硬材料加工技术之立方氮化硼刀具和金刚石刀具知识

四大材料刀具的性能与选择刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。

本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。

刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础，刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据，要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料，才能获得良好的切削效果。

就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。

高速钢：活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀，钻油孔用钻头等都为高速钢材料。

硬质合金：YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中，特别是活塞粗加工和半精加工工序。

立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。

同时也应用于活塞立体靠模的加工中。

金刚石：金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。

在切削铝合金时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍，是目前铝活塞精密加工的理想刀具，已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。

刀具材料性能的优劣是影响加工表面质量、切削加工效率、刀具寿命的基本因素。

切削加工时，直接担负切削工作的是刀具的切削部分。

刀具切削性能的好坏大多取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分的几何参数及刀具结构的选择和设计是否合理。

切削加工生产率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面质量的优劣等等，在很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。

正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。

每一品种刀具材料都有其特定的加工范围，只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。

不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别，例如：加工铝活塞时，金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍；YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。

聚晶金钢石与立方氮化硼刀具的制造技术t 张竞敏 黄文浩 朱仁芝一、引言超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。

包括:单晶金刚石、聚晶金刚石(PC D)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和C VD 金刚石。

其中PCD 和PCB N 刀具已广泛应用于机械加工的各个行业,极大地促进了高速切削加工及先进制造技术的飞速发展,权威机构甚至用这种刀具的应用比例来衡量一个国家加工技术的先进程度。

PCD 与PCB N 具有很高的硬度和耐磨性,其刀具制造过程与传统的硬质合金刀具有很大的区别,为促进刀具的推广和使用,研究其刀具的制造技术就显得十分必要。

大多数情况下,PCD 与PCBN 都烧结在硬质合金基体上,统称为复合片。

它们的刀具制造过程也基本一样,包括材料切割-抛光-焊接-刃磨-检验等,本文分工序讨论了其刀具的制造过程。

二、材料切割商品的复合片一般为直径50~75mm 的大圆片,需要通过切割得到所需要的形状,精确的切割还可以减少磨削量.由于磨削复合片时砂轮损耗极大,减少磨削量对于降低制造成本非常有意义。

切割设备一般采用普通电火花线切割机,高精度切割时,采用慢走丝线切割机床。

有些立方氮化硼材料(如De Beers 的AMB90)由于不导电,还需采用激光切割。

三、抛光抛光的目的是把刀片的上表面(即刀具的前刀面)抛光成镜面,一般要求达到Ra 0.02um 以下。

刀具前刀面抛光后可以减少切屑与前刀面的摩擦与粘结,延长刀具寿命;同时还可以改善刀刃的平整度与锋利性,提高切削加工的精度。

复合片的抛光使用专门的抛光机,其原理如图1所示。

一方面砂轮高速旋转做主运动,同时被抛光的刀片低速转动。

一般抛光一块片子的时间为1.5~2h 。

为了增加效率,抛光机上有多个保持盘,每个保持盘可夹持多个刀片,从而实现几十片刀片同时抛光。

四、焊接复合片的衬底是硬质合金,刀片焊接实际上是焊接硬质合金。

但需要注意的是,金刚石在高温下会氧化和变质,焊接温度要控制在700e 以下,一般选用银基焊料和与之相适应的焊剂。

⾦刚⽯⼑具知识点⼑具基础知识⼀、⼑具材料应具备的性能；A，⾼的硬度和⾼耐磨性1.硬度是⼑具材料应具备的基本特性2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能⼒。

