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《金屬加工世界》2009年第6期

為了最大限度降低幾何外形偏差，用戶可以採用其CAM系統。在NC程式計算之前，可以在設備配置方面進行糾錯，然後再納入程式中。採用旋轉3D誤差補償功能，可以在空間上對此類軸誤差進行補償。

電腦數位控制（CNC）領域的發展使得工件的表面品質更高、加工時間更短，同時也有利於增強干涉防護能力和停機後的快速重啟。
對加工精度、工件表面品質和成本控制等方面的要求日益高漲，順應這種趨勢，Fanuc公司在EMO2009展會上展出的30i-A和31i-A5系列的CNC控制系統，就可以為機床製造廠商和機床用戶帶來實實在在的好處。這些針對五軸加工的新功能可以改進工件表面品質，縮短加工時間，提高干涉防護水準並實現設備停機後的重新快速開機。

五軸同步加工的軟體功能
在這方面，控制系統製造商可提供品種繁多的五軸同步加工軟體功能。這些功能都顯著提高了加工效率。這些功能有刀具長度補償、刀具糾偏、刀具半徑補償和切割點補償等。此外，還有Smooth TCP和High-Speed Smooth TCP等功能。其中，Smooth TCP功能以Tool Center Point為基礎，對刀具調節中的偏差進行補償。另外，Smooth TCP還可忽略刀具中點位置的冗餘指令。High-Speed Smooth TCP功能可以用於現有的程式中，它含有刀具方向補償功能，以達到側面加工時的均勻運動。採用這兩種功能，可以獲得更好的表面品質和更短的加工時間。
針對斜面加工（“3+2”軸加工）場合，開發出了一種稱為Guidance-Screen（引導屏）的技術。通過這種螢幕，設備操作人員可以獲得圖形支援，並可通過對話，索取所需的程式。據製造廠商稱，操作人員可以在下列不同方式之間進行選擇：歐拉角度，“滾動，傾斜和偏離”（RPY），空間三點，兩個向量，角投影或刀具軸的方向等。

為了獲得更好的加工效果，針對五軸加工場合，有各種不同的輔助功能可供選用。在這些不同的輔助功能中，有些是新開發的功能，有些是改進型功能。例如，對“3D Interference Check”（3D干涉檢查）防干涉功能加以改進，對五軸加工的“Quick-Program-Restart”（快速程式重啟）功能進行了研發。這個功能可以使設備在停機（如刀具斷裂或停電）之後快速重啟。螢幕上相應的資訊可以幫助設備操作者重新啟動程式，而加工作業還能從停機前的位置繼續進行。

旋轉3D誤差補償提高加工精度
對於30i和31i-A5系列CNC系統來說，“旋轉3D誤差補償”功能為一種設備幾何外形錯誤提供了矯正功能（圖2）。與目前大多數參照一根直線軸的補償方法相反，旋轉3D誤差補償功能可以對整個設備空間的3D測量資料進行處理。由於這種功能也可以參照旋轉軸，因此很適合用於五軸設備。其結果是對設備動態性能進行誤差補償，實現更高的加工精度。

對於30i和31i-A5系列CNC系統來說，“旋轉3D誤差補償”功能為設備的幾何外形錯誤提供了矯正功能 。
沒有任何機床是完美無缺的，所有的軸都會以不同的方式出現誤差：一個典型的例子便是主軸斜率誤差。如果軸很長，或很高的上部構件發生傾斜的話，則會發生一定的撓曲。現代CNC機床應該通過其補償功能（例如Fanuc公司的傾斜誤差補償等）克服誤差。但是，這種補償應該是針對各軸分別進行的。其他一些小的錯誤和誤差，如軸之間輕微的角度偏差和輕微的扭動等，則不涉及其中。
為了最大限度降低幾何外形偏差，用戶可以採用其CAM系統。在NC程式計算之前，可以在設備配置方面進行糾錯，然後再納入程式中。但是，這也意味著承受較高的編程費用和此類NC程式在未重新匹配的情況下無法用於其他設備的缺陷。
採用旋轉3D誤差補償功能，可以在空間上對此類軸誤差進行補償。但前提條件是要對設備和軸進行準確的空間測量。由於這項工作牽涉到可觀的費用，所以迄今為止，很多用戶都沒有這樣做。
通過一種新的方法，可以減輕這種空間測量工作的難度。因此，Fanuc公司近年來已經制定並擴展了3D糾偏的可行功能。由此，用戶可以選擇可行的旋轉3D糾偏功能，不僅可針對線性軸，也同時可針對圓軸。通過CAM軟體的補償即變成了多餘。在對設備進行測量和植入資料之後，控制系統即自動開始檢測所有軸上的線性偏差。此時，不僅Tool Center Point（刀具中點）可以得到補償，同時旋轉軸也可得到糾正。例如，若刀具與工件之間的角度偏差大約15°的話，則300mm孔的上部開口應比下部開口大約8μm。在進行精密的深孔鑽加工時，不應該忽視這種誤差。糾偏結果要視設備的測量結果和設備的機械性能而定。根據控制系統廠商介紹，這樣的糾偏無疑會獲得更高的精度，因為設備的幾何外形誤差得到了補償。試驗結果表明，定位精確度平均提高了兩倍。

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塗層是確保高效加工最重要的因素之一。

正確選擇塗層可以降低每個項目或每件成本，因為這樣可以降低摩擦；減少熱漲冷縮，降低切削力；提高進給速度和轉速；改善工件表面質最並降低停機時間。針對某特定應用場合選擇正確的塗層可能是件複雜而費勁的工作。市場上可以見到的每種塗層都有其優缺點，而選擇不當則會縮短刀具壽命並使問題雪上加霜。塗層中的決定性因素硬度在塗層中非常關鍵，因為材料或表而越硬，刀具壽命就越長。CVD金剛石塗層的表面硬度接近9,000HV，與PVD塗層相比，其刀具壽命超出後者20倍。該塗層適合切削非鐵材料的，因為它硬度高，且切削速度為不帶塗層刀具的2～3倍。耐磨性，即塗層防止磨損的能力。儘管某種材料可能不是很硬，但是生產過程中添加的元素和工藝可能增加刀刃破損或形成突起的可能性。

表面潤滑性，非常重要，因為摩擦係數高會增加熱量，縮短塗層壽命或引起塗層失效。而摩擦係數低卻可以增加刀具壽命。表而光滑——不粗糙或無不規則輪廓——使切屑從刀具表而滑落，產生較少熱量。與無塗層的刀具相比，表面潤滑性高還可以提高速度，幫助防止工件產生塑變。氧化溫度，即塗層開始失效的溫度。氧化溫度高可以提高在高溫應用場合的成功率。防粘連能力，可以通過防止刀具和切削材料之間發生化學反應而阻止加工材料附著到刀具上。這種能力可以減少積屑瘤(BUE) ，一種在加工有色金屬材料諸如鋁或黃銅時常見的問題，導致刀具劈裂或零件過切。一旦材料開始附到刀具上，就繼續粘接更多材料。

