圖1 不同材料的硬度值

1 超硬切削材料刀具的特點

1. PCD刀具的特點


2. PCB刀具的特點





• 極高的硬度及壽命 如圖1所示，人造聚晶金剛石(PCD)的硬度可達(dá)68GPa，僅次于天然金剛石，是目前世界上人工合成的最硬物質(zhì)，人造聚晶金剛石的硬度是目前被廣泛應(yīng)用于汽車加工領(lǐng)域的硬質(zhì)合金材料硬度的3～4倍；在加工鋁硅合金時，人造聚晶金剛石刀具的使用壽命是硬質(zhì)合金刀具的20～100倍。


• 很低的摩擦系數(shù) PCD 金剛石刀具非常適合加工鋁合金、鎂合金等有色金屬，它與有色金屬的摩擦系數(shù)低于0.3(約為硬質(zhì)合金的一半)，這對切屑的順利排出、杜絕積屑瘤的產(chǎn)生、降低切削力和切削熱非常有利。


• 非常鋒利的刀刃 根據(jù)不同的工藝要求，PCD金剛石刀具的刃面粗糙度一般在Rz3.4～6.0µm左右，如有特殊要求，可經(jīng)過表面拋光研磨處理至Rz1.7～2.1µm，刀刃鈍圓半徑可達(dá)0.01µm 以下。


• 優(yōu)異的導(dǎo)熱性 PCD刀具的導(dǎo)熱性略低于天然金剛石，約為硬質(zhì)合金的3～5倍，這有利于降低刀尖部分的溫度，提高刀具的使用壽命。


• 低的熱膨脹系數(shù) PCD刀具的熱膨脹系數(shù)約為硬質(zhì)合金的1/4。因此，PCD 金剛石刀具的熱穩(wěn)定性非常好，能長時間保持刀具的尺寸精度和鋒利性。






• 很高的硬度及耐磨性能 如圖2所示，聚晶立方氮化硼(CBN)是利用高溫高壓人工合成的另一種超硬刀具材料，其硬度略低于聚晶金剛石(PCD)。在加工淬硬鋼時，其耐用度是硬質(zhì)合金的10～50倍左右，切削速率可提高. 倍以上。


• 優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性 CBN的耐熱溫度可達(dá)1400℃左右，比金剛石的耐熱溫度400℃高一倍，在1000℃以下不會出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，在1200℃時也不與鐵基材料起化學(xué)反應(yīng)。


• 良好的導(dǎo)熱性 CBN的導(dǎo)熱性低于金剛石，但比硬質(zhì)合金高很多，并且隨著切削溫度的提高，它的導(dǎo)熱系數(shù)還會提高。


• 較低的摩擦系數(shù) CBN與淬硬鋼之間的摩擦系數(shù)約為硬質(zhì)合金與淬硬鋼之間摩擦系數(shù)的1/2。

2 超硬切削材料刀具的應(yīng)用

1. 超硬刀具的種類


2. CBN 刀具的應(yīng)用


3. PCB刀具的應(yīng)用


人造聚晶金剛石(PCD)復(fù)合刀片通常是由含量為80～90%的粒度為2µm、10µm或25µm 的金剛石顆粒為原料，并以鈷作為催化劑，在大約1400℃的高溫和60kBar的高壓下燒結(jié)在圓盤形硬質(zhì)合金基體上(見圖2)。聚晶立方氮化硼(CBN)刀片一般也是經(jīng)高溫、高壓燒結(jié)在硬質(zhì)合金基體上做成復(fù)合刀片形式。







