PCD和CBN刀具的區（qū）別

PCD刀具（jù）的性能特點（diǎn）

　　金剛石刀具具有硬度（dù）高、抗壓強度（dù）高（gāo）、導（dǎo）熱性及耐磨性（xìng）好等（děng）特性，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工（gōng）效率。金剛石刀具的上（shàng）述特性是由金（jīn）剛石晶體狀態（tài）決定的。在金剛石晶體中，碳原子的四個（gè）價電子按四麵體結（jié）構成（chéng）鍵，每個碳（tàn）原子與（yǔ）四個相鄰原子形成共價鍵，進而組成金剛石（shí）結構，該結構（gòu）的結合力和方向（xiàng）性很強，從而使金剛石具有極高硬度。由於聚晶金剛石（PCD）的結構是取向不一的細晶粒金剛（gāng）石燒結體（tǐ），雖然加入了結合劑，其硬度及（jí）耐磨性仍（réng）低於單晶金（jīn）剛石。但由於PCD燒結體表現為（wéi）各向同性，因此不易沿單一解理麵裂（liè）開。

PCD刀具材料的主要性能指標

　　①PCD的硬度可（kě）達8000HV，為硬質合金的（de）80～120倍；

　　②PCD的導熱（rè）係數為700W/mK，為硬（yìng）質合金的1.5～9倍，甚至高於PCBN和銅，因此PCD刀具熱（rè）量傳遞迅速（sù）；

　　③PCD的摩擦係（xì）數一般僅為0.1～0.3（硬質合金的摩擦係數為0.4～1），因此PCD刀具可顯著減小切削力；

　　④PCD的熱膨脹係數僅為0.9×10^-6～1.18×10^-6，僅相當於（yú）硬（yìng）質合金的1/5，因（yīn）此PCD刀具熱變形小，加工精度高；

　　⑤PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小，在加工（gōng）過程（chéng）中切屑不易粘結在刀尖上（shàng）形成積屑瘤。

PCD刀具的應用

　　工業發達國家對PCD刀具的研究開展較（jiào）早，其應用已比較成熟。自1953年在瑞典首（shǒu）次合成人造（zào）金剛石以來，對PCD刀具切削性能的研究獲得了大量成果，PCD刀具的應用範圍及使用量迅速擴大。目（mù）前，國際（jì）上著名的人造金剛石（shí）複合片生（shēng）產商主要有（yǒu）英國DeBeers公司、美國GE公司、日本住友電工株式會社等。據報道，1995年一（yī）季度僅日本的（de）PCD刀具產量即達（dá）10.7萬把。PCD刀具（jù）的應（yīng）用（yòng）範圍已由初期的車削加工向鑽削、銑削加工擴（kuò）展。由日本一家組織進行的關於超硬刀具的調查表明：人們選用PCD刀具的主要考慮因（yīn）素是基於（yú）PCD刀具加工後的表麵精（jīng）度、尺寸精度及刀具壽命等優勢。金剛石複合片合成技術也得到（dào）了較大發展，DeBeers公司已推出了直徑74mm、層厚0.3mm的聚晶金剛石複合片。