常見塗層氮化鈦(TiN)，是一種通用塗層，通過物理氣相沉積(PVD)法獲得。該塗層表面硬度達81HRC，摩擦係數為0.4。它在1,000°F(550℃)溫度下具有熱穩定性，適合塗敷於高速鋼(HSS)刀具用於切削各種材料，包括鐵基材料、非合金和合金鋼及淬火鋼等。碳氮化鈦(TiCN)，比氮化鈦具有更多碳，硬度更高(90HRC)，表面潤滑性更好(摩擦係數0.3)。該塗層也非常適合HSS切削刀具，具有更高的耐磨性，適合加工更難加工材料，諸如鑄鐵、鋁合金、工具鋼、銅、鎳鉻合金、鈦合金及有色金屬等。氮化鋁鈦(TiAlN)，是一種高性能塗層，表面硬度超出80HRC。由於在刀具和切屑之間形成一層氧化鋁——將熱從刀具上轉移走，轉移到零件或切屑中——因此在高溫下依然保持其高硬度。其優越的耐氧化性在高溫加工中可以實現無與倫比的性能。由於硬質合金刀具在採用很少甚至不採用冷卻液的情況下，可以採用切削速度比HSS高很多，因此在給硬質合金刀具做塗層時，TiAlN為首選。TiAlN摩擦係數小於TiN，對加工耐磨和難加工材料諸如鑄鐵、鋁合金、工具鋼及鎳合金，其有優異性能。該塗層具有很高的延展性，是斷續切削操作的理想選擇。氮化鈦鋁(AlTiN)，鋁的含最比TiAlN的高，具有更高表而硬度，具有氧化鋁層，在高溫加工中具有良好的刀具壽命，是高速加工的良好選擇。

硼化鈦(TiB2)塗層，比TiN及TiAlN塗層要硬，具有異常光滑的表面，因此表面磨擦低、切屑流速快、耐磨性好。此外，由於這種塗層對鋁具有很低的親和力，因此可以防止積屑瘤。推薦用於矽鋁、鈦、鎂及銅合金加工。氮化鉻(CrN)，也稱虹塗層。高耐腐性，高硬度(90 ～92HRC)，磨損彈性和熱轉換性好，幾乎適合加工所有材料，包括高矽鋁、不銹鋼、高鎳合金、鈦和複合材料等。摩擦係數異常低，為0.027，其潤滑性超出TiN、TiCN、TiAlN及ZrN塗層。該塗層的防粘連性異常好，因此是容易產生積屑瘤的應用中的第一選擇。CrN塗層厚度為0.00065英寸(合0.01651mm)，可以確保加工工件保持所需要的公差。

資料來源：中國金屬加工網


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精度始終是刀具市場的一個重要要求。一方面，刀具精度提高意味著終端產品競爭力的提高。例如，汽輪機葉片加工精度的提高意味著葉片平衡性能更好，更易達到更高的轉速；導彈零件精度的提高意味著導彈命中率更高等。

另一方面，精度的提高意味著更高的加工效率。例如，過去許多有較高精度要求的孔，在孔的精加工以前需要進行鑽、擴兩道工序，而現在一些高精度、高剛性的鑽頭一次鑽出的孔就能夠達到原先擴孔的精度，這就能減少一道工序，提高加工效率。同時，高的刀具幾何精度能夠減少刀具本身的不平衡性，減少刀具高速旋轉時的振動，提高被加工表面的品質，同時能夠減少機床主軸受力，延長機床主軸的使用壽命。

資料來源：中國金屬加工網

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現今的刀具公司再也不能只製造和賣刀具。為了成功他們必定同全球化製造趨勢保持一致，通過提高效率、同客戶合作來降低成本。在這個近乎瞬間的全球競爭的後NAFTA、後WTO時代，全世界的公司正對相同感覺作出更快、更輕、更便宜的反應。換句話說，他們製造的產品和零件包含能在高速下運轉，由於成本的壓力最好更輕而且要製造更便宜。取得這些目標的一個最佳途徑是通過發展和應用新材料，但這些新的和改進的材料通常都難以加工。這種商業上的動力和技術上的困難的組合在汽車和航空工業尤其突出，並已成為有見識的刀具公司研發部門的首要驅動力。



例如，拿球墨鑄鐵來說，它已成為發動機零件和其他汽車、農用設備和機床工業上的零件的日益見的材料。這種合金提供較低的生產成本和良好的機械性能的組合。他們比鋼材便宜，而比鑄鐵有更高的強度和韌性。



但同時球墨鑄鐵非常耐磨，有快速磨壞刀具材料的傾向。這種耐磨性很大程度上受珠光體含量影響。某一已知球墨鑄鐵的珠光體含量越高，它的耐磨性越好而且它的可加工性越差。另外，球墨鑄鐵的多孔性導致斷續切削，這更加降低壽命。



可以預計，高硬度和高耐磨的切削材質需考慮球墨鑄鐵的高耐磨性。並且事實上材質包含極硬的TiC(碳化鈦)或TiCN（碳氮化鈦）的厚塗層在切削速度每分鐘300米時加工球墨鑄鐵被證明通常是有效的。但是隨著切削速度的增加，切屑/刀具結合面的溫度也在增加。當發生這樣的情況，TiC塗層傾向於和鐵發生化學反應並軟化，更多的壓力作用在抗月牙窪磨損的塗層上。在這些條件下，希望有一種化學穩定性更好的塗層，如Al2O3（雖然在較低的速度下不如TiC硬或耐磨）。



化學穩定性比耐磨性更成為一個重要的表現性能分界的確切速度和溫度取決於被加工球墨鑄鐵的晶粒結構和性能。但是通常厚塗層的TiC或TiCN和僅有氧化物的較薄塗層是針對球墨鑄鐵應用的，因為今天大部分這類被加工材料的切削速度在每分鐘150到335米之間。對於速度高於每分鐘300米的應用，人們對這種材料是滿意的。



為了使這個範圍性能最優，山高研發和推出了針對球墨鑄鐵加工的材質TX150。這種材質有一個硬且抗變形的基體，對於加工球墨鑄鐵很理想。它的塗層由一層較厚的很耐磨的碳氮化鈦和一層較薄的抗月牙窪磨損的氧化物塗層，頂面是一薄層TiN。這種塗層運用目前工藝水準的產生耐磨性和抗月牙窪磨損需要的CVD塗層的全部硬度而且韌性平滑性增加的中溫化學氣相沉積（MTCVD）工藝。基體/塗層的組合性能給予很高的抗塑性變形和刃口微崩能力，使之成為正常速度下加工球墨鑄鐵的理想材質。



塗層陶瓷也表現出能有效加工球墨鑄鐵。在過去，未塗層的韌性較好的諸如氮化矽和碳化矽纖維強化的氧化鋁陶瓷應用受工件材料化學親和性的限制。但是今天通過使用能抵抗切屑變形過程產生高熱量的塗層刀具壽命已經顯著增加。而某些早期這個領域的工件加工使用氧化鋁塗層晶須強化陶瓷，今天的多數研究活動集中于TiN塗層氮化矽。這種塗層能顯著拓寬韌性較好的陶瓷的應用範圍。