圖2 人造聚晶超硬復(fù)合刀片


根據(jù)對不同刀具的不同要求，在高功率、高精度的EDM線切割機(jī)床上采用特殊設(shè)計的軟件對其進(jìn)行優(yōu)化、精密分割，制作成各類刀具。鈷領(lǐng)公司的超硬刀具產(chǎn)品基本可覆蓋整個切削類刀具，從車刀、機(jī)夾刀片到旋轉(zhuǎn)類刀具(包括PCD 鉆頭、銑刀、鉸刀及可調(diào)式精密鏜刀等)，其中PCD 鉆頭、立銑刀已形成系列并批量投入生產(chǎn)。對于有特殊要求的刀具，鈷領(lǐng)公司的專家會專門為客戶設(shè)計、制作，幫助您更高效的完成加工任務(wù)。
由于CBN 刀具在加工鐵系金屬時會產(chǎn)生化學(xué)滲透，因此不適合加工鋼和鑄鐵，但在加工有色金屬和非金屬材料(如鋁、鎂、銅及其合金，木材、增強(qiáng)塑料、石墨和陶瓷等)時能表現(xiàn)出超群的切削能力，能非常輕松地以高于硬質(zhì)合金10倍以上的切削效率進(jìn)行加工(見表1)。通常通過切削試驗來選擇最佳的切削參數(shù)，在切削加工時最好使用冷卻液。在加工硅鋁合金時刀具壽命常常能達(dá)到硬質(zhì)合金的100倍以上，如此高的切削速率減少了積屑瘤在刀具刃口生成的可能性。
CBN 刀具特別適合于高質(zhì)量的精加工工序，甚至在較大的切削深度和切削速度下也能獲得杰出的表面質(zhì)量，這有利于減少加工工序，縮短工件的加工周期。













































































































表1 CBN刀具的切削參數(shù)
工件材料	鉆、鉸加工		銑加工		車加工
	切削速度Vc (m/min)	進(jìn)給量f* (mm/r)	切削速度Vc (m/min)	進(jìn)給量f (mm/r)	切削速度Vc (m/min)	進(jìn)給量f (mm/r)
硅鋁合金(含Si<12%)	800	0.1-0.25	3500	0.04-0.2	8500	0.01-0.25
硅鋁合金(含Si>12%)	600	0.1-0.25	2900	0.02-0.2	4700	0.01-0.25
鍛鋁合金	1000	0.1-0.25	4700	0.04-0.2	16000	0.05-0.3
鎂合金	800	0.12-0.32	5500	0.04-0.25	-	-
銅合金	380	0.1-0.25	5500	0.05-0.35	3200	0.01-0.3
增強(qiáng)塑料	1500	0.05-0.5	3600	0.1-1.0	1200	0.05-0.3
黃銅合金	1200	0.05-0.35	4500	0.05-0.35	5100	0.01-0.25
硬質(zhì)合金 (含Co10%-17%)	150	0.05-0.4	200	0.02-0.25	200	0.1-0.5
陶瓷	450	<0.2	600	<0.2	600	<0.2
石墨1200	1200	0.01	2000	0.04-0.2	-	-


用于直徑f3～12mm
PCB刀具主要用于加工硬度在45HRC以上的各種淬硬鋼(彈簧鋼、軸承鋼、高速鋼等)、鑄鐵(冷硬鑄鐵、灰鑄鐵等)、高溫合金(鈷基合金、鎳基合金等)、硬質(zhì)合金及粉末噴涂金屬等難加工材料。
PCB刀具能在很大范圍內(nèi)有效代替磨削進(jìn)行高精度加工。與磨削加工相比，對于同等加工精度，PCB刀具的加工效率更高，綜合效益更好，可滿足現(xiàn)代汽車制造業(yè)對刀具的高效、高穩(wěn)定性、高壽命的要求。表2為PCB刀具的切削參數(shù)推薦表(最佳的切削速度取決于表面質(zhì)量的要求和刀尖部分的形式)。






















































































表2 PCB刀具的切削參數(shù)
工件材料	銑加工		車加工
	切削速度Vc (m/min)	進(jìn)給速率f (mm/z)	切削速度Vc (m/min)	進(jìn)給速率f (mm/r)
灰鑄鐵(180-240HB)	1500	0.25-0.4	1000	0.1-0.4
合金鑄鐵	380	0.3-0.5	500	0.1-0.4
冷硬鑄鐵(60HRC)	200	0.1-0.4	100	0.4-0.85
表面硬化鋼(56HRC，16MnCr5)	250	0.05-0.2	140	0.1-0.3
軸承鋼(61～63HRC，100Cr6)	220	0.05-0.2	180	0.08-0.2
冷作鋼(59HRC，X210Cr13)	320	0.05-0.2	130	0.05-0.2
鎳硬化鋼(60HRC)	220	0.1-0.3	80	0.25-0.4
鎢鉻鈷合金	240	0.1-0.3	250	0.2-0.4
高速鋼(64～65HRC)	-	-	130	0.05-0.2
硬質(zhì)合金(含Co>17%)	-	-	30	0.05-0.2