　　國內PCD刀具市場（chǎng）隨著刀具技術水平的發展也不斷擴大。目前中國第一汽車（chē）集團（tuán）已有一百多個（gè）PCD車刀使用點，許多人造板企業也采用（yòng）PCD刀具進行木製品加（jiā）工。PCD刀具的應用也進一步推動了（le）對其設計（jì）與製造技術的研究。國內的清華大學、大連理工（gōng）大學、華（huá）中理工大學、吉林工業大學、哈爾濱工業大學（xué）等均在積極（jí）開展這方麵的研究。國內從事PCD刀具研（yán）發、生產的有上（shàng）海舒伯（bó）哈特、鄭州（zhōu）新亞（yà）、南（nán）京藍幟、深圳（zhèn）潤祥、成都工（gōng）具研究所等幾十（shí）家單位。目前，PCD刀具的（de）加工範圍已從傳統的（de）金屬切削加工擴展到石材加工（gōng）、木材加工、金屬基複合材料、玻璃、工程陶瓷等（děng）材料的加工。通過對近年來PCD刀具應用的分析可見，PCD刀具主（zhǔ）要應（yīng）用（yòng）於以下兩方麵：①難加工有（yǒu）色金屬材料的加工：用普（pǔ）通刀（dāo）具加工難加工（gōng）有色金屬材料時，往往產生刀具（jù）易磨損（sǔn）、加工（gōng）效率低等（děng）缺（quē）陷，而PCD刀具則可（kě）表現出良好的加工性能。如用PCD刀具可有效加工新型發動機活塞材料（liào）——過共晶矽鋁合金（對該材料加工機理的（de）研究已取得突破）。②難（nán）加工非金屬材料的加工（gōng）：PCD刀具非常適合對石材、硬質碳、碳纖維增強塑料（CFRP）、人（rén）造板材等（děng）難（nán）加工非金（jīn）屬（shǔ）材料（liào）的加工。如華中理工（gōng）大學1990年實現了用PCD刀具加工玻璃；目前強化複合地板及其它木基（jī）板材（如（rú）MDF）的應用日趨（qū）廣泛（fàn），用PCD刀具（jù）加工（gōng）這些材料（liào）可（kě）有效避免刀具易磨損（sǔn）等缺陷。

PCBN刀具的（de）切削性能

　　由於CBN晶體與金剛石晶體都屬閃（shǎn）鋅礦型，且晶格常數相近（jìn），化學鍵（jiàn）類型相同，因而CBN具有接近金剛石的硬（yìng）度和抗壓強度，又因為其是由N、B原子所組成，因此（cǐ）具（jù）有比金（jīn）剛石更高的熱穩（wěn）定性和化學惰性。PCBN刀具材料主要性能如（rú）下：

具有很高的硬度（dù）和耐磨性

　　CBN單晶的顯微硬（yìng）度（dù）為HV8000～9000，是目（mù）前已知的第二高硬度的物質，PCBN複合片的硬度一般為HV3000～5000。因此用（yòng）於加工高硬度材料時具有比硬質合金及（jí）陶瓷（cí）更高的（de）耐磨性，能減少大型零件加（jiā）工中的尺寸偏差或尺寸分散性，尤其適用於自動化程度（dù）高（gāo）的設備中，可以減少換刀調刀輔（fǔ）助時間，使其效能得到充分發揮。

具有很高的熱穩定性和高溫硬度

　　CBN的耐（nài）熱性可達1400～1500℃，在（zài）800℃時的硬度為Al2O3/TiC陶瓷的常溫硬度，因此，當切削溫度較高時，會使被加工材料軟化，與刀具間硬（yìng）度差增大，有利於切削加工進行，而對刀具壽命影響不大。

具有較高的化學穩定性

　　CBN具有（yǒu）很高的（de）抗氧化能力，在1000℃時（shí）也不產生（shēng）氧化現象（xiàng），與（yǔ）鐵（tiě）係材料在1200～1300℃時也不發生化學反應，但在1000℃左（zuǒ）右時會與水產生水解（jiě）作用，造成大量CBN被磨耗，因（yīn）此用PCBN刀具（jù）濕式切削時需注意選（xuǎn）擇切削液種類。一般情況下，濕（shī）切對PCBN刀（dāo）具壽命無明顯提高，所以使用PCBN刀具時（shí）往往采用幹切方式。

具有（yǒu）良好的導熱性

　　CBN材料的導熱係數低於金剛石但大大高於硬質合金，並且（qiě）隨著切削溫度（dù）的提高，PCBN刀具的導熱係數不斷增大，因此可使刀尖處熱量很快傳出，有利於工件加工精度（dù）的提高。

具（jù）有較低的摩擦係（xì）數

　　CBN與不同材料的摩擦係數在（zài）0.1～0.3之間，大大低於硬質合金的摩擦係數(0.4～0.6)，而且（qiě）隨摩擦（cā）速度及正壓力的增大而略有減小。因此低的摩擦係數及優良的抗粘結能力，使CBN刀具切削時不易形成滯留（liú）層或積屑瘤，有利（lì）於加工表麵質量的提高。

