PCBN刀具材料与现代加工技术

随着科技的不断发展,对一些更坚固、更轻、更耐磨材料的需求也在不断增加,在现代工业尤其是汽车工业及航天航空工业中,复合材料及耐磨有色金属材料被大量使用,而采用普通刀具加工这类材料却难以胜任。因此,超硬刀具材料PCBN应运而生。本文对PCBN刀具用于高速与超高速切削、硬态干式切削、在数控机床上加工淬火钢加工以及不同应用领域对PCBN刀具材料的要求均有描述。指出,为达到我国未来工业经济的高速发展,超硬刀具的成功应用是一个关键因素。     

聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼的材料制造和切削工具应用的趋势和最新进展

在整个二十世纪九十年代,对聚晶金刚石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）切削工具的使用已显著增多,特别是汽车制造、航空航天及木材加工工业在生产中使用这些材料,以获得PCD与PCBN所能提供的更高的生产效率、精确度及紧密性。为了保持需求方面的这一增长以及现有的对产品更高的认识程度,超硬材料制造商不得以扩大现有产品范围作为回应,同时改进产品质量以达到高科技制造行业所要求的水平。本文研究了当前PCD和PCBN刀具生产和应用趋势,讨论了最近原材料方面很可能得到的发展。其中包括对物理和成分产生了变化的新产品的介绍,这些变化要么是性能增强了,要么是这种产品的密度改进了。物理性能的变化包括原材料毛坯尺寸的显著增加,生产时启动方便并且使刀具制造范围更广,而现在更薄的PCD层则能使精密切削刀刃的生产效率更高。成分的变化产生了新型PCD和PCBN产品,这些产品具有特殊的性能,从而也给制造业提供了更大的利润。随着质量的不断改进,我们同时取得了这些进展,因为质量的提高在任何一个工艺的原材料阶段都是非常重要的。     

我国复合超硬材料行业发展概况

介绍了我国超硬材料行业中的复合超硬材料领域20年的发展概况,详述了复合超硬材料领域3大类产品:钻探/工程用聚晶金刚石复合片、PCD/PCBN刀具用复合片、聚晶金刚石拉丝模坯,在高速发展期、转型升级期的发展历程,探讨了我国在该领域未来的发展趋势。      

PCBN刀具切削性能和磨损机理研究综述

聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具是继聚晶金刚石刀具之后的又一种超硬刀具,以其独特的“以车代磨”、“硬态加工”、“干式切削”等方式被誉为21世纪的绿色环保刀具。PCBN刀具在金属切削方面具有广泛的应用,主要用来加工各种淬硬钢、耐磨铸铁等铁基材料。本文介绍了PCBN刀具成分、几何形状、切削参数等对其切削性能的影响,在此基础上分析了不同材料加工时刀具的主要磨损机理,还简单对比了硬质合金和PCBN刀具切削性能上的差异。      

超硬材料刀具的研究和应用

本文论述了我国超硬材料刀具的研究和广泛应用.超硬材料刀具的应用不但节约一些贵重的金属原材料、而且超硬材料刀具的使用寿命是硬质合金刀具的90倍,形成的高速切削等新工艺使零件加工效率提高数倍到十几倍;产品质量显著提高.同时,文章论及我国在高品质超硬材料刀具研究发展中的不足和超硬材料刀具的制造、使用、发展方向及未来要加强研究的方面.     

现代新型刀具材料新发展

论述了刀具和刀具材料在人类历史发展中所起的重要作用．回顾了早期机械制造中曾经用过的刀具材料。重点阐述了现代军工产品加工中所用新型刀具材料（高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料）的化学成分、制造方法、性能和应用范围。对21世纪中刀具材料的发展动向也作出了预测与展望。     

PCBN刀具硬态车削的磨损机制研究

PCBN刀具用于高速切削、硬态切削、干切削以及加工自动化和难加工材料等先进切削工艺时显示出了卓越的性能,为了推动PCBN刀具在我国的推广使用,充分发挥PCBN刀具的潜能,有必要对PCBN刀具切削过程中的行为规律进行研究。目前国内外已经有很多这方面的研究报道,本文旨在对前人已进行的工作进行一个系统的总结,以期能得到PCBN硬态车削时的主要的磨损机制。     

特殊牌号PCBN的发展

工件材料和制造过程的发展推动了刀具的发展。镶有聚晶立方氮化硼(PCBN)的增长及其专用刀具的发展就是一个很好的例子。今天的PCBN比起早期的那些坚硬但缺乏足够韧性牌号，能满足更加广泛的应用要求。先进的制造方法使工具厂能够根据特殊工件材料或特殊的加工过程(如淬硬钢间断车削     

聚晶立方氮化硼刀具磨损与寿命研究综述

聚晶立方氮化硼(PCBN)是一种超硬刀具材料,由于其具有硬度高、化学稳定性和热稳定性好等优点,已经被广泛应用于汽车、航空航天、能源等领域的机械零部件加工。文中分析了PCBN刀具的主要磨损形式及其原因,并从刀具材料构成和几何形状、工件材料以及切削条件3个方面总结了影响PCBN刀具磨损和寿命的主要因素,最后介绍了切削参数优化和添加涂层等方法在提高刀具耐磨性与寿命方面的应用。     

