聚晶立方氮化硼(PCBN)作为利用人工方法合成的硬度仅次于金刚石的新型刀具材料，是目前高效率、高速度、高精度切削铁系金属新一代刀具材料之一。在制造行业，机械零件的性能在近一二十年有了大幅度的提高，尽管刀具材料也在不断发展，可还是出现了刀具材料和被加工材料之间不相适应的状况。随着现代切削技术的发展，高速度、高精度、高效率、干式加工方式已经成为新型切削技术的需求。新型的PCBN刀具，已成为绿色切削、现代切削不可缺少一部分。

PCBN刀具在中国已经¬发展了近30多年，其刀片设计的初衷，主要应用于精加工和超精加工，无论是国内还是国外，因而使用的数量和占用比例始终有限。这其中的原¬因主要是刀片的韧性受到加工条件的约束，以及刀片的应用范围和刀片的品种、昂贵的价格等。随着刀片制造技术的发展，河南富耐克超硬材料有限公司(以下简称“富耐克”)的PCBN刀具取得了重要进步，其刀片的物理性能、生产成本等都发生了重要的变化，无论从价格上还是从品质上也都发生了革命性变化。

据富耐克总工程师张太和介绍，富耐克自1988年成功合成中国第一颗高品级立方氮化硼CBN磨料以来，通过精湛的技术和先进的装备，对产品不断的改进和研发，建立起了专业化、大规模生产的资源平台，产品种类齐全，涵盖了CBN单晶、微粉、镀覆、树脂金刚石等全系列超硬磨料及性能卓越的CBN超硬刀具。2003年，富耐克开发出高性能、经¬济性、多品种的立方氮化硼刀片。“随着技术的发展，如今，新型PCBN刀具不仅能广泛的应用于精加工、半精加工和超精加工，也可用于粗加工，不仅适合于轻载切削，也适合于重载切削、断续切削、不稳定切削。”张太和介绍说。

CBN或成为未来刀具新材料重要方向

据张太和介绍，目前使用的刀具材料种类繁多，主要有金刚石、立方氮化硼、陶瓷、金属陶瓷、硬质合金和高速钢等。不同刀具材料具有不同的性能，并有其特定的应用范围。其中，金刚石材料包括天然金刚石、人工合成单晶金刚石、聚晶金刚石和金刚石涂层等，天然金刚石是最昂贵的刀具材料，由于天然金刚石可以刃磨成最锋利的切削刃，主要应用在超精密加工领域。聚晶金刚石是以钴作为粘结剂，在高温高压下由金刚石微粉压制而成的。聚晶金刚石刀具具有优异的耐磨性，可用来切削有色金属和非金属材料，精加工难加工材料。

“立方氮化硼(CBN)与聚晶金刚石一样，也是在高温高压下人工合成的，其多晶结构和性能也与金刚石类似，具有很高的硬度，很好的导热性，很小的热膨胀，较小的密度，较低的断裂韧性。此外，立方氮化硼还具有卓越的化学和热稳定性，同铁族元素几乎不发生反应，这一点要优于金刚石。”张太和认为，立方氮化硼比聚晶金刚石的刀具更适合加工黑色金属。

“聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉与少量结合剂烧结而成的多晶体，PCBN自1973年研制成功以来，经¬过众多材料专家及刀具专家的努力，PCBN材料及其刀具已完全进入实用阶段，在工业发达国家PCBN刀具已广泛应用于汽车、重型机械等机械加工行业。”张太和介绍说，聚晶立方氮化硼(PCBN)特别适合于加工铸铁、耐热合金和硬度超过HRC45的黑色金属(如发动机箱体、齿轮、轴、轴承等汽车零部件)。“PCBN刀具适合于高速干切削，可以用2000m/min以上的速度高速加工灰铸铁。PCBN刀具在高速硬切削方面的应用也比较广泛，尤其是精加工汽车发动机上的合金钢零件，如HRC60～65之间的齿轮、轴、轴承，而这些零部件过去是靠磨削来保证尺寸精度和表面质量的。”

“众所周知，硬质合金刀片主要成分为碳化钨，而钨是一种稀缺资源，尽管我国是富钨的国家，但照目前这种开发和使用程度，碳化钨资源会迅速减少，有专家预测，未来60年后，也许将会枯竭。那么新一代PCBN刀具将会在未来切削领域发挥更大的作用。”张太和预测，未来新型刀具材料的发展，立方氮化硼材料将会在黑色金属切削领域确立更重要作用。