B，⾜够的强度和韧性1.强度是⼑具材料抵抗破坏的能⼒2，韧性是指材料发⽣断裂时外界做功的⼤⼩。

3.⾼的耐热性和热传性4.良好的⼯艺性和经济性1）切削性能⽬前⼑具材料分四⼤类：⼯具钢、硬质合⾦、陶瓷及超硬⼑具材料等。

常⽤的⼑具材料⼀、⼯具钢1. 碳素⼯具钢碳素⼯具钢是含碳量为0.65％～1.3％的优质碳素钢。

常⽤的钢号有T7A、T8A等。

耐热温度：200℃～300℃。

2. 合⾦⼯具钢1868年，英国的穆舍特制成含钨的合⾦⼯具钢。

在碳素⼯具钢中加⼊适当的元素铬（Cr）、硅常⽤的合⾦⼯具钢有9CrSi，CrWMn等（Si）、锰（Mn）、钒（V）、钨（W）等炼成的。

耐热温度：325℃～400℃。

主要⽤于制造细长的或截⾯积⼤、刃形复杂的⼑具。

⼆，⾼速钢⾼速钢是⼀种富含钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等元素的⾼合⾦⼯具钢。

美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。

含碳量⼀般在0.70～1.65％之间。

耐热温度：500℃～650℃。

⾼速钢的抗弯强度是硬质合⾦的3～5倍，冲击韧性是硬质合⾦的6～10倍1.普通⾼速钢（HSS）2.钨系⾼速钢：W18Cr4V (W18)3.具有较好的综合性能，可制造复杂刃型的⼑具。

但由于钨是稀有⾦属，现在很少使⽤。

4.钨钼系⾼速钢：W6Mo5Cr4V2 (M2)5.M2的碳化物颗粒⼩，分布均匀，具有较⾼的抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性。

⼜因为钼的存在，使其热塑性⾮常好。

2. ⾼性能⾼速钢（HSS-E）⾼性能⾼速钢是在普通⾼速钢中增加⼀些碳、钒及添加钴（Co）、铝等元素的新钢种。

钴⾼速钢：W2Mo9Cr4VCo8 (M42)⼀种含钴的超硬⾼速钢，常温硬度67HRC-69HRC，具有良好的综合性能。

铝⾼速钢：W6Mo5Cr4V2Al在M2的基础上加Al、增C，提⾼了钢的耐热性和耐磨性。

一篇文章让你读懂立方氮化硼刀具的性能优势及加工领域随着现代技术和切削技术的不断发展，很多刀具材料相继出现，刀具发展由高速钢刀具—硬质合金刀具—吐涂层硬质合金刀具—陶瓷刀具—立方氮化硼刀具。

其中立方氮化硼刀具1970年开始使用于切削刀具，并且由于其良好的加工性和可高速切削的性能，使之成为加工高硬度难加工材料的手选择刀具材料。

接下来就具体介绍一下立方氮化硼刀具的性能优势及加工领域。

一、立方氮化硼刀具的性能（1）硬度高，耐磨性好：立方氮化硼刀具的硬度仅此与金刚石刀具，和金刚石刀具统称为超硬刀具。

由于其较高的硬度也使立方氮化硼刀具具有良好的耐磨性。

（2）具有很高的热稳定性：耐热性可达1400℃～1500℃，比金刚石的耐热性(700℃～800℃)高出一倍，是刀具材料中耐热性最高的，故可加工高温合金材料。

（3）具有很好的化学稳定性：与铁系材料到1200℃～1300℃不起化学作用。

（4）良好的导热性：CBN的导热系数(79.54 W/m.k)仅次于金刚石(146.5 W/m.k)，随着切削速度的提高，CBN的导热系数也逐渐增高。

这有利于降低切削区的温度而减少扩散磨损。

二、立方氮化硼刀具的分类立方氮化硼刀具分为整体聚晶立方氮化硼刀具和焊接式立方氮化硼刀具。

整体聚晶立方氮化硼刀具是通体都是一种牌号—立方氮化硼，此刀片中间没有孔，属于机夹可转位刀具,需专门配置刀杆；二焊接式立方氮化硼刀具是只有刃口部位是立方氮化硼材料，基体是硬质合金材质。

此类中间有中心孔，其配备刀杆和硬质合金刀具的刀杆通用。

三、立方氮化硼刀具的应用随着切削技术的不断发展，立方氮化硼刀具广泛应用于高硬度难加工材料的加工。

（1）立方氮化硼刀具可以车代磨，硬车削高硬度难加工材料由于立方氮化硼刀具具有较高的硬度和耐磨性，红硬性。

所以采用华菱超硬整体聚晶立方氮化硼刀具可以车代磨硬车削高硬度难加工材料。

（2）高速切削随着现代技术的发展，由于部分工件如汽车零部件刹车盘、制动鼓均属于批量生产，由数控车床铸件替代普通车床加工刹车盘、制动鼓。

立方氮化硼刀具材料。

立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料,是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超材料——CBN 微粉。