PCBN刀具應用於（yú）先進切削加工工藝

適用（yòng）於高速及超高（gāo）速切削加工技術

　　PCBN刀具最適合於鑄（zhù）鐵、淬硬鋼（gāng）等（děng）材料的高速切削加工。由PCBN刀具切削鑄（zhù）鐵及淬硬鋼時刀（dāo）具後刀麵磨損與（yǔ）切削距離的（de）關係可以看出：當切削速度超過一定限（xiàn）度後，切削速度越高，PCBN刀具後刀麵磨損速度反而越小，即高速切削下刀具的壽命反而高，這（zhè）一特點尤其適合（hé）現代高速切削加工。

硬態切削加工技術的最（zuì）佳刀具材料

　　對（duì）淬硬（yìng）件(硬度HRC55以上)的（de）精加工，通常采用磨削加工方法來完成，然而隨著刀具材料發展及車床(尤其是數控車床)加工精度的提高（gāo），以硬態切削代替磨（mó）削來完成零件的最終加工已成為一個新的（de）精加工途徑，這（zhè）種以車代磨的工藝方法有以下優點：

　　（1）可提高加工柔性，突破了砂輪磨削的限製，通過改變切削刃及走（zǒu）刀方式可以加工出幾何形狀各異的工件；

　　（2）切削（xuē）加工中的（de）環保問題日（rì）益嚴峻，磨削加工產生的廢液和廢棄物越來越難以處理和清除，而且對人體有害（hài），而硬態（tài）切削（xuē）無須加冷卻液，意義重大；

　　（3）切（qiē）削效率高，加工時間短，設備投資費用小，可降低加工成本；

　　（4）切除相同（tóng）體積所（suǒ）消耗的能量僅（jǐn）為（wéi）磨削的20%，因此產生的切（qiē）削（xuē）熱較少，加工表麵不（bú）易引起燒傷和微小裂紋，易於保持工件表麵性能的完整性；

　　（5）同樣金屬去除率情況下，硬態切削較磨削節省能源（yuán）。

　　通常用於硬態切削的刀具材料（liào）有陶瓷、TiC塗層刀（dāo）片及PCBN刀具材料，但要在較高速度(1000m/min以上)下進行硬態車削，PCBN是最佳刀具材料品（pǐn）種。如在汽車變速箱（xiāng）同（tóng）步器套撥叉(材料為20CrMnTi，硬度為HRC58～62)加工采用以車代磨後，效率（lǜ）提（tí）高4倍以上，加工成本降（jiàng）低為原來磨削工藝的1/3～1/2。

進行幹切削加工（gōng）工藝的理想刀具材料

　　由於經濟與環保方（fāng）麵的原（yuán）因，近幾年幹切削加（jiā）工方法已成為機械製造領域中的重點研究課題。我們首先來看一（yī）下濕切工藝由於使用切削液帶來的問題（tí）：

　　（1）長期暴露在空氣中或切削加工中由切削（xuē）熱造成的切削液霧狀揮發，容易汙染環境、危害操作者（zhě）健康，切削液（yè）中的硫、氯等添加劑危害更大，影響加工表麵質量；

　　（2）切削液的使用影響加工成本，據統計，切削液占生產成本的15%，而刀具費用僅占3%～4%；

　　（3）切削（xuē）液的滲漏、溢出會汙染環境，易發生安全（quán）、質量事故；

　　（4）切削液的（de）傳輸、回收、過濾等裝置及其維護（hù）費用較高，增加了生產成本。

　　由於以上（shàng）原因（yīn），幹切削加工工藝已在西（xī）方（fāng）工業發達國家有了相當的（de）應用。由美國Makino公司推薦的“紅月牙”(Red Crescent)幹切工藝，既可以充分發（fā）揮刀（dāo）具的切削性能，與濕切相比又能大大提高生產率。其機理是由於切削（xuē）速度很高，產生的熱量聚集於刀具前部，使切削區附近材料達到紅熱狀態，屈服強度下降，進而達到提高切削效率的（de）效果。采（cǎi）用紅月牙幹切削工藝的前提條件是在較高切削溫度下，被切材料強度有明顯下降，變得（dé）易切削，而刀具材料的強度在同樣狀（zhuàng）態下（xià）要有較好的紅硬性（xìng）及熱穩定性，還要有較好（hǎo）的耐磨性和抗粘結（jié）性。

