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　聚晶立方氮化硼（PCBN）作為利用人工方法合成的硬度僅次于金剛石的新型刀具材料，是目前高效率、高速度、高精度切削鐵系金屬新一代刀具材料之一。在制造行業，機械零件的性能在近一二十年有了大幅度的提高，盡管刀具材料也在不斷發展，可還是出現了刀具材料和被加工材料之間不相適應的狀況。隨著現代切削技術的發展，高速度、高精度、高效率、干式加工方式已經?成為新型切削技術的需求。新型的PCBN刀具，已成為綠色切削、現代切削不可缺少一部分。

　　PCBN刀具在中國已經發展了近30多年，其刀片設計的初衷，主要應用于精加工和超精加工，無論是國內還是國外，因而使用的數量和占用比例始終有限。這其中的原因主要是刀片的韌性受到加工條件的約束，以及刀片的應用范圍和刀片的品種、昂貴的價格等。隨著刀片制造技術的發展，河南富耐克超硬材料有限公司（以下簡稱“富耐克”）的PCBN刀具取得了重要進步，其刀片的物理性能、生產成本等都發生了重要的變化，無論從價格上還是從品質上也都發生了革命性變化。

　　據富耐克總工程師張太和介紹，富耐克自1988年成功合成中國第一顆高品級立方氮化硼CBN磨料以來，通過精湛的技術和先進的裝備，對產品不斷的改進和研發，建立起了專業化、大規模生產的資源平臺，產品種類齊全，涵蓋了CBN單晶、微粉、鍍覆、樹脂金剛石等全系列超硬磨料及性能卓越的CBN超硬刀具。2003年，富耐克開發出高性能、經?濟性、多品種的立方氮化硼刀片。“隨著技術的發展，如今，新型PCBN刀具不僅能廣泛的應用于精加工、半精加工和超精加工，也可用于粗加工，不僅適合于輕載切削，也適合于重載切削、斷續切削、不穩定切削。”張太和介紹說。

　　CBN或成為未來刀具新材料重要方向

　　據張太和介紹，目前使用的刀具材料種類繁多，主要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷、金屬陶瓷、硬質合金和高速鋼等。不同刀具材料具有不同的性能，并有其特定的應用范圍。其中，金剛石材料包括天然金剛石、人工合成單晶金剛石、聚晶金剛石和金剛石涂層等，天然金剛石是最昂貴的刀具材料，由于天然金剛石可以刃磨成最鋒利的切削刃，主要應用在超精密加工領域。聚晶金剛石是以鈷作為粘結劑，在高溫高壓下由金剛石微粉壓制而成的。聚晶金剛石刀具具有優異的耐磨性，可用來切削有色金屬和非金屬材料，精加工難加工材料。

　　“立方氮化硼(CBN)與聚晶金剛石一樣，也是在高溫高壓下人工合成的，其多晶結構和性能也與金剛石類似，具有很高的硬度，很好的導熱性，很小的熱膨脹，較小的密度，較低的斷裂韌性。此外，立方氮化硼還具有卓越的化學和熱穩定性，同鐵族元素幾乎不發生反應，這一點要優于金剛石。”張太和認為，立方氮化硼比聚晶金剛石的刀具更適合加工黑色金屬。

　　“聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉與少量結合劑燒結而成的多晶體，PCBN自1973年研制成功以來，經?過眾多材料專家及刀具專家的努力，PCBN材料及其刀具已完全進入實用階段，在工業發達國家PCBN刀具已廣泛應用于汽車、重型機械等機械加工行業。”張太和介紹說，聚晶立方氮化硼(PCBN)特別適合于加工鑄鐵、耐熱合金和硬度超過HRC45的黑色金屬(如發動機箱體、齒輪、軸、軸承等汽車零部件)。“PCBN刀具適合于高速干切削，可以用2000m/min以上的速度高速加工灰鑄鐵。PCBN刀具在高速硬切削方面的應用也比較廣泛，尤其是精加工汽車發動機上的合金鋼零件，如HRC60～65之間的齒輪、軸、軸承，而這些零部件過去是靠磨削來保證尺寸精度和表面質量的。”

　　“眾所周知，硬質合金刀片主要成分為碳化鎢，而鎢是一種稀缺資源，盡管我國是富鎢的國家，但照目前這種開發和使用程度，碳化鎢資源會迅速減少，有專家預測，未來60年后，也許將會枯竭。那么新一代PCBN刀具將會在未來切削領域發揮更大的作用。”張太和預測，未來新型刀具材料的發展，立方氮化硼材料將會在黑色金屬切削領域確立更重要作用。