立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。

虽然CBN的硬度低于金刚石,但其氧化温度高达1360℃ ,且与铁磁类材料具有较低的亲和性。

因此,虽然目前CBN还是以烧结体形式进行制备,但仍是适合钢类材料切削,具有高耐磨性的优良刀具材料。

CBN具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能,因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。

PCBN刀具是能够满足先进切削要求的主要刀具材料,也是国内外公认的用于硬态切削,高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。

PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。

国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。

PCBN刀具已为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。

陶瓷刀具。

与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。

因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍,其红硬性比硬质合金高2～6倍,且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。

陶瓷刀具材料的强度低、韧性差,制约了它的应用推广,而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。

陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具,在生产中有美好的应用前景,目前已引起世界各国的重视。

在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的,而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%～l0%。

涂层刀具。

涂层材料的发展,已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层,经历了TiC-112o3-TiN 复合涂层和TiCN、TiA1N等多元复合涂层的发展阶段,现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN,等多元复合薄膜材料,使刀具涂层的性能有了很大提高。

硬质涂层材料中,工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。

(氮)化钛基硬质合金(金属陶瓷)金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同,主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。

金刚石等超硬磨料知识1. 超硬磨料概述超硬磨料是指磨料颗粒硬度超过10000克法力的磨料，具有高硬度、高熔点、耐磨损等特点。

目前市场上比较常用的超硬磨料主要包括金刚石、CBN（立方氮化硼）等。

2. 金刚石磨料金刚石磨料，即人工合成金刚石微粉。

它具有高硬度、高热稳定性和化学稳定性，是目前公认的最优秀的超硬磨料之一。

2.1 金刚石磨料的制备方法金刚石磨料的制备方法主要包括高温高压法和高温热解法两种。

2.1.1 高温高压法高温高压法是指在高温高压下，使用金属催化剂和碳源催化石墨向金刚石转变而制备金刚石磨料的方法。

这种方法能够制备出质量优异、颗粒分布均匀、成本较低的金刚石磨料。

2.1.2 高温热解法高温热解法是指将经过粉碎和筛分的金刚砂或钻粉，置于高温下放置一定时间后热解成金刚石微粉的方法。

这种方法制备的金刚石微粉颗粒形态较好，但成本较高。

2.2 金刚石磨料的应用金刚石磨料主要应用于硬质合金、陶瓷、玻璃、石英等硬度较高的材料的加工中，特别是在轴承、气动元件等领域有广泛的应用。

3. CBN磨料CBN磨料（立方氮化硼）是一种以氮化硼为主要结构的超硬磨料，由于其与金刚石类似的物理特性和更优越的化学稳定性，被誉为“第二种金刚石”。

3.1 CBN磨料的制备方法CBN磨料的制备方法主要包括静压法和热解法两种。

3.1.1 静压法静压法是指将CBN微粉与金属粉末均匀混合，放入模具中，在1200℃左右温度下，通过机械、静压等方式，使之热成型成块状，再通过高温处理成为CBN磨料。

这种方法可以制备出大块状和块状的CBN磨料。

3.1.2 热解法热解法是指将硝酸钨和氮化硼等材料充分混合后，在气氛下热解成立方氮化硼的方法。

这种方法可以制备出细粒、均匀分布的CBN磨料。

3.2 CBN磨料的应用CBN磨料主要针对加工难度较高的材料进行加工，如高速钢、冷却硬化工具钢、航空发动机的叶片等。

由于CBN磨料对钢铁材料的切削性能较好，因此在制造航空、航天、汽车、工具等领域都有着广泛的应用。

立方氮化硼刀具一、立方氮化硼介绍立方氮化硼(cubic boron nitride):立方结构的氮化硼,分子式为BN,其晶体结构(图1)类似金刚石,硬度略低于金刚石，为HV72000,98000兆帕,常用作磨料和刀具材料。

1957年,美国的R.H.温托夫首先研制成立方氮化硼。

但至今尚未发现天然的立方氮化硼。

立方氮化硼有单晶体和多晶烧结体两种。

单晶体是把六方氮化硼和触媒在压力为3000,8000兆帕、温度为800,1900? 范围内制得。

典型的触媒材料选自碱金属、碱土金属、锡、铅、锑和它们的氮化物。

立方氮化硼的晶形有四面体的截锥、八面体、歪晶和双晶等。

工业生产的立方氮化硼有黑色、琥珀色和表面镀金属的,颗粒尺寸通常在1毫米以下。

它具有优于金刚石的热稳定性和对铁族金属的化学惰性，用以制造的磨具，适于加工既硬又韧的材料，如高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢、镍和钴基合金、冷硬铸铁等。