刀具在熱強合金中的應用



航空加工也變化迅速。例如，鎳基高溫合金如幾年前多數人未聽說過的Rene88現在占到航空發動機製造使用總金屬量的10~25%。對於這個有很好的表現和商業理由。例如，這些熱強合金能增加發動機壽命而且允許較小的發動機工作在大飛機上，那將提高燃燒效率並降低運營成本。這些韌性好的材料也把費用呈現在刀具上。它們的耐熱性導致刀尖上的溫度更高，從而降低了刀具壽命。相似地，這些合金裏的碳化物顆粒顯著增加了摩擦，從而縮短刀具壽命。



作為這些條件改變的結果，曾經能很滿意地加工很多鈦合金和鎳基合金的硬質合金材質C-2在應用到當今的合金時遭受切削刃的壓碎和切削深度線處嚴重的溝槽磨損。但是用最新的細顆粒硬質合金能有效加工高溫合金，刀具壽命得到提高，更重要的是提高在高溫合金應用時的可靠性。細顆粒硬質合金有比傳統硬質合金材質更高的壓縮強度和硬度，只是在韌性方面增加少量的成本。而結果是在高溫合金加工上比傳統硬質合金抵抗常見失效模式更有效。



PVD（物理氣相沉積）塗層也被證明有效加工高溫合金。TiN（氮化鈦）PVD塗層是最早使用的並仍然是最受歡迎的。最近，TiAlN（氮鋁化鈦）和TiCN（碳氮化鈦）塗層也能很好使用。過去TiAlN塗層應用範圍和TiN相比限制更多。但是當切削速度提高後它們是一個很好的選擇，在那些應用提高生產率達40%。另一方面，在較低的切削速度下取決於塗層的表面工況TiAlN會導致積屑瘤、隨後的微崩和溝槽磨損。



近來，用於高溫合金應用的材質已經發展了，這些塗層由幾層組合而成。大量的實驗室和現場測試已經論證了這種組合和其他任何一種單一塗層相比在很寬範圍的應用時很有效。因此針對高溫合金應用的PVD複合塗層可能成為硬質合金新材質研發持續的焦點。和MTCVD塗層、塗層陶瓷集合在一起，它們有望成為更有效加工正在研發的新的更難加工工件材料的主要衝擊力量。



乾切削



包括冷卻液在內的問題是刀具製造的科技和商業擴大產業化趨勢的另一個領域。北美和歐洲嚴格冷卻液管理的要求和最大的三家汽車製造商強制它們的核心供應商取得ISO14000認證（ISO9000的環境管理版本），這使得冷卻液處理成本上升。對汽車公司和他們核心供應商來說明顯受歡迎的反應之一是在特定的加工應用裏完全免除冷卻液的使用。這種幹加工的新世界給刀具供應商提出了一系列挑戰。



最近，已經出現了一些有關這個專題揭示速度、進給、塗層化學成分和其他參數的很充實的綜合性很強的有用的技術文章。在這裏我想集中論述在操作和商業含義上的汽車製造商的新‘幹幹加工觀點’。



金屬加工從業人員能很好理解有關冷卻液使用的問題，但大多數不能理解有關除在刀具-工件接觸面間技術挑戰（例如排屑）之外的幹加工問題。通常可以觀察到流出的冷卻液分散切屑，但壓力超過3000磅/英寸2的高速冷卻液也能幫助斷屑，特別是軟且連續的切屑會引起刀具-工件接觸面上的麻煩。



採用乾切削工藝的零件的結果是機床比採用濕式加工零件的更熱。你是否允許它們測量前在露天自然冷卻？如果新加工的熱零件經常放到周轉箱，升高周圍環境溫度，是否零件充分冷卻並正好足夠允許精度檢測？還有處置身邊幾十上百的零件會對操作工人增加額外負擔。



同許多刀具/工件的技術問題一起，這些潛在的問題需要陳述是否幹加工能行。幸運地，有很多途徑闡述這些問題。例如，壓縮空氣被證明在很多應用裏排屑成為問題的場合有成功的反響。



另一個方案是叫做MQL（最小量潤滑）的技術，它由應用代替傳統冷卻液的相當少量油霧構成。這是一個公認的折中方案，這種最小量技術會大幅度減少冷卻液的頭疼事，而且在許多應用裏加工出的光潔度也很好。這個領域仍然有很多研究在做，而且刀具公司積極參與這樣的研究是絕對必要的。如果他們不做將落後于競爭對手，處於不利的地位。



根據世界上工廠內具體情況設計出別的也許更好的方案。製造業從業人員可能仍然會問為什麼他們要努力使用新發展的技術代替傳統的已經經歷數代人改進提高的冷卻液方法，尤其因為實施幹加工或半幹加工產生的試驗和失敗可能引起更高的短期刀具成本。簡明的答案是當刀片大約占典型加工零件成本的3%時，冷卻液的成本（從購買到維護、儲存、處理）會占零件成本的15%。


乾加工也許不是對每個應用都適合，但像上面討論的其他加工問題一樣，需要從更寬的操作、環境和商業角度來評價。能幫助客戶這樣做的刀具公司將有競爭優勢，而那些不能提供的將不斷處於被動地位。



刀具和納米技術



一個能劇烈改變刀具工業的迷人的新領域是微型製造，或處理微小粒子形成所需的產品。要談及的關於刀具微型製造的第一件事是它這裏還沒有；第二件要說的事是它並不遙遠。



為什麼微型製造和刀具相關。因為最主要的是顆粒尺寸越小，硬質合金材料韌性越好且更耐磨。用納米級顆粒（一些專家定義為小於0.2um，而其他人堅持納米顆粒要小於0.1um）製造的硬質合金刀具原型已經做好並測試,據稱耐磨性戲劇性地增加。問題是納米級的硬質合金顆粒不能靠粉碎較大的材料形成，它們一定得通過更小的材料構成，而處理分子級粒子還不是一件容易的經濟的事情。

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臺灣國際工具機展

Taiwan International Machine Tool Show

展覽日期 : 2010/11/3 – 2010/11/7
展覽地點 : 台中水湳經貿園區
官方網站 : http://www.tmts.tw/

主辦單位

臺灣區工具機暨零元件工業同業公會

展會介紹

展覽特色

由臺灣區工具機暨零元件工業同業公會主辦的「臺灣國際工具機展」(Taiwan International Machine Tool Show，TMTS)，於2010年11月4日將首次舉辦，地點訂於台中市水湳經貿園區，展出面積達20,250平方米，預估350家國內外廠商參展。

臺灣工具機產值在2008年達到50億美元，排名全球第五名，其中出口為世界第四大，同時也是世界第五大進口國。而其背後的優勢來自於，擁有全球絕無僅有的供應鏈體系，以臺灣中部為中心呈放射狀的產業聚落，每年產出近4萬台數值控制工具機供應全球客戶使用，排名世界第二大。在這50公里直徑產業聚落中，所有工具機生產所需之精密零元件、配件皆可快速供給。