张太和认为，未来将重点发展新刀具、绿色切削刀具，金刚石、立方氮化硼、陶瓷三大刀具类将会占领更大的刀具市场。“金刚石刀具不耐高温，适合加工铝合金、石材等，但不太适合加工黑色金属。和陶瓷刀具相比，立方氮化硼具有更好地抗冲击性，而陶瓷虽然很硬但也很脆，适应能力较差。因此，立方氮化硼应该是未来新刀具材料最好的选择。”

新型钎焊PCBN刀片

据张太和介绍，立方氮化硼的力学和热学性能受粘结剂的种类及其含量的影响。“现在常用的粘结剂有钴、镍、碳化钛、氮化钛、氧化铝等，CBN的颗粒大小和粘结剂种类影响到其切削性能。低CBN含量(质量分数，下同，50%～65%)的PCBN 刀具主要用来精加工钢(HRC45～65) ，而高CBN 含量(80%～95%)的PCBN刀具用来高速粗加工、半精加工镍铬铸铁，断续加工淬硬钢、烧结金属、硬质合金、重合金等。”据张太和介绍，不含粘结剂的CBN正在研制当中，通过控制合成条件使CBN颗粒更微细，微细颗粒的CBN即使在高温下也具有高热导率、极高热稳定性、高硬度和高强度。张太和认为，无粘结剂的CBN可望成为下一代刀具材料。

在富耐克开发的最新钎焊刀片之前，钎焊刀片都是硬质合金上面附着了一层立方氮化硼，这种物理化学结合的方式，造成两层之间收缩比相差较多，受热时容易脱层开裂。且过去都是用银焊接，不耐高温，一般最高温度也就六七百度。“之前的其他钎焊刀片一般焊1个尖或者2个尖，最多焊4个尖，富耐克研发的最新研发的钎焊技术能焊8个尖，上下面都可以焊接。其难度就像要把石头和金属焊接到一块，富耐克的工程师花费2年多才研究成功。”张太和介绍说，富耐克最新研发的钎焊技术，耐高温可达到900度以上。“富耐克最新研发的钎焊技术被中国刀协¬的几名专家称为开创了中国钎焊刀具的新时代，这种焊接技术已申请国家专利。”

“和其它的钎焊刀具不同的是，我们采用直角焊接，我们这种焊接方式可用于典型的断切削，如齿轮的键槽等，粗糙度可达Ra0.8以内，可用于连续和断续加工。”张太和介绍说，“过去人们总认为立方氮化硼刀片只能用于高速切削，只能加工硬工件，只适用于精加工和超精加工，况且一般只用于轻载和稳定加工。但是我们研制的最新钎焊刀片具有很好的抗冲击性，可以实现大的切削深度，既可以用于高速切削(200～2000m/min)、也可以用于中速和低速切削(5～60m/min)，既可以连续切削也可以断续切削，既可以加工难加工的硬质材料，也可以加工硬度较低的软质材料，不仅适合于轻载稳定切削，也可应用于重载断续切削。”张太和认为，富耐克这种钎焊新技术正在改变着人们对立方氮化硼的认识。

“随着技术的不断发展，现在富耐克生产的钎焊立方氮化硼刀具的铣削切削速度能达到3000m/min左右，车削速度能达到2000m/min，粗糙度能达到Ra0.8以内，切削效率是硬质合金类刀具的5～8倍。” 富耐克未实施任何切刃处理的PCBN刀片，其锐利的切削刃特别适合精加工，在加工铸铁时，切削刃越锋利，越有抑制毛刺、及加工表面边缘的小崩口等问题的发生。而通过实施对切刃各种方式的钝化抛光处理，可以适合各种场合的切削条件，尤其对粗加工、断续切削，对抑制刀片发生微崩刃，有更明显的效果。据张太和介绍，富耐克根据不同的使用条件和使用场合，推出了8个牌号的PCBN产品，有适合粗加工的，也有适合精加工的，有适合铁的，也有适合钢的。其中还有2个适用于任何场合、任何条件的牌号，这种通用性的牌号可以避免频繁换刀造成的麻烦。

富耐克最新推出的钎焊PCBN刀片因采取CBN最新钎焊技术，不会发生开层、开裂。由于有更厚的CBN聚晶体，比市场现有钎焊刀片有更高的抗冲击能力，而采用特殊工艺钎焊使刀片有更高的耐热性。“虽然立方氮化硼在市场上出现已久，但应用我们最新钎焊技术的刀片还只有我们一家，目前在市场还没有竞争对手。”张太和自豪地说。