用立方氮化硼磨具磨削钢材时，大多可获得高的磨削比和加工表面质量。

二、PCBN刀具的制造工艺PCBN刀具的制造主要通过CBN粉末和结合剂经超高压高温烧结而成.大致步骤有;混合粉末--模压成型/与硬质合金底层组装成整体--超高压高温烧结--深加工.关键技术在于CBN与结合剂的选择与配比,超高压高温烧结工艺参数的确定.三、PCBN刀具特点PCBN刀具是人造立方氮化硼刀具，在高温的时候还能保持高硬度的特性，主要做加工铁件之用。

其硬度仅次于金刚石而远远高于其它材料，因此它与金刚石统称为超硬材料。

1、PCBN刀具材料的种类按添加成分分:有直接由CBN单晶烧结而成的PCBN和添加一定比例粘结剂的PCBN烧结体两大类;按制造复合方式分:有整体PCBN烧结块document management as a breakthrough, and constantly improve the content, active in the application. Government information between the provincial and municipal governments all passed through a network of offices, and six counties (districts) have complete decision-making service system and throughdial-up internetworking is realized with the city, the City Planning Commission and other 10 departments has been one of the first to achieve a single network with the city. On the Government's website, focus on strengthening the management and operation of the site, update the website in a timely manner, strengthening the network resource sharing. At present, nearly 700 municipal government website page, updated news more than more than 6,000. Not long ago, China International e-government technology and application Conference was carried out in the country, "survey of best public services Government website" activities in Pingliang city people's Government website in five Northwestern provinces (districts) ranked second, ranked first in the Gansu province. V, infrastructure has made new breakthroughs In 2002 smooth completed organ office building of construction, and decoration and relocation of based Shang, we according to organ construction general planning, demolition hospital within old room 37 between, transformation garden 3600 square meters, new plant lawn 2700 square meters, planting 和与硬质合金复合烧结的PCBN复合片两类。

超硬刀具材料――金刚石与立方氮化硼(二)刀具资料库 2009-03-21 05:59:09 阅读70 评论0 字号：大中小摘要：介绍了超硬刀具材料(金刚石与立方氮化硼)在加工不同工件材料时的切削数据。

工件材料包括铜、铝合金和一些难加工材料。

文中列出较多的试验数据和曲线，阐述了超硬刀具的切削性能和切削处理。

关键词：超硬材料；金刚石；立方氮化硼；刀具；切削性能；切削机理1 前言随着现代科技的发展，各种新型工件材料得到了发展和应用。

其中有不少是难加工材料，且其加工精度与技术条件的要求越来越高。

传统的刀具材料，如高速钢、硬质合金、陶瓷等常不能满足上述加工的需要，而必须采用超硬材料刀具。

由于超硬刀具材料与被加工材料之间的摩擦系数很小，制成刀具时能够刃磨、研磨出极其锋利的切削刃。

故超硬材料刀具可以进行精密切削与超精密切削。

在这一方面，金刚石刀具尤为突出，人们常用金刚石刀具对有色金属及其合金进行超精密切削。

利用超硬材料刀具有高硬度、高杨氏模量、高导热性能与低摩擦、低热膨胀的特点，故可切削各种硬材料和难加工材料。

但是，除考虑超硬刀具材料与被加工材料之间机械、物理性能和匹配以外，还应注意它们之间化学性能的匹配。

本文中将阐明PCPN刀具加工淬硬钢与冷硬铸铁的优越性，和金刚石刀具不能切削淬硬钢的原因，并列出切削试验数据。

本文还将介绍超硬材料刀具切削难加工材料(如纯Mo、纯W数种硬脆非铁质金属与非金属材料以及复合材料等)的情况，列出切削试验数据，分析切削机理。

2 聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具切削淬硬钢用PCBN刀具车削淬硬钢T10A(60～63HRC)，并与人造金刚石(PCD)、硬质合金YS8、Si3N4基复合陶瓷刀具进行对比。

