PCBN刀片的研究制造现状及发展

　1 引言
　　
　　现代切削技术正向着高速度、高精度、高效率的方向发展，与此同时，切削技术对刀具性能的要求也越来越高。聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride，PCBN）作为利用人工方法合成的硬度仅次于天然金刚石的新型刀具材料，是目前高速切削铁系金属最合适的刀具材料。
 
　　聚晶立方氮化硼（PCBN）于上世纪由美国GE公司首先研制成功，由于PCBN材料具有高的硬度和耐磨性、很高的热稳定性和高温硬度、优良的化学稳定性以及较好的导热性和较低的摩擦系数，因此PCBN刀具自问世之初就受到美国、德国、英国、日本等工业发达国家的重视。经过30多年的发展，国外对PCBN刀具的研究已基本进入成熟阶段，产品也向多样化、系列化方向发展。我国也有不少单位和学者从事PCBN刀具的开发和研究，但与国外相比，无论在PCBN材料的合成还是刀具切削性能的研究方面都有所滞后。
 
　　PCBN刀具作为21世纪的主要换代刀具之一，在工业发达国家工具使用总量中所占比重越来越大。美国GE公司认为，在工业化国家，PCBN刀具材料将有6.2亿美元的市场。我国机床工具行业的“十五”规划重点是发展数控机床及其配套部件，2005年国内PCBN刀片需求量已达到66.2万片（折合为30mm的片）。根据市场调查和科学预测，我国PCBN刀具消费总值到2010年可达到5.4亿元。
　　
2 PCBN刀片的研制
　　
　　从1957年美国GE公司研制出立方氮化硼（CBN）单晶粉末、70年代研制成功PCBN刀具至今，经过30多年的发展，PCBN刀具已逐步趋于成熟。目前PCBN刀具多由PCBN刀片与刀杆或可转位刀片焊接而成，近年来整体式PCBN刀片种类也越来也多。PCBN刀片是0.5mm左右的PCBN层直接烧结在硬质合金基体上形成的复合整体。这种材料既具有PCBN的高硬度、高热稳定性和高的化学稳定性，同时又具有硬质合金强度好、可焊性好的优点，使PCBN刀具不仅可切削各种硬度的工件，而且也易于生产。PCBN刀片质量的好坏直接影响着刀具切削性能。
　　
　　2.1 PCBN刀片的烧结

　　PCBN刀片的制作方法主要有两种：一种是一次聚合法，即直接用六方氮化硼（HBN）一次聚合成高密度的烧结体；另一种是二次聚合法，先合成高密度立方氮化硼（CBN），然后再以其为原料经高温高压烧结成聚晶立方氮化硼。目前较为普遍的是加入粘结剂的二次聚合法：

　　（1）加入金属粘结剂的CBN烧结

　　金属粘结剂种类很多，主要有Ni、Co、Ti、Ti-Al等。在烧结温度下，金属粘结剂成为液相，液相的出现对CBN烧结有一定的促进作用，烧结可以在稍低的温度和压力下进行。另外，由于CBN不溶于金属粘结剂，不会发生可以促进收缩和晶体长大的溶解析出过程。在烧结过程中硬质合金中的钴呈液态渗入CBN晶界中，将硬质合金与CBN烧结体紧密粘结在一起。采用金属粘结剂的PCBN刀具的硬度较纯CBN烧结的刀具硬度低，但是韧性好。英国Element six 公司的AMB90、美国GE公司的BZN6000以及日本三菱生产的MB710等牌号都是由金属粘结剂烧结而成。

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