　　適用於幹切（qiē）工藝的刀具材料有陶瓷、金屬陶瓷、塗層硬質（zhì）合金及PCBN刀具材料等等，但就紅硬（yìng）性和熱穩定性來說，PCBN材料是最適合幹（gàn）切工藝的刀具材料，且由於PCBN刀具材料具有上述優點，更適於高速條件下（xià）的幹式切削加工，用PCBN刀具切削灰口（kǒu）鑄鐵幹切削和濕切削兩種情況下的對比可以看出：PCBN在高速（sù）幹切情況下，比濕切削具有更高的刀具壽命。

適應於自動化加工及難加（jiā）工材料（liào）加工

　　PCBN刀具有很高的硬度及（jí）耐磨性，能在高切削速度下長（zhǎng）時間地（dì）加工出（chū）高精度零件（尺寸分散性（xìng）小），大大減少換刀次數（shù）和刀具磨損補償停機（jī）所花費的（de）時間（jiān）。因此，很適合於（yú）數控機床及自動化程度較高的加工設備，並且能使（shǐ）設備（bèi）的高效（xiào）能得到充分發揮。

　　在難加工材料（liào）應用方麵，PCBN刀具也（yě）顯示了其卓（zhuó）越的性能，如表麵噴（pēn）焊(塗)材料的加工，用（yòng）其它材料刀具加工（gōng），刀具壽命極低，也（yě）無法采用磨削方法加（jiā）工，而PCBN是惟一適合的刀（dāo）具（jù）材料；又如，在石油電站設備中使用的高合金耐磨鑄鐵，采（cǎi）用PCBN刀具較硬質合金刀具提高切削效率4倍以上，單件刀具成本（běn）下降為原（yuán）來的1/5。另外在硬質合金（jīn）等燒結材料的切削加工方麵，PCBN刀具也顯示了很好的切削（xuē）性能。

PCBN刀具的應用事例

　　由於PCBN具有較高的硬度和耐磨性，在高溫下不與鐵族金（jīn）屬起反應的化學惰性，因（yīn）此主要用於高硬度材料及難加工（gōng）材料的（de）切削加工，如淬硬（yìng）鋼、高合金耐（nài）磨鑄鐵、高（gāo）溫合金、高速鋼（gāng）、表麵噴焊材料、燒結金屬材料等難加工材料的切削（xuē）加工（gōng）。

　　（1）加工淬硬鋼，可起到以車代磨的效（xiào）果，由於切削深度比磨削深（shēn）度大十（shí）幾倍以上，因此加工效率高，表麵不產生燒傷。如以車（chē）代磨加工變速滑動齒輪(20CrMnTi，硬度為HRC58～62)時，切（qiē）削比原磨削加工效率提高4倍以上。

　　（2）加（jiā）工高合金(含鎢或鉻（gè）18%)耐磨鑄鐵，切削速度較硬質合金刀具（jù）提高10倍以上，切削效率（lǜ）提（tí）高4倍（bèi）以上（shàng）。

　　（3）加工高鈷鉻（gè）鉬耐蝕耐熱合金，PCBN刀具切削速度為（wéi）160m/min，是硬質合金刀具的8倍（bèi）。

　　（4）加（jiā）工（gōng）熱噴塗(噴焊)材料，表（biǎo）麵噴焊件無法用磨削加工，而用硬質合金刀具切削效率極低，改用PCBN刀（dāo）具後可提高（gāo）加（jiā）工效率，節省加工費用50%以上（shàng）。PCBN刀具還可用於有色金屬的精密切削及燒結（jié）金屬的（de）切削加工（gōng）等等。