主辦單位將以免費接駁巴士串連中部各大工業區，同時接駁買主至有意願開放參觀的工廠。

受到全球金融風暴的影響臺灣工具機產值下滑56%，近期景氣緩步回升，然而工具機產業屬於落後指標，廠商預估工具機產業將至2010年第三季後開始回升，本展於下半年舉辦，可望協助廠商搶攻國際訂單。

本展第一屆舉辦，展示國內外優秀的工具機及周邊零元件產品，預估將可吸引到10個國家或地區，約20,000名國內外專業觀眾及買家，至本展參觀及採購。

展出產品

(一)金屬切削類工具機：綜合加工機、車銷中心機、五軸加工機、複合加工機、鑽孔中心機、龍門加工機、五面加工機、車床、銑床、磨床、鑽床、搪床、刨床、切齒機、鋸床等。

(二)金屬成型類工具機：衝床、剪床、折床、管材與線材加工設備、鍛造機械。

(三)放電加工機、電射切割機、水刀加工機、超音波加工機等。

(四)各類工具機零元件、配件、刀具、夾治具。

(五)流體傳動組件、、自動控制、工業用機器人、倉儲運搬及周邊設備。

(六)電腦輔助設計／電腦輔助製造、量測儀器設備。

(七)其他金屬切割工具機、成型機等。

刀具材料是決定刀具切削性能的根本因素，對於加工效率、加工成本、加工品質、以及刀具耐用度影響很大。使用碳工具鋼作為刀具材料時，切削速度只有10m/min左右；20世紀初出現了高速鋼刀具材料，切削速度提高到每分鐘幾十米；30年代出現了硬質合金，切削速度提高到每分鐘一百多米至幾百米；當前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出現，使切削速度提高到每分鐘一千米以上；被加工材料的發展也大大地推動了刀具材料的發展。

一、刀具材料應具備的性能

性能優良的刀具材料，是保證刀具高效工作的基本條件。刀具切削部分在強烈摩擦、高壓、高溫下工作，應具備如下的基本要求。

高硬度和高耐磨性

刀具材料的硬度必須高於被加工材料的硬度才能切下金屬，這是刀具材料必備的基本要求，現有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由於切削條件較複雜，材料的耐磨性還決定于它的化學成分和金相組織的穩定性。

足夠的強度與衝擊韌性

強度是指抵抗切削力的作用而不致於刀刃崩碎與刀杆折斷所應具備的性能。一般用抗彎強度來表示。

衝擊韌性是指刀具材料在間斷切削或有衝擊的工作條件下保證不崩刃的能力，一般地，硬度越高，衝擊韌性越低，材料越脆。硬度和韌性是一對矛盾，也是刀具材料所應克服的一個關鍵。

高耐熱性

耐熱性又稱紅硬性，是衡量刀具材料性能的主要指標。它綜合反映了刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度、抗氧化、抗粘結和抗擴散的能力。

良好的工藝性和經濟性

為了便於製造，刀具材料應有良好的工藝性，如鍛造、熱處理及磨削加工性能。當然在製造和選用時應綜合考慮經濟性。當前超硬材料及塗層刀具材料費用都較貴，但其使用壽命很長，在成批大量生產中，分攤到每個零件中的費用反而有所降低。因此在選用時一定要綜合考慮。

二、常用刀具材料
常用刀具材料有工具鋼、高速鋼、硬質合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的為高速鋼和硬質合金。

高速鋼

高速鋼是一種加人了較多的鎢、鉻、釩、相等合金元素的高合金工具鋼，有良好的綜合性能。其強度和韌性是現有刀具材料中最高的。高速鋼的製造工藝簡單，容易刃磨成鋒利的切削刃；鍛造、熱處理變形小，目前在複雜的刀具，如麻花鑽、絲錐、拉刀、齒輪刀具和成形刀具製造中，仍佔有主要地位。

高速鋼可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。

普通高速鋼，如W18Cr4V廣泛用於製造各種複雜刀具。其切削速度一般不太高，切削普通鋼料時為40-60m/min。

高性能高速鋼，如W12Cr4V4Mo是在普通高速鋼中再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素冶煉而成的。它的耐用度為普通高速鋼的1.5-3倍。

粉末冶金高速鋼是70年代投入市場的一種高速鋼，其強度與韌性分別提高30%-40%和80%-90%．耐用度可提高2-3倍。

硬質合金

按GB2075—87(參照採用190標準)可分為P、M、K三類，P類硬質合金主要用於加工長切屑的黑色金屬，用藍色作標誌；M類主要用於加工黑色金屬和有色金屬，用黃色作標誌，又稱通用硬質合金，K類主要用於加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料，用紅色作標誌。

P、M、K(後面的阿拉伯數字表示其性能和加工時承受載荷的情況或加工條件。數字愈小，硬度愈高，韌性愈差。

P類相當於原鎢鈦鑽類，主要成分為WC+TiC+Co，代號為YT。

K類相當於原鎢鑽類，主要成分為WC+Co，代號為YG。

M類相當於原鎢鈦鉭鈷類通用合金，主要成分為WC+TiC+TaC(NbC)+Co，代號為YW。

資料來源：中國金屬加工網

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粉末冶金高速鋼是高速鋼的一種獨具特色的新品種。它消除了一般鑄鍛高速鋼常有的粗大碳化物偏析，能容納更高含量的形成碳化物合金元素，呈現出高耐磨性、高韌性和高可磨削性而備受成型模具和切削工具行業的青睞。自20世紀70 年代初，分別在美國和瑞典先後推出粉末冶金高速鋼工業化生產以來，後經在生產工藝上不斷採用新技術，粉末冶金高速鋼的品質和技術性能又得到了顯著改善和提高。

　　目前，中國在刀具和模具的製備上採用粉末冶金高速鋼已經起步，並取得了一定的進展。國外各大廠商生產的粉末冶金高速鋼均已進入我國市場。國產的粉末冶金高速鋼也正在安泰科技公司和河治科技公司合作下進行批量試製。在國外刀具製造中，原材料的費用僅占刀具總成本的15%～20%。因此，面對激烈的市場競爭，著眼性價比適宜，質優者勝的潛規則，選用性能更佳的粉末冶金高速鋼，勢所必然。據資料報導，國外有70%的齒輪刀具，50%的拉刀和20%的立銑刀均採用粉末冶金高速鋼製造。汽輪機輪槽精銑刀(縱樹形葉根銑刀)即為一例。自1980年以來，國內工具廠皆採用進口M42高速鋼製造此銑刀，硬度為 66.5～67.5HRC，然而該精銑刀壽命僅約1.2 m／每次刃磨，達不到要求。日本OSG公司採用CPM T15粉末冶金高速鋼並施以PVD塗層，刀具壽命提高到1.8～2.25m／每次刃磨。某汽輪機廠將此刀原材料亦由M42改用CPM T15和PVD處理，刀具壽命提高到2.5～2.7m／每次刃磨，取得了良好效果。

