立方氮化硼刀具的性能特点及应用场景

立方氮化硼（CBN）刀具是氮化硼（BN）的同素异构体之一，其结构与金刚石相似，具有超硬特性、高热稳定性、高化学稳定性，在大气中加热至1000℃也不发生氧化，广泛用于钢铁制品的加工。立方氮化硼刀具由于其性能的优越性，能够加工高速钢、工具钢、淬硬钢、冷硬铸铁、轴承钢、高温合金及其他难加工材料。

1.立方氮化硼刀具材料性能

（1）具有较高的硬度和耐磨性 CBN具有与金刚石相近的硬度和强度，CBN微粉的显微硬度为8000～9000HV，PCBN烧结体的硬度达到3000～5000HV。在切削耐磨材料时，其耐磨性为涂层硬质合金刀具的30倍。

（2）具有很高的热稳定性 CBN的耐热性高于金刚石，可达1400～1500℃，PCBN在1000℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的常温硬度，图1-10所示为PCBN、陶瓷和硬质合金的高温硬度对比。

（3）具有优良的化学稳定性 CBN具有很高的抗氧化能力，在1000℃时也不会产生氧化现象。与铁系材料到1200～1300℃时也不起化学作用，化学惰性大。

（4）具有较好的导热性 CBN的导热性仅次于金刚石，其热导率是硬质合金的20倍，CBN与陶瓷的热导率的比率为37.1，在高速切削下热导率高可使刀具刀尖处温度低，可减小刀具的磨损，有利于加工精度的提高。

（5）具有较低的摩擦因数 CBN与不同材料间的摩擦因数约为0.1～0.3。在高速切削时，摩擦因数小，可使切削力减小，切削温度降低，提高加工表面质量。

2.立方氮化硼刀具材料的种类

立方氮化硼（CBN）有单晶体和多晶体之分，即单晶立方氮化硼和聚晶立方氮化硼（PCBN）。单晶立方氮化硼的制取，通常使用六方氮化硼（HBN），在触媒及添加剂的参与下，经高温高压烧结而得。PCBN是在高温高压下将微细的CBN材料通过结合相（TiC、TiN、Al、Ti等）烧结而成的多晶材料，它与金刚石统称为超硬刀具材料。由于单晶立方氮化硼受制造技术及成本高等因素的限制，目前实际应用中仍以PCBN为主。PCBN刀具具有独特的结构和特性，近年广泛应用于黑色金属的切削加工，尤其适合于淬硬钢、高硬铸铁、高硬热喷涂合金等难加工材料的切削加工。

PCBN刀具按结构的不同分为PCBN焊接刀具和PCBN可转位刀具两大类。PCBN焊接刀具是将PCBN刀片焊接在钢基体上经刃磨而成。PCBN可转位刀片一般是在可转位硬质合金刀片的一个角上镶焊一块PCBN刀片，经刃磨而成。(www.xing528.com)

图1-10 PCBN、陶瓷和硬质合金的高温硬度对比

根据制造复合方式的不同，PCBN刀具可分为整体PCBN刀具和与硬质合金复合烧结的PCBN复合刀具。整体PCBN刀具有多个切削刃，可以转位使用。PCBN复合刀具有多个切削刃，可转位，也可重磨使用。PCBN复合刀具是在强度较高和韧性较好的硬质合金上烧结一层0.5～1.0mm厚的PCBN而成的，兼有较好的韧性和较高的硬度及耐磨性，解决了CBN刀具抗弯强度低和焊接困难等问题。

3.立方氮化硼刀具几何角度的选择

以PCBN刀具加工淬硬钢为例，刀具几何角度的选择如下：

（1）前角γ_o 在加工淬硬钢时，刀尖角不能太小，刀具前角一般为-10°～0°，通常采用0°。

（2）后角α_o 后角一般较小，其大小为6°～10°，以保证刀具切削部分的楔角足够大。

（3）刃倾角λ_s 刃倾角无特殊要求时，多取0°或负值，以保证切削刃切入时有较好的受力状态。

（4）刀尖角ε_r 刀尖角一般不要小于90°，并把刀尖研磨成半径为0.4～1.2mm的圆弧，以保证刀尖有足够的强度。