图1所示为PCBN与PCD刀具的磨损曲线。

切削用量：αp=0.1mm，f=0.05mm/r，ν=84m/min刀具几何参数：γ0=0°，α0=8°PCBN：κr =45°，λs=0°，rε=0.5mm，bγ1=0.2mm，γ01=-20° PCD：rε=4mm，λs =0°，bγ1=0.2mm，γ01=-20°不加切削液。

金刚石和立方氮化硼特点及使用场合【知识文章】金刚石和立方氮化硼特点及使用场合1. 引言金刚石和立方氮化硼作为两种重要的超硬材料，具有独特的物理和化学特性，在多个领域具有广泛的应用。

本文将深入探讨金刚石和立方氮化硼的特点，以及它们在不同场合的使用。

2. 金刚石的特点和特性金刚石是一种由碳元素构成的晶体，具有极高的硬度和优异的热导率。

其晶体结构稳定，堆积紧密，形成刚硬的结晶物质。

金刚石的硬度达到10级，是目前已知的最硬的物质。

金刚石还具有高的折射率和耐腐蚀性。

3. 金刚石的制备和加工技术金刚石的制备和加工主要有化学气相沉积、高温高压合成和超高频等技术。

其中，化学气相沉积是一种常用的方法，通过气相中碳的沉积和结晶形成金刚石晶体。

高温高压合成是一种通过将碳材料在高压和高温下转变为金刚石的方法。

超高频则是一种应用高频电磁辐射来加热和形成金刚石晶体的技术。

4. 金刚石的应用领域4.1 机械加工和切割领域由于金刚石的硬度极高，它在机械加工和切割领域有着广泛的应用。

金刚石切割工具可以用于切割混凝土、金属和岩石等材料，具有高效、精确和耐用的特点。

4.2 电子领域金刚石具有良好的电导率和热导率，使其在电子领域有广泛的应用。

金刚石可以用作半导体材料、光电子器件和传感器等，其优异的特性确保了设备的高效工作和长期稳定性。

4.3 医疗领域由于金刚石具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，它被广泛应用于医疗领域。

金刚石可以用于手术刀片、骨科植入物和医疗工具等，提高了手术的精确性和治疗的效果。

5. 立方氮化硼的特点和特性立方氮化硼在硬度和热导率方面接近金刚石，是一种具有高性能的超硬材料。

它的晶体结构稳定、成分均一，具有优良的化学稳定性和热稳定性。

立方氮化硼的硬度较金刚石稍低，但相对金刚石更易加工和形成复杂形状。

6. 立方氮化硼的制备和加工技术立方氮化硼的制备和加工一般采用热压烧结、化学气相沉积和等离子体增强化学气相沉积等技术。

热压烧结是一种常用的方法，通过将立方氮化硼粉末加压和高温烧结形成坚固的材料。

金刚石和立方氮化硼是两种极其硬度和耐磨损的材料，它们在各自的特性和使用场合上有着许多值得探讨的地方。

1. 金刚石的特点和使用场合金刚石是自然界中最坚硬的材料，其硬度大于任何其他自然材料，因此具有极高的耐磨损性。

金刚石晶体结构坚硬而稳定，使其在钻头、研磨工具和切削工具等工业领域有着广泛的应用。

金刚石还具有良好的导热性和导电性，因此在电子工业和热管理领域也有着重要的用途。

2. 立方氮化硼的特点和使用场合立方氮化硼，也被称为C-BN，是一种由碳原子和氮原子组成的超硬材料，其硬度和耐磨性仅次于金刚石。

与金刚石相比，立方氮化硼的化学惰性更强，更不易与其他化合物发生化学反应。

这使得立方氮化硼在高温、高压和腐蚀性环境下有着更广泛的应用，尤其是在金属切削加工和陶瓷加工等领域。

3. 金刚石和立方氮化硼在工业和科学研究中的地位金刚石和立方氮化硼作为超硬材料，已经成为工业制造和科学研究中不可或缺的材料。

其极高的硬度和耐磨性，使得金刚石和立方氮化硼在材料加工、精密加工和机械加工中发挥着关键作用。

