CBN刀具的应用领域及生产工艺（一）

一、CBN刀具的生产工艺

　　1，原材料的净化处理方法

　　由于CBN微粉中残留有WBN、HBN、叶蜡石、石墨、镁、铁等杂质;另外它和结合剂粉末中均含有吸附氧、水汽等，对烧结不利。因此原材料的净化处理方法是确保合成聚晶性能的重要环节之一。研制时我们采用下列方法对CBN微粉和结合剂材料进行净化处理：首先在300 C左右用NaOH处理CBN徽粉，去除其中的叶蜡石和HBN;然后煮高氯酸去除石墨;最后用HCl在电热板上煮沸除去金属，并用蒸馏水洗至中性。结合剂用的Co、Ni、Al等采用氢还原处理。然后将CBN和结合剂按一定配比混合均匀并参入石墨模具中，送入压力小于1E2的真空炉内，加热800～1000°C处理1h，除去其表面的污垢、吸附氧及水汽等，使CBN晶粒表面很洁净。结合剂材料的选择及加入量方面，目前CBN聚晶采用的结合剂种类可归纳为3大类：

　　(1)金属结合剂，如Ti、Co、Ni. Cu、Cr、W等金属或合金，在高温下易软化，影响刀具寿命;

　　(2)陶瓷结合剂，如Al2O3耐高温，但冲击韧性差，刀具易崩刃和破损;(3)金属陶瓷结合剂，如碳化物、氮化物、硼化物等与Co、Ni等形成的固溶体等，解决了上述两类结合剂之不足。总的结合剂加入量应充足但不能过多。实验结果表明，聚晶耐磨性和抗弯强度等与平均自由程(粘结相层厚度)关系密切，当平均自由程为0. 8～1.2μm时，聚晶磨耗比值最高，此时结合剂掺入量为10%～15%(质量比)。

　　除了结合剂的选择之外，CBN粒度及粒度配比的确定也至关重要， 根摒加工精度和表面质量要求，制造切削工具用的CBN粒度大约分为：粗粒度20～30μm;中粒度3～10微米;细粒度2微米。用粗粒度做成的聚晶难以做成精度要求高的刀具，但其耐磨性、抗冲击性较高，细粒度做成的聚晶制成刀具可满足精加工和超精加工的要求。

　　22，CBN刀具胚体制成分两大类

　　一种是直接在高温高压下把CBN层与硬质合金衬底复合在一起，经过切割，焊接工艺做成各种焊接成型刀具或立方氮化硼焊接刀片。一种是不带合金基体直接烧结成CBN刀肧，经过刃磨后制成整体聚晶刀片。各种刀具成品具体如上图。国外所用合成设备多为两面顶压机，国内大多为六面顶压机;除了原材料合成工艺是CBN刀具质量优劣的又一核心。

　　3，CBN刀具的磨加工流程

　　生产出的CBN刀具胚体需要刃磨才能用于切削，刃磨刀具获得正确的几何形状和表面粗糙度。一般分粗磨、精磨和研磨工序。粗磨采用180～240号树脂结合剂金刚石砂轮，进刀量为0. 01 mm/双行程;精磨用wlo～W14树脂结合剂砂轮，进刀量为0. 005 mm/双行程;研磨用W5～W3的金刚石砂轮或研磨膏，研磨刃磨中应特别注意金刚石砂轮的开刃修整对刃磨的影响。尽管刃磨过程中刀具在砂轮的整个端面来回摆动以使砂轮表面消耗一致，但实际上砂轮表面仍容易产生凹凸不平，须经常修整。

　　4，CBN刀具的几何参数

　　CBN刀具的寿命与其几何参数密切相关，合适的前后角可提高刀具的抗冲击性能。排屑能力及散热能力。前角的大小直接影响切削刃的受力情况和刀片的内应力状态。为了避免刀尖承受机械冲击所造成的拉应力过大，一般采用负前角(-5。～- 10。)，同时为减少后角磨损，主副后角为6。，刀尖半径为0.4–1.2mm的圆角，并倒棱研磨光滑。

　　5，CBN刀具的检验

　　除检测硬度指标，抗弯轻度，抗拉强度等物理性能外，更需要用高倍电子显微镜检查每个刀片的表面和刃口处理精度。然后是尺寸检验，刀具的尺寸精度，M值，以及形位公差，粗糙度，然后包装入库。

　　3二、CBN刀具的加工领域

　　1、CBN刀具目前分类：

　　CBN刀具包括CBN成型刀具和CBN刀具两大类：CBN成型刀具是把CBN复合层直接焊接到成型刀具上，多用于槽刀和小径槽刀等等(如图1)

　　CBN刀具又分为焊接复合式CBN刀具(图2)与立方氮化硼整体聚晶刀片(图3);前者是由立方氮化硼复合层焊接到硬质合金基体上组成各种车削刀片或其他镗孔用刀片上(以硬质合金刀片作为基体)，后者是整体聚晶结构刀片。

　　2、CBN刀具的加工领域

　　(1)由于其良好的加工性能，可加工高硬度铸铁，如冷硬铸铁，镍硬铸铁，高铬铸铁，高镍铬铸铁。高硬度铸铁众所周知，铸造过程中不可避免的存在铸造缺陷，面对铸造缺陷立方氮化硼刀片BN-K1材质不仅不需对工件表面进行磨平，而且直接大余量车削，并且不会出现立方氮化硼刀片BN-K1剧烈磨损或崩刀等现象。

　　(2)可高效切削淬火钢零件：是机械加工现场最常见的零部件。经过热处理后的零件硬度高，具有良好的使用性能，广泛应用于交通，风电行业，机械重工，冶金行业等领域。对于此类零部件多数是精加工工序，余量小余0.5mm，对于此类可选择焊接式立方氮化硼刀片,如BN-H11材质，BN-H21材质，BN-S200材质等，根据不同工件的性能，选择合适的立方氮化硼材质。如大型工件热处理后变形量和余量大于2mm,可选择BN-S20材质。如遇到断续时也不必担心会崩刀或不耐磨。

　　(3)可加工灰铸铁零部件：灰铸铁硬度低，具有良好的减震性和减磨性，故占有很大的零部件市场。如汽车零部件刹车盘、制动鼓为最典型的灰铸铁零部件。加工此类工件主要要求的是工件光洁度和平行度。还有就是效率的问题。加工此类工件粗加工可选择BN-S30材质，精加工可选择BN-S300材质和BN-K20材质。不仅高效率低成本，而且刀具寿命是涂层刀具的20倍。

　　(4)可加工高温合金、粉末冶金零部件：目前，高温合金、粉末冶金常用于航空行业领域，在加工此类工件时常出现刀具不耐磨的问题，由于粉末冶金独特的多孔性能，常导致刀具不耐磨，刀刃出现裂纹等。之后采用立方氮化硼刀片BN-K20材质和BN-K11材质加工高温合金、粉末冶金零部件，对于余量在0.3mm以内的可一刀加工完成，高效率低成本。