　　張太和認為，未來將重點發展新刀具、綠色切削刀具，金剛石、立方氮化硼、陶瓷三大刀具類將會占領更大的刀具市場。“金剛石刀具不耐高溫，適合加工鋁合金、石材等，但不太適合加工黑色金屬。和陶瓷刀具相比，立方氮化硼具有更好地抗沖擊性，而陶瓷雖然很硬但也很脆，適應能力較差。因此，立方氮化硼應該是未來新刀具材料最好的選擇。”

　　新型釬焊PCBN刀片

　　據張太和介紹，立方氮化硼的力學和熱學性能受粘結劑的種類及其含量的影響。“現在常用的粘結劑有鈷、鎳、碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等，CBN的顆粒大小和粘結劑種類影響到其切削性能。低CBN含量(質量分數，下同，50%～65%)的PCBN 刀具主要用來精加工鋼(HRC45～65) ，而高CBN 含量(80%～95%)的PCBN刀具用來高速粗加工、半精加工鎳鉻鑄鐵，斷續加工淬硬鋼、燒結金屬、硬質合金、重合金等。”據張太和介紹，不含粘結劑的CBN正在研制當中，通過控制合成條件使CBN顆粒更微細，微細顆粒的CBN即使在高溫下也具有高熱導率、極高熱穩定性、高硬度和高強度。張太和認為，無粘結劑的CBN可望成為下一代刀具材料。

　　在富耐克開發的最新釬焊刀片之前，釬焊刀片都是硬質合金上面附和了一層立方氮化硼，這種物理化學結合的方式，造成兩層之間收縮比相差比較多，受熱時容易脫層開裂。且過去都是用銀焊接，不耐高溫，一般最高溫度也就六七百度。“之前的其他釬焊刀片一般焊1個尖或者2個尖，最多焊4個尖，富耐克研發的最新研發的釬焊技術能焊8個尖，上下面都可以焊接。其難度就像要把石頭和金屬焊接到一塊，富耐克的工程師花費2年多才研究成功。”張太和介紹說，富耐克最新研發的釬焊技術，耐高溫可達到900度以上。“富耐克最新研發的釬焊技術被中國刀協?的幾名專家稱為開創了中國釬焊刀具的新時代，這種焊接技術已經申請國家專利。”

　　“和其它的釬焊刀具不同的是，我們采用直角焊接，我們這種焊接方式可用于典型的斷切削，如齒輪的鍵槽等，粗糙度可達Ra0.8以內，可用于連續和斷續加工。”張太和介紹說，“過去人們總認為立方氮化硼刀片只能用于高速切削，只能加工硬工件，只適用于精加工和超精加工，況且一般只用于輕載和穩定加工。但是我們研制的最新釬焊刀片具有很好的抗沖擊性，可以實現大的切削深度，既可以用于高速切削（200～2000m/min）、也可以用于中速和低速切削（5～60m/min），既可以連續也可以斷續，既可以加工難加工的硬質材料，也可以加工硬度較低的軟質材料，不僅適合于輕載穩定切削，也可應用于重載斷續切削。”張太和認為，富耐克這種釬焊新技術正在改變著人們對立方氮化硼的認識。

　　“隨著技術的不斷發展，現在富耐克生產的釬焊立方氮化硼刀具的銑削切削速度能達到3000m/min左右，車削速度能達到2000m/min，粗糙度能達到Ra0.8以內，切削效率是硬質合金類刀具的5～8倍。” 富耐克未實施任何切刃處理的PCBN刀片，其銳利的切削刃特別適合精加工，在加工鑄鐵時，切削刃越鋒利，越有抑制毛刺、及加工表面邊緣的小崩口等問題的發生。而通過實施對切刃各種方式的鈍化拋光處理，可以適合各種場合的切削條件，尤其對粗加工、斷續切削，對抑制刀片發生微崩刃，有更明顯的效果。據張太和介紹，富耐克根據不同的使用條件和使用場合，推出了8個牌號的PCBN產品，有適合粗加工的，也有適合精加工的，有適合鐵的，也有適合鋼的。其中還有2個適用于任何場合、任何條件的牌號，這種通用性的牌號可以避免頻繁換刀造成的麻煩。

　　富耐克最新推出的釬焊PCBN刀片因采取CBN最新釬焊技術，不會發生開層、開裂。由于有更厚的CBN聚晶體，比市場現有釬焊刀片有更高的抗沖擊能力，而采用特殊工藝釬焊使刀片有更高的耐熱性。“雖然立方氮化硼在市場上出現已久，但應用我們最新釬焊技術的刀片還只有我們一家，目前在市場還沒有競爭對手。”張太和自豪地說。