資料來源：中國金屬加工網

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陶瓷刀具非常適合加工淬硬鋼、耐熱合金或高溫合金。操作者往往錯誤地沿用硬質合金的加工方式，他們需要解開這種“硬質合金情結”，轉而考慮陶瓷刀具加工的特殊要求：根據加工材料選擇合適的刀片形狀以及機床、刀杆和夾具的剛性。

　　高溫是硬質合金加工的主要敵人，因此，大部分操作者會降低切削速度並且增加進給率，當情況不好時會進一步降低主軸轉速。但是這種最適合硬質合金的加工方式恰恰是陶瓷刀具加工中的最大禁忌，因為陶瓷刀具加工中遇到的大部分問題都是由於切削速度不足和進給率過大而導致的。

　　高溫對陶瓷的作用不同於硬質合金。在切削過程中被切削的材料在刀具前刀面上的剪切區域被推離，切削熱也在此區域積聚。隨著切削速度的增加，剪切區域所產生的熱量無法在短時間內被廢屑帶走，從而會形成高溫並產生軟化效應。

　　硬質合金的熔點約為1199℃，高溫很容易造成硬質合金刀片基體的變形和損壞。所以降低切削速度往往就可以保證硬質合金刀片的合理壽命。而陶瓷材料的熔點高達1999℃，因此，高速加工中產生的高溫對陶瓷刀片反而有利。陶瓷刀片的最合適的切削速度遠高於硬質合金刀片的速度，高速切削時產生的高溫效應會使被加工材料軟化，從而大大降低了切削時的阻力。因此，在同等條件下選擇相對於硬質合金刀片來說更脆弱的陶瓷刀片，可以輕易達到硬質合金刀片同樣的切削效果。有時使用陶瓷刀具可以把材料去除率從每分鐘數百英尺提高到每分鐘數千英尺。

　　合適的切削速度和進給率的搭配會在剪切區域製造一個理想的、適合陶瓷刀片的環境。但降低主軸轉速會使刀具產生火花——導致刀片和刀具的失效。

　　陶瓷刀片的材質、塗層或非塗層，都是基於氮化矽或者氧化鋁的基體。氮化矽母基的陶瓷刀具一般具有良好的韌性，比較適用於可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵以及其他難加工鑄鐵和高硬度合金的車、銑粗加工。以氮化矽為母基的陶瓷刀具除了非常適合加工鑄鐵之外，還適合加工硬度低於HRC65的鋼件材料，可應用在車削軋輥以及因為速度太低而無法使用晶須增強型陶瓷的高溫合金加工中。在鑄鐵的車、銑加工時，1524m/min的表面線速度可以得到最經濟的刀具壽命。

　　以氧化鋁為母基的陶瓷具有很好的耐磨損性，硬度適中，是最經濟的陶瓷刀具材料，但應避免應用于斷續、碰文章拷貝于華夏陶瓷網撞或者高硬度材料的加工。氧化鋁基陶瓷多用於灰鑄鐵的半精加工和精加工。這種材質的高耐壓強度使其非常適用於鑄鐵的鏜孔加工。但是以氧化鋁為母基的陶瓷抗熱衝擊性能比較差，因而不適合在加工中使用冷卻液。

　　新型的含有碳化矽(SiC)單晶體或晶須的增強型的氧化鋁母基陶瓷具有高熔點、高強度以及很好的化學穩定性、抗磨損性和抗熱衝擊性.晶須提高了陶瓷材料的抗斷裂強度。

　　晶須增強型陶瓷月片很少像傳統硬質合金刀片那樣出現毀滅性的瞬間破裂或毀壞，通常晶須增強型陶瓷刀片只會以一種可預見的損壞模式被逐漸地磨損。

　　晶須增強型陶瓷的強度比其他陶瓷材料更高，而且非常適合於加工高溫合金以及類似材料，如硬化鋼、高硬度的鑄鐵、等離子噴塗及焊接表層的加工等。如使用晶須增強型陶瓷加工高鎳合金，介面溫度可達到982℃，材料去除率可以達到硬質合金刀具的10倍以上。晶須增強型陶瓷的高強度使得其非常適用于斷續車、銑加工以及沖模/模具的加工。

　　由於具有良好的抗熱衝擊性，晶須增強型陶瓷刀具可用於幹切、濕切或斷續冷卻而不用擔心崩刀或者產生熱裂。

　　帶塗層的晶須增強型陶瓷非常適合那些需要較長刀具壽命的、連續的半精和精加工以及類似的輕度和中等強度加工。帶塗層的陶瓷刀具的壽命是非塗層陶瓷刀具的3倍，但不適用於惡劣條件下的加工，如銑削及斷續切削。

　　鈦金屬的加工不推薦使用陶瓷刀具，鈦的燃點很低，而陶瓷刀具加工中必然會產生高溫，這樣很容易引起火災。

　　刀杆的剛性與機床的剛性同等重要。在高生產量的環境下，陶瓷刀片必須被裝夾在可以避免刀片產生微小移動的專門的刀杆上。在懸伸較長的車削中，刀杆的剛性顯得尤為重要。大懸伸在高速切削中更容易使刀杆產生微小的偏轉，而偏轉會導致振動而破壞陶瓷刀具。因此陶瓷刀片用刀杆的懸伸長度應該儘量縮短，因為刀杆偏轉時產生的力會隨懸伸的長度成立方倍數增長，也就是說如果其他條件不變，刀杆的懸伸增加1倍，刀杆的偏轉會增加到以前的8倍。

　　鏜孔刀杆通常比外圓車刀杆具有更大的長徑比，因此使用重金屬及硬質合金鏜刀杆是合理的。總的來說，加工鎳基合金可以使用3倍長徑比的鋼制鏜刀或5倍長徑比的重金屬鏜刀(如重金屬防振刀杆)以及7倍長徑比的硬質合金鏜刀。

硬質合金刀片硬度高、脆性大、導熱性差、熱收縮率大，通常應採用金剛石砂輪進行刃磨。但因金剛石砂輪價格昂貴，磨損後不易修復，因此很多工廠仍採用普通砂輪進行刃磨。在刃磨過程中，由於硬質合金硬度較高，普通砂輪的磨粒極易鈍化，劇烈的摩擦使刀片表面產生局部高溫，形成附加熱應力，極易引起熱變形和熱裂紋，直接影響刀具使用壽命和加工品質。因此，應採取必要措施防止刃磨裂紋的產生。通過加工實踐，總結出以下可有效防止或減少刃磨裂紋的工藝措施。




1 負刃刃磨法



負刃刃磨法是指在刃磨刀具前，先在前刀面或後刀面上磨出一條負刃帶。硬質合金屬於硬脆材料，刃磨時因砂輪振動使刀具受到衝擊載荷，容易發生振裂；同時，磨削區的瞬間升溫與冷卻使熱應力可能超過硬質合金的強度極限而產生熱裂紋。採用負刃刃磨法可提高刀片強度，增強刀片抗振性和承受衝擊載荷的能力，並增大受熱面積，防止磨削熱大量導向刀片，從而減少或防止裂紋產生。