在科学研究领域，金刚石和立方氮化硼的特性也被广泛应用于高压实验、光学材料和半导体材料等领域。

4. 个人观点和总结在我看来，金刚石和立方氮化硼作为超硬材料，其重要性不言而喻。

它们不仅在工业制造、科学研究和高新技术发展中发挥着不可替代的作用，同时也拓展了人类对材料的认识和应用。

深入了解金刚石和立方氮化硼的特点和使用场合，对于每个工程技术人员和科研工作者来说都至关重要。

通过对金刚石和立方氮化硼的深入了解，我们不仅可以更好地选择和应用这些超硬材料，还可以在加工和研究中不断取得新的突破和进展。

金刚石和立方氮化硼的特点和使用场合具有极其重要的意义，其深远影响已经不仅仅局限于材料本身，还涉及到整个工业与科学领域的发展。

金刚石和立方氮化硼作为超硬材料，在工业和科学研究中发挥着重要作用。

它们的特点和使用场合丰富多样，深入了解和研究这两种材料对于推动材料科学和相关领域的发展至关重要。

立方氮化硼刀具的种类与使用立方氮化硼刀具过去主要用于精加工，近十几年来通过改进生产工艺，控制原料纯度和晶粒尺寸，采用复合材料和热压工艺等，其脆性有了重大改进，韧性提高，使用可靠性大大改善，已可作为常规刀具在生产中应用，对提高工效、保证产品质量起重要作用。

立方氮化硼刀具材料的性能特点立方氮化硼刀具是指用立方氮化硼（CBN）做成切削部分的刀具。

立方氮化硼（CBN）是氮化硼BN的同素异构体之一，结构与金刚石相似，是用超高温超高压技术人工合成的超硬材料。

其硬度仅次于金刚石(显微硬度可达8000～9000HV)，且热稳定性高(达1250～1350℃)，对铁族元素化学惰性大，抗黏结能力强，用金刚石砂轮即可磨削开刃，故适于加工35HRC以上的硬质材料，如各种淬硬钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等)、冷硬铸铁、钴基和镍基高温合金、硬质合金、表面喷涂(焊)材料等高硬及耐磨材料，也可用于钛合金、纯镍、纯钨及其它材料的加工。

它是以车、铣代替磨削的最佳刀具之一。

用立方氮化硼刀具加工淬硬钢的表面粗糙度为Ra1.60.4μm，精度可达IT7IT6。

上海通用汽车公司在一条发动机柔性生产线上，用山高刀具（上海）公司生产的立方氮化硼CBN300刀片面铣刀铣削发动机缸体平面（铸件），切削速度高达1600m/min，进给速度为5000mm/min。

立方氮化硼刀具也有使用上的局限，如其脆性较大，强度和韧性较差，不适用于冲击负荷下的间断表面加工。

此外，用它加工软的铁族元素材料时，因易于产生长切屑，擦伤刀具前刀面并形成积屑瘤，会导致切削力的波动而损坏刀具。

为了提高氮化硼刀具的抗冲击性能，目前已研制出以类石墨的六方氮化硼(g-BN或h-BN)为原料，用爆炸法合成出的一种新型WBN材料(WBN是属铅锌矿结构的BN)。

它具有很高的韧性和烧结活性，极易转变为CBN，并易于和CBN共同烧结成强度和硬度接近CBN水准的聚晶体。

WBN及CBN的两相烧结体是用WBN的韧性去弥补CBN的脆性，其抗冲击强度较单纯的CBN烧结体提高60%，断裂韧度提高2.53倍，抗挠曲强度提高1倍左右，抗压强度与硬质合金相当，热稳定性为1100~1200℃。

立方氮化硼刀具（CBN刀具）车削加工硬质合金材料引言：硬质合金除了做刀具外，亦可以作为各种耐磨耐热模具使用，如碳化钨轧辊，硬质合金冲头，硬质合金耐磨衬套等零件。

硬质合金工件的硬度大约69～81.5HRC，有的高达90HRC，对于硬质合金材料工件的车加工，采用立方氮化硼刀具，可以代替电物理加工、金刚石刀具切削和金刚石磨轮磨削。

