4、PCBN刀具的幾何參數(shù)

       PCBN刀具的壽命與其幾何參數(shù)密切相關(guān)，合適的前后角可提高刀具的抗沖擊性能。排屑能力及散熱能力。前角的大小直接影響切削刃的受力情況和刀片的內(nèi)應力狀態(tài)。為了避免刀尖承受機械沖擊所造成的拉應力過大，一般采用負前角（-5°～- 10°），同時為減少后角磨損，主副后角為6°，刀尖半徑為0.4–1.2mm的圓角，并倒棱研磨光滑。

       5、PCBN刀具的檢驗

       除檢測硬度指標，抗彎輕度，抗拉強度等物理性能外，更需要用高倍電子顯微鏡檢查PCBN刀具的表面和刃口處理精度。然后是尺寸檢驗，精度檢測，M值，以及形位公差，粗糙度，然后包裝入庫。

PCBN刀具的生產(chǎn)質(zhì)量

       1、高純度、高凈化率的原材料：

       可靠規(guī)范的胚體合成工藝，這兩項直接決定立方氮化硼刀具的性能。當然，這也是市場上立方氮化硼刀具價格參差不齊的最大原因。

       2、 磨加工：

       由于立方氮化硼刀具不像硬質(zhì)合金刀片具備復雜槽型和涂層，性能主要取決于刀具胚體性能，而磨加工的工藝和精度直接決定切削時的微觀性能。所以采用周邊磨床，刀具成本雖然提高不少，但是立方氮化硼刀具的質(zhì)量和耐用度都會上一個檔次。

       3、嚴格檢驗手段：

       除了尺寸精度和表面質(zhì)量外，立方氮化硼刀具生產(chǎn)過程中，最容易產(chǎn)生廢品的是電鏡檢測下的微觀缺陷。刃口處肉眼看不到的微觀缺陷是立方氮化硼刀具使用過程中崩刃口的導火索，容易造成使用時出現(xiàn)刀具扎刀問題。

       從使用角度講：抗沖擊性能好，特別是粗加工領(lǐng)域，使用時不崩刃，不碎裂，這是立方氮化硼刀具使用安全性的最基本保證。耐磨性能好，高效加工的同時，能夠低成本的代替硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀片，這是立方氮化硼刀具使用經(jīng)濟型的保證。

       由于PCBN刀具多為高端產(chǎn)品，制造強度大，技術(shù)門檻高，目前主要為國外制造商所控制，在2009年，復合超硬刀具材料市場全球占有率前幾位的公司為清一色的國外公司，分別是元素六（30%）、DI公司（20%）、日本住友（18%）、韓國日進（9%）、MegaDiamond（4.5%）、TomeiDiamond（4.5%）、Dennistools（4%），幾大公司就占據(jù)了市場的90%。

       在非復合超硬刀具市場中，立方氮化硼整體聚晶刀片已經(jīng)是我國的強項，河南超硬材料研究所研發(fā)的HLCBN作為優(yōu)勢品牌出口到歐洲、美洲等高端用戶市場的達20萬片，在我國的超硬刀具行業(yè)獨樹一幟，況且隨著國內(nèi)六面頂壓機技術(shù)的成熟和普及，在整體聚晶氮化硼刀片制造工藝上比國外更有優(yōu)勢。