用二硫化鉬浸潤砂輪



在常溫狀態下，將粉狀二硫化鉬與無水乙醇製成混合溶液，然後在密閉容器內（防止乙醇揮發）將新的普通砂輪浸泡在混合溶液中，14小時後取出，自然乾燥18～20小時，使砂輪完全晾乾。經上述處理的砂輪內部空隙中充滿二硫化鉬，對磨粒可起到潤滑作用，使砂輪排屑良好，不易堵塞。試驗證明，用二硫化鉬浸潤過的砂輪磨削硬質合金刀片時，磨削鋒利，磨粒不易鈍化，工件變形小，排屑順暢，磨屑形狀基本呈帶狀，可帶走大部分磨削熱，從而改善磨削效果，提高刀片成品率。



合理選用磨削用量



若刃磨過程中摩擦力過大，可導致磨削溫度急劇上升，刀片易發生爆裂，因此合理選用磨削用量十分重要。常用的合理磨削用量為：圓周速度v=10～15m/min，進給量f縱=0.5～1.0m/min，f橫=0.01～0.02mm/行程。手工刃磨時，縱向和橫向進給量均不宜過大。



4 其他工藝措施



刀杆剛性不足、刀具夾持不穩、機床主軸跳動等均可能引起刃磨裂紋的產生，因此，由機床、砂輪、夾具和刀具組成的加工系統應具有足夠剛性，且應控制砂輪的軸向和徑向跳動。



造成硬質合金刀具產生刃磨裂紋的因素較多，只有選用合適的砂輪，同時採用合理的磨削工藝，才能有效避免裂紋產生，提高刃磨品質。

資料來源www.cctw.cc 全球數控刀具網

 
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資料來源：中國金屬加工網
        隨著製造技術的迅猛發展，切削加工作為製造技術的基礎工藝，進入了以發展高效切削、開發新切削工藝和加工方法、提供成套技術為特徵的新發展階段。與此同時，製造技術和難加工材料的發展推動著刀具技術的發展，刀具技術也向著高態切削、高速切削、高精度和幹式加工的方向發展。可實現高效率、高穩定性、長壽命加工的超硬刀具的應用也日漸普及，在汽車、航空航太、能源、軍事、模具等領域發揮著重要作用。

　　在機械加工中，刀具材料是決定加工效率、加工品質和加工成本的關鍵因素之一，正確選擇和應用刀具材料至關重要。現代刀具材料主要是高速鋼、硬質合金和陶瓷，它們主要的硬質相成分是碳化物、氮化物和氧化物，加上粘結材料後，刀具的硬度在HV2000以下。對於某些現代難加工材料的加工，上述硬度已不能滿足要求，於是超硬刀具材料便應運而生。PCBN（聚晶立方氮化硼）刀具、陶瓷刀具、塗層刀具等均具有很高的硬度、耐磨性和化學穩定性，能滿足高速切削、幹式切削、硬態切削等綠色製造的要求。由於PCBN刀具在加工精度、切削效率、刀具壽命等各個方面具有無可比擬的優越性，因此，PCBN刀具的推廣和應用可創造巨大的經濟效益。

　　本文主要闡述CBN刀具材料的製造方法、物理性能及其應用和新發展，並展望了21世紀PCBN刀具發展的前景。

CBN刀具材料的製造方法

　　立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世紀50年代首先由美國通用電氣(GE)公司利用人工方法在高溫高壓條件下合成的，其硬度達HV8000，僅次於金剛石（HV10000）而遠遠高於其他材料，它與金剛石統稱為超硬材料。

CBN晶體與金剛石晶體都屬於閃鋅礦型，且晶格常數相近，化學鍵類型相同，故CBN具有接近金剛石的硬度和抗壓強度，又因為它是由N、B原子組成，因此具有比金剛石更高的熱穩定性和化學惰性。

　　CBN刀具材料的製造方法主要是熱壓法，將壓制CBN單晶粉的原料——六方氮化硼粉（HBN）置於葉蠟石的腔體中，加上觸媒劑，用六面頂或兩面頂的液壓機，在1600℃、5～6GPa下熱壓10min形成CBN單晶粉。單晶粉可用於磨料、磨具。用CBN單晶粉加上觸媒劑和粘結劑，在1800℃、5～6GPa下再壓3min便可得到PCBN整體刀片或複合刀片（硬質合金墊底，上有0.5mm左右的CBN薄層）。


　　PCBN刀具材料的性能

　　（1）具有很高的硬度和耐磨性。

　　CBN單晶顯微硬度為HV8000～HV9000，是目前已知的第二高硬度的物質。不同量粘結劑的PCBN刀具材料的硬度在HV4000～6000之間，而硬質合金刀具材料的硬度僅為HV1100～1800；Al2O3陶瓷刀具材料硬度為HV2000。由此可見，用於加工高硬度材料時PCBN刀具具有比硬質合金及陶瓷更高的耐磨性，可減少大型零件加工中的尺寸偏差或尺寸分散性，減少換刀調刀輔助時間，使其效能得到充分發揮。

　　（2）具有很高的熱穩定性和高溫硬度。

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

　　（3） 具有很好的導熱性。

　　CBN的熱導率達1300W/（m•K），是紫鋼的3.5倍。而硬質合金的熱導率僅為35～75W/（m•K）。CBN材料的導熱係數低於金剛石但大大高於硬質合金，並且，PCBN刀具的導熱係數隨著切削溫度的提高不斷增大，因此可使刀尖處熱量很快傳出，有利於工件加工精度的提高。

　　（4）具有很高的楊氏模量。

　 PCBN的楊氏模量約為750GPa，高於WC、TiC、Al2O3等材料。

　　（5） 具有很小的熱膨脹。

　　PCBN的熱膨脹係數約為（2.1～2.3）×10-6/K， 而硬質合金的熱膨脹係數為（5～7）×10-6/K。

　　（6） 具有較小的密度。

　　PCBN的密度為3.48g/cm3，與Al2O3、Si3N4的密度相近。

　　（7） 具有較低的斷裂韌性。

　　PCBN的斷裂韌性約為（3.5～5）Pa•m0.5，僅為陶瓷刀具材料的一半。這是PCBN唯一不足之處。
　　（8） 具有優良的化學穩定性。

　　CBN具有很高的抗氧化能力，在大氣中，1000℃時也不產生氧化現象，PCBN在1300～1500℃尚不分解；在酸中不受侵蝕；對鐵族材料呈惰性,在1200～1300℃時也不發生化學反應。但1000℃左右時會與水產生水解作用，造成大量CBN磨耗，因此使用PCBN刀具時宜採用幹切方式。

　　（9） 具有較低的摩擦係數。

　　CBN與不同材料的摩擦係數在0.1～0.3之間，低於硬質合金的摩擦係數(0.4～0.6)，摩擦係數隨摩擦速度及正壓力的增大而略有減小。切削時不易形成滯留層或積屑瘤，有利於表面加工品質的提高。