以下是华菱超硬立方氮化硼刀具加工硬质合金材料时的案例，以及立方氮化硼刀具车削加工硬质合金材料的注意事项。

(1) 用立方氮化硼刀具（CBN刀具）车外圆：在φ40mm、长100mm的硬质合金冲头上，切去3.5 mm余量，只需25min，如用金刚石磨轮磨削，则需要215min。

(2) 立方氮化硼刀具（CBN刀片）断续车削：不仅可以连续车削硬质合金，而且可以进行断续车削。

如断续车削YG20、YG25的硬质合金套筒时，νc=30m/min，ap=0.35mm，f=0.034mm/r。

刀具的几何参数是：γo=-6°，αo=8°，κr=45°，刀具的耐用度为6 5min。

(3)用立方氮化硼刀片（CBN刀具）镗孔：在硬质合金材料衬套上镗孔，精度为IT6～IT8，表面粗糙度Ra为1.6～0.8μm。

切削用量是：νc=15m/min，ap=0.2～0.5mm，f=0.1～0.15mm/r。

刀具几何参数是：γo=-5°，αo=6°～8°，κr=45°，κ′r=15°，rε=0.5mm。

用立方氮化硼刀具镗孔的效率比用金刚石磨轮磨削高10倍左右。

)（4）缺点：用立方氮化硼刀具车削加工硬质合金时，表面粗糙度一般大于0.8μm的。

这是因为切削硬质合金时的径向分力FP 很大，导致刀具发生退让。

当νc=10m/min、ap=0.5mm、f=0.1mm/r、后刀面磨损0.05mm时，FP为400N左右;VB=0.1mm时，FP=700N;VB=0.2mm时，FP=1300 N。

立方氮化硼膨胀系数和金刚石膨胀系数全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：立方氮化硼和金刚石是两种极具特殊性能和应用价值的材料，它们在各自领域中有着广泛的应用和研究价值。

在工程应用中，了解材料的性质是至关重要的，其中膨胀系数是一个常用的指标之一。

本文将分别介绍立方氮化硼和金刚石的膨胀系数，并对其特性进行比较和分析。

首先我们来了解一下立方氮化硼（c-BN）的膨胀系数。

立方氮化硼是一种无机非金属材料，具有硬度高、热导率高、化学稳定性好等特点，被广泛应用于磨料、刀具等领域。

在高温下，材料的热膨胀系数是材料性能的一个重要指标。

立方氮化硼的膨胀系数随着温度的变化而变化，一般可用线性膨胀系数来表示。

在常温下，立方氮化硼的线性膨胀系数为3.2×10-6/℃。

这意味着，在温度每升高1摄氏度时，材料长度会增加0.0000032倍。

在高温下，立方氮化硼的膨胀系数会随着温度的升高而增加，这对其在高温环境下的应用提出了要求。

从上面的介绍可以看出，立方氮化硼和金刚石的膨胀系数存在明显的差异。

金刚石的膨胀系数比立方氮化硼小，这意味着金刚石在温度变化下对长度变化的响应更为稳定。

这也是金刚石作为高端材料广泛应用的一个重要原因。

而立方氮化硼在高温下的膨胀系数较大，这限制了其在高温环境下的应用范围，需要选择合适的材料替代。

进一步分析，立方氮化硼和金刚石的膨胀系数差异还与其晶格结构和化学成分等因素有关。

立方氮化硼和金刚石的晶体结构存在一定差异，这导致它们在温度变化下的晶格变形方式不同，从而影响了其膨胀系数的大小。

立方氮化硼和金刚石的化学成分也不同，这也对其膨胀系数产生一定影响。

立方氮化硼和金刚石作为两种优质材料，在不同领域有着广泛的应用。

在工程设计和制造过程中，了解材料的性质是至关重要的，其中包括膨胀系数在内的性能参数。

通过对比和分析，我们可以更好地选择合适的材料，并优化设计方案，以满足不同需求和条件下的工程要求。

在今后的研究和应用中，我们还可以进一步探讨立方氮化硼和金刚石的膨胀系数与材料结构、制备工艺等因素之间的关系，以更好地理解材料性能和优化应用。

1 概述超硬刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。

随着现代制造业（尤其是汽车制造业）的快速发展，超硬刀具的生产及应用也逐年快速增长。

图1、图2分别为PCD刀具和PCBN 刀具近十几年来全球销售额的增长情况。

至1997 年，PCD刀具年销售额已达2.3亿美元，PCBN刀具年销售额为1.7亿美元。

超硬刀具大部分用于汽车零部件的切削加工。

图3、图4分别为1995年全球PCD刀具和PCBN 刀具在各应用领域的销量份额。

其中，PCD刀具的60%用于汽车制造业，近30%用于木工刀具(至九十年代末期PCD木工刀具的份额已占到40%)；PCBN 刀具的1/2用于汽车制造业，约20%用于重型设备(如轧辊等)的加工。