大尺寸多晶金刚石复合片的制造

超硬材料与硬质合金的复合材料，包括多晶金刚石与硬质合金的复合材料(PDC)和多晶立方氮化硼与硬质合金的复合材料(PCBN)，具有广泛而重要的用途，因为它们把超硬材料的硬度与硬质合金的强度结合起来而具有优异的性能。本主要讨论PDC，而且是PDC中的一种，即用来制作切割刀具的PDC。目前高压高温设备比以前大多了，这为制造大尺寸的PDC提供了可能。     

超硬材料刀具的特性及应用

本文主要介绍了单品金刚石刀具，高温高压合成的聚品金刚石（PCD）刀具，聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具及化学气相沉积的金刚石膜（CVD）刀具的特性及应用。我们做了有关CVD刀具与PCD刀具耐磨性的切削试验：通过试验可以看出，CVD刀具确实有较好的耐磨性，但是在切削时间为17min时，由于CVD较PCD脆，在25倍显微镜下观察发现CVD金刚石刀具的刀口有明显的崩刃。另外发现，CVD金刚石刀具在制造及使用过程中也极易出现崩刃现象，所以目前大多数厂家仍以使用PCD刀具为主，CVD金刚石刀具的推广仍需要一个过程。     

我国超硬刀具高速切削技术发展现状、问题及前景

介绍了国内外高速切削技术的发展历程及其与超硬刀具技术发展中的相互关系,分析了国内超硬刀具高速切削技术发展中存在的主要问题。提出虽然目前我国超硬高速切削刀具发展中面临急需解决的问题是超硬刀具的系列化、标准化以及应用与安全使用技术,但从长远来看,其发展的瓶颈是超硬高速切削刀具技术国产化,即高质量的PCD、PcBN刀具原材料以及高性能超硬刀具刃磨机床国产化问题。介绍了中国矿业大学(北京)超硬刀具材料研究所在超硬高速切削刀具技术国产化方面的相关研究进展。对国内超硬刀具高速切削技术发展前景进行了展望,对今后的工作提出了建议。     

PCD、PCBN复合片的电火花线切割加工质量

选取几种典型的PCD、PCBN复合片,在慢走丝电火花线切割机床上对其进行了多次加工工艺试验;运用三维表面轮廓仪、超景深三维显微镜对线切割加工后的表面粗糙度、富钴界面层加工质量、刃口加工质量等进行测量。结果表明:超硬颗粒直径大小及含量对加工质量影响较大,PCD、PCBN复合片经多次电火花线切割加工,能够得到较好的加工质量;经WEDM加工后的PCD复合片刃磨量可控制在4～15μm左右,PCBN复合片BNX20刃磨量可控制在10μm以内,而BZN6000则需较大的刃磨量。     

CVD diamond coatings on geometrically complex cutting tools

The manufacturing of chemical vapour deposition (CVD) diamond coated shaft type cutting tools is demanding due to the complex design of the cutting edges and the cobalt content of the cemented carbide. The influencing parameters of substrate, pre-treatment and diamond film on the tool cutting performance are discussed. The optimised manufacturing route of CVD diamond coated thread milling drills is identified with the use of material and tribological tests. Following the optimised production of the tools, the thread milling drills are then applied in the machining of AlSi17Cu4Mg, whereby the tool performance is characterised with respect to their wear behaviour, the process forces and temperatures as well as the workpiece quality.     

Evaluation of layer adhered on PCBN tools during turning of AISI D2 steel

Polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) tools have high abrasion resistance and are thus suitable for application in the machining of steels with a high volume fraction of primary carbides in their microstructure. These tools are usually applied in the machining of steels with hardness above 45–50 HRC and in the case of application to steels with hardness below 45 HRC, the formation of an adhered layer on the rake face of the tools often occurs. This paper reports a study on the impact of the layer adhered on PCBN tools during the turning of AISI D2 steel, with 35 and 50 HRC. The microhardness and microstructure of the adhered material were determined, as well as the tool wear based on volumetric wear parameters. The layer adhered on the PCBN tool rake face has the same chemical elements as the machined steel alloy. Its microstructure is oriented in the direction of the chip flow and the primary carbides were fragmented. For the sample with 35 HRC the amount of material adhered (W_AM) on the rake face of the PCBN tool was approximately 360% higher than the steel with 50 HRC. The material layer adhered on the PCBN tool rake surface in the case of the 35 HRC steel acts as an edge (assuming the cutting function), while for the 50 HRC steel, the adhered layer intensifies the adhesion wear mechanism through spalling on the tool rake face. The results obtained provide important information for the selection of materials and grades for the development of new cutting tools.     

Microstructure and Physical–Mechanical Properties of (TiAlSiY)N Nanostructured Coatings Under Different Energy Conditions

Nanostructured multicomponent (TiAlSiY)N coatings were fabricated by the cathodic-arc physical vapor deposition (CA-PVD). In this study, a bias potential applied to the substrate was ??200 and ??500 V, and changes in structure and properties of coatings were investigated. Samples had a single-phase state with a face-centered cubic (FCC) lattice. Small crystallites of about 7.5 nm and texture with [110] axis were observed at ??500 V. However, lower bias potential resulted in the formation of crystallites of about 41.6 nm with [111] preferred orientation. Moreover, coatings were characterized by superhard state and demonstrated low wear, high abrasion and crack resistance. The testing of the polycrystalline cubic boron nitride (PCBN) cutting inserts covered with (TiAlSiY)N revealed an increase in the tool life coefficient during cutting by 1.66 times in comparison with the base tool material. Therefore, (TiAlSiY)N coating is a perspective material for application as a protective layer in cutting tools.