　PCBN刀具分類及對其性能的影響因素

　　PCBN刀具材料同其他種類的刀具材料一樣，由於組成成分的不同，具有很多牌號，適應於不同的用途。PCBN的性能與CBN的含量、粒徑及結合劑的種類有關，通過調整CBN的含量、晶粒大小和結合劑比例及種類可以獲得不同性能、適應不同加工要求的PCBN刀具。

　　（1）PCBN刀具按添加成分大致可分為兩大類：一類直接由CBN單晶熱壓燒結而成，CBN含量較多（70%以上），硬度高，適用於耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結金屬的切削加工；另一類是以CBN晶粒為主體，添加一定比例的陶瓷結合劑（主要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等）燒結而成的熱壓體，這類PCBN中CBN含量較少（70%以下），硬度較低，適用於淬硬鋼的切削加工。
　　（2）PCBN的結合劑主要有3類：金屬結合劑，由金屬或合金組成，如Co、Ni等，金屬結合劑PCBN燒結體的韌性和導電性好，缺點是高溫下結合劑軟化，耐磨性能下降；陶瓷結合劑，如A1203等，陶瓷結合劑PCBN燒結體具有較高的耐高溫磨損能力和較強的抗粘接能力，這解決了金屬結合劑高溫軟化的問題，但其抗衝擊性較差，脆性大；金屬陶瓷結合劑，如TiN、TiC、TiCN、AlN等，解決了上述存在的問題，具有較好的綜合性能。

         （3）PCBN刀具按製造複合方式可分為：整體PCBN熱壓塊和與硬質合金複合熱壓的PCBN複合片。整體PCBN刀片剛性好，適用於粗加工；複合PCBN刀片的成本較低，適用於精加工或半精加工。

　　（4）已有的研究表明，採用純CBN材料製備的刀具在很多情況下並不能獲得最佳加工效果，CBN的含量一般在50％～95％之間。CBN含量主要影響PCBN的硬度和熱導率，隨著CBN含量的增加，PCBN的硬度、耐磨性和熱導率升高，韌性下降；當CBN的含量低於50％時，PCBN的硬度下降，導致切削刃發生塑性變形而使刀片破損。當CBN含量超過95％時，PCBN性能變差，脆性加大，CBN晶粒易脫落，耐磨性大減。
　　PCBN刀具的應用

　　1 PCBN是硬態切削加工技術的最佳刀具材料

　　（1）利用超硬材料製備的刀具具有高硬度、高楊氏模量、高導熱性能、低摩擦和低熱膨脹的特點，可切削各種硬材料和難加工材料。PCBN刀具的紅硬性、耐磨性在硬態幹式切削難加工材料中具有很大的優勢。PCBN刀具通常用來加工硬度高於HRC50的材料，在切削溫度高達1500℃時仍具有很高的硬度，最適合各種淬硬鋼、冷硬鑄鐵及其他高硬黑色金屬的切削。

　　（2）對淬硬體(硬度高於HRC55)的精加工，通常採用磨削加工的方法完成，然而隨著刀具材料的發展及數控機床加工精度的提高，以硬態切削代替磨削完成零件的最終加工已成為一個新的精加工途徑。

2 PCBN是進行幹切削加工工藝的理想刀具材料

　　由於經濟與環保方面的原因，近幾年來，幹切削加工工藝已成為機械製造領域中的重點研究課題。乾切削加工工藝已在西方工業發達國家有了相當好的應用。與濕切相比，乾切又能大大提高生產率，其機理是由於切削速度很高時，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，進而獲得提高切削效率的效果。採用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，變得易切削，而刀具材料的強度在同樣狀態下要有較好的紅硬性及熱穩定性，還要有較好的耐磨性和抗粘結性。適用於乾切工藝的刀具材料有陶瓷、金屬陶瓷、塗層硬質合金及PCBN刀具材料等，但就紅硬性和熱穩定性來說，PCBN材料是最適合乾切工藝的刀具材料。

　　 3 PCBN刀具適應於自動化加工及難加工材料加工

　　（1）PCBN刀具具有很高的硬度及耐磨性，能在高切削速度下長時間地加工高精度零件（尺寸離散性小），大大減少換刀次數和刀具磨損補償停機所花費的時間，適合於數控機床及自動化程度較高的加工設備。

　　（2）PCBN刀具可成功實施硬態精加工工藝，除節省使用冷卻潤滑液和與此相關的原料而具有經濟上和生態上的優點以外，它還能代替磨削工藝。在難加工材料應用方面，PCBN刀具也顯示出卓越的性能，如表面噴焊（塗）材料的加工，用其他材料的刀具加工，刀具壽命極低，也無法採用磨削方法加工，而PCBN是惟一適合的刀具材料。

　　（3）在石油、電站設備中使用的高合金耐磨鑄鐵，採用PCBN刀具加工較硬質合金刀具切削效率提高4倍以上，單件刀具成本下降為原來的1/5。另外在硬質合金等熱壓材料的切削加工方面，PCBN刀具也顯示了很好的切削性能。PCBN刀具可用于精車淬硬鋼以及高速銑削灰鑄鐵和硬鑄鐵。精車後的淬硬鋼表面粗糙度Ra可達0.3～0.6μm，尺寸精度可控制在0.013mm以內。PCBN刀具還可用於加工高溫合金、硬質合金、工程陶瓷及其他難加工材料。

　　（4）在切削冷硬鑄鐵方面,PCBN的耐用性能和加工效率遠遠好於硬質合金刀具。由於金剛石刀會與黑色金屬發生反應，不能用來切削鋼、鐵。在工業工程和機械製造中，黑色金屬尤其是鋼、鐵用量最大，所以PCBN在這方面有著得天獨厚的優勢。

　　（5）PCBN刀具能加工金剛石刀具所不能加工的黑色金屬材料，特別適合數控設備及自動化生產線的使用。PCBN刀具具有很高的耐磨性，其使用壽命遠遠高於硬質合金，可加工大部分高硬度材料，在許多場合可以以車、鏜、銑等代替磨削，能使被加工零件獲得較高的精度和良好的表面品質，並大大提高生產效率。國外PCBN刀具已廣泛用來加工淬硬鋼、高硬度鑄鐵和抗磨零件，並帶來了巨大的經濟效益。隨著機械零件的硬度和抗磨損性能要求的進一步提高，PCBN 刀具的使用必將更加廣泛。

PCBN刀具推廣應用現狀

　　（1）早期的PCBN刀具堅硬但缺乏足夠的韌性，因此，PCBN刀具的使用範圍受到限制。PCBN刀具對中等硬度以下的調質鋼和一般硬度的正火鋼不太適用，而在實際應用中，中硬和低硬鋼用得很多，因此，人們用硬質合金刀具比較多，PCBN刀具主要用於硬材料的精加工和半精加工。

　　（2）PCBN刀具在國內已經發展了近30年，但其使用比例始終有限。在全部刀具中所占份額與高速鋼和硬質合金相比微不足道，究其原因，主要是：人們對PCBN刀具的認識不足；PCBN製造成本較高，價格昂貴；刀片的韌性受到加工條件的約束。