近年来，随着CNC加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用，可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的超硬刀具的应用也日渐普及，同时引入了许多先进的切削加工概念，如高速切削、硬态加工、高稳定性加工、以车代磨、干式切削等。

超硬刀具已成为现代切削加工中不可缺少的重要手段。

2 超硬刀具的主要品种及特点(1) PCD金属切削刀具PCD金属切削刀具可利用PCD材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。

此类刀具从结构上主要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀片。

近年来焊接式PCD刀具中发展较快的品种是带标准刀柄的PCD刀具，如带柄PCD铣刀、PCD镗刀、PCD铰刀等，刀柄型式主要为圆柱柄、锥柄和HSK柄。

这种刀具（尤其是多齿刀具）的特点是切削刃对刀柄的跳动小（如刃长为30mm的HSK柄PCD铣刀的切削刃跳动仅为0.002mm），尤其适合于对各种有色金属零件的成形面、孔、阶梯孔等进行大批量高速加工。

例如，采用铝基体刀盘的PCD高速铣刀（六刃，直径100mm），最高转速可达20,000R/MIN, 以上，切削速度可达7,000M/MIN，适合于汽车零部件的成形面加工。

立方氮化硼（CBN）是人类合成的硬度仅次于金刚石，而远远高于普通刚玉与碳化硅磨料的超硬材料。

其高硬度、高韧性的特点，使得它的切削能力更强、更锋利、更难磨损。

CBN砂轮磨削比可达3500—5500，比普通刚玉砂轮高百倍。

CBN砂轮磨削能获得高的尺寸精度和低的表面粗糙度，加工表面不易产生裂纹和烧伤，残余应力小。

加工表面质量得到提高，一般无裂纹，不易烧伤，并可获得残余压应力，显著提高工件疲劳强度，通常，被磨工件的耐用度能提高30—50%。

CBN作为高性能磨料的主要特性之一具有抗压强度很高，保持磨粒形状的能力很好；因而，CBN砂轮修整周期长、修整量较少、更换时间长；CBN有很好的导热性，其热导率可达刚玉砂轮的几十倍到百倍，因而能将磨削热迅速导出，减少工件热变形。

对热传导率低的材料磨削非常适宜。

各种喷涂（焊）材料：镍基、铁基等；耐磨铸铁类材料：钒—钛铸铁、高磷铸铁、冷硬铸铁等；钛合金类：如TC4等。

在磨削时可实现冷切削。

与金刚石砂轮相比:CBN具有耐高温、热稳定性好的特点。

立方氮化硼可以承受1250-1350摄氏度的高温，比金刚石的耐热性800摄氏度还要高；在研磨和切削铁质材料时，不会出现粘屑现象，在磨削淬火钢、高钒高速钢、铝高速钢等对磨削温度较为敏感的金属材料是最理想的砂轮。

CBN还具有化学惰性强的特点。

立方氮化硼不易和铁族元素产生化学反应，所以能替代金刚石，对于各种高速钢、工具钢、模具钢、高合金淬硬钢、铬钢、镍合金、粉末冶金钢和高温合金等温度高、硬度高、热传导率低的材料的磨削非常适宜。

因此，在加工上述铁族元素材料，耐用性比金刚石砂轮高3—5倍。

但立方氮化硼不能替代金刚石砂轮磨削硬质合金和非金属硬材料。

在磨削时，也只能选用油性冷却液，而不能用水基冷却液。

因为，在磨削高温下，CBN 遇碱性水溶液会发生化学反应，CBN砂轮在300℃碱性溶液中会分解，在沸水中能微量分解，结果将使磨粒晶形遭到破坏，CBN（立方氮化硼）砂轮是指以立方氮化硼为磨料制作的砂轮，其结构、制作工艺等等与金刚石砂轮基本相同。