        （3）目前國內用戶使用較多的是PCBN車刀，這類刀具在冷硬鑄鐵、淬硬鋼，以及其他一些難加工材料零件的連續車削加工中均取得了良好的效果，為推廣使用PCBN刀具奠定了良好的基礎。PCBN刀具在國內的市場主要有以下幾個行業：汽車、石油勘探、礦業公司、相關的各類鋼管廠、電站設備和汽輪機廠以及其他各類機械廠。

　　（4）我國專門用於軸承生產的磨床已經超過4000台，軸承出口一直呈現良好形勢，而且供不應求。目前國內軸承內外圈的加工除採用磨削加工方式外，主要採用陶瓷刀具進行加工，PCBN刀具尚未有效地開發，如果改用PCBN刀具進行軸承鋼的硬態切削，其經濟效益將十分可觀。

　　PCBN刀具的新進展

　　隨著刀片製造技術的發展，國產PCBN刀具已經取得了重要的進步，其刀片的物理性能發生了重要的變化，無論從價格上還是從品質上，PCBN刀具都發生了革命。新型PCBN刀具的應用必將會打破PCBN刀具不能在重載切削領域和斷續切削狀態應用的格局。

　　（1）隨著科學技術的發展，人們通過以下調整和改進，提高了PCBN刀具的性能，逐步擴大了其應用範圍。

　　（a）改進製造工藝, 降低PCBN的製造成本。改變粘結相材料及其與硬質相的配比，減少硬質相，增多粘結相，使PCBN的韌性和熱壓效率得到提高。新型PCBN刀具的硬度已達到HV3000～6000，可以對硬脆金屬或非金屬進行粗加工，效果很好。

　　（b）提高機床設備級別，推廣使用較貴的PCBN刀具。雖然PCBN刀具的價格比硬質合金刀具略貴，但加工效率的提高所創造的收益足以彌補價格因素的影響。有數字表明，在現代加工中刀具費用僅占製造成本的3%～4%，但它對總製造成本的影響卻要大得多。即使壓低刀具價格的30%或提高刀具壽命的50%，所能節約的總成本僅有1%左右，可以說效果很小；而如果刀具價格提高50%，由於性能改善，加工效率提高20%，就可使總成本下降15%左右，這個比值對於製造成本產生了舉足輕重的影響。不少企業花鉅資引進高效率的機床，卻使用低性能的焊接刀具，好馬未配好鞍，難以發揮引進設備的作用，反而造成了更大的浪費。

　　對一般中小企業來說，精加工工序的磨削加工始終是製造過程的瓶頸，若購置性能好的車床，採用PCBN刀具，應用以車代磨等先進切削加工工藝，既可節省設備投資，提高生產率，又可大大增加加工過程的柔性。另外，目前由於人員費用的增加及環境保護方面的要求，大力推廣使用PCBN刀具，充分發揮其潛在效能，提高切削加工技術水準也是具有重要意義的。

　　（2）近年來，PCBN刀具的應用逐漸增多，最明顯的是進入冶金工業中軋輥和汽車工業中汽車刹車車轂以及鑽探工程的泥漿泵的加工。與原用的硬質合金和陶瓷刀具相比，PCBN刀具取得了令人滿意的結果，其切削用量如表1所示。從表中可知，改進後的切削深度、進給量都很大，切削速度也較高，可以獲得較高的加工效率。過去這類產品加工都用硬質合金和陶瓷車刀，現在已被PCBN刀具代替，這是一個很大的進步。

    　（3）在現代機械製造中，黑色金屬加工是機械加工的重頭戲。近年來，PCBN刀具材料的製造工藝和綜合力學性能有了很大的發展，可有效地對黑色金屬進行粗精加工。

　　（4）高科技的發展和自動化加工技術的普及對切削效率和精度提出了新的要求。同時，各種新型耐磨高硬度材料在工業中的應用日益增加，這都要求刀具具有良好的物理、化學和機械性能，而PCBN的三高特性，完全符合這方面的要求。因此，研究PCBN刀具對機械製造行業的發展具有很大的意義。

　　（5）隨著刀具材料技術的發展和製造工藝的日益革新，PCBN刀具的材料和韌性都發生了很大的變化。新型的PCBN刀具比起那些早期缺乏韌性的牌號有了革命性的變化。PCBN刀具的設計和用途也出現了許多新的進展，PCBN刀具能夠更加廣泛地滿足特殊工件材料加工過程的要求，改善加工性能，擴大應用範圍。例如汽車工業運用新研製的PCBN整體式厚刀片，可以有效地切削以往只能磨削的難加工硬質鑄鐵合金。目前PCBN刀具已廣泛應用于車削、銑削和鏜削等加工領域。

   　21世紀PCBN刀具的展望

　　（1）PCBN刀具作為21世紀的主要換代刀具之一，在工業發達國家工具使用總量中所占比重越來越大。難加工材料越來越多，作為切削難加工材料的主要刀具材料PCBN前途一片光明。例如，飛機主體骨架（超高強度鋼）的加工十分困難，研究用PCBN刀具加工就是一個方向。另外，航空發動機上的高溫合金零件很難加工，目前用CBN刀具加工的效果還不十分理想，這顯然是一個十分誘人的攻關項目，一旦有所突破，必將給高溫合金加工領域帶來全新的變化。

　　（2）隨著材料科學和製造技術的發展，新一代難加工材料如高鉻鋼、高鎳鋼、高速鋼、碳化鎢、陶瓷等，為現代機械加工提出了新的課題，PCBN刀具已成為切削難加工材料的最具競爭力的刀具。

　　據統計，在國內，硬質合金刀具用量占總刀具的60%，高速鋼占30%～40%，PCBN刀具目前所占的比例非常少。在我國，高速鋼的年生產量為5～6萬t，占全世界的1/4～1/3, 硬質合金的年生產量為1.25萬t，占全世界的40%。硬質合金材料要用到大量的鎢，高速鋼也用到鎢，雖然我國是產鎢大國（占世界的80%），但50年後鎢會漸漸枯竭，而CBN原料中不含鎢，可以說PCBN的原料是用之不盡的，因此，發展PCBN具有非常重要的戰略意義。

　　（3）通過進一步改進PCBN的製造工藝，可降低製造成本；同時，進一步調整PCBN的粘結相材料及其與硬質相的配比，減少硬質相，增多粘結相份額，可使PCBN的韌性得到進一步提高，將硬度從HV8000降低到HV4000～5000（這個硬度仍是硬質合金刀具硬度的1倍以上），改變PCBN刀具脆的弱點，使之對加工低於HRC45中硬和低硬材料也具有優勢，可大大擴大PCBN刀具的使用範圍。

　　（4）20世紀前半期，硬質合金的出現代替了1/2的高速鋼，使機械加工領域面目一新；21世紀，PCBN刀具必將有很大的發展，應用前景不可限量，一旦攻克技術關鍵，即使替代一部分（比如1/5～1/4）硬質合金刀具和陶瓷刀具，也將會出現相當驚人的革命性變化。

 
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