要了解PCD刀具，要先清楚PCD刀具材料的主要性能指标

①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的80～120倍；

②PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的1.5～9倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；

③PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数为0.4～1），因此PCD刀具可显著减小切削力；

④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10^-6～1.18×10^-6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；

⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。

合理选择PCD粒度

PCD粒度的选择与刀具加工条件有关，如设计用于精加工或超精加工的刀具时，应选用强度高、韧性好、抗冲击性能好、细晶粒的PCD。粗晶粒PCD刀具则可用于一般的粗加工。PCD材料的粒度对于刀具的磨损和破损性能影响显著。

合理选择PCD刀片厚度

通常情况下，PCD复合片的层厚约为0.3～1.0mm，加上硬质合金层后的总厚度约为2～8mm。较薄的PCD层厚有利于刀片的电火花加工。DeBeers公司推出的0.3mm厚PCD复合片可降低磨削力，提高电火花的切割速度。PCD复合片与刀体材料焊接时，硬质合金层的厚度不能太小，以避免因两种材料结合面间的应力差而引起分层。

PCD刀具切削参数对切削性能的影响

切削速度

PCD刀具可在极高的主轴转速下进行切削加工，但切削速度的变化对加工质量的影响不容忽视。虽然高速切削可提高加工效率，但在高速切削状态下，切削温度和切削力的增加可使刀尖发生破损，并使机床产生振动。加工不同工件材料时，PCD刀具的合理切削速度也有所不同，如铣削Al2O3强化地板的合理切削速度为110～120m/min；车削SiC颗粒增强铝基复合材料及氧化硅基工程陶瓷的合理切削速度为30～40m/min。

进给量

如PCD刀具的进给量过大，将使工件上残余几何面积增加，导致表面粗糙度增大；如进给量过小，则会使切削温度上升，切削寿命降低。

切削深度

增加PCD刀具的切削深度会使切削力增大、切削热升高，从而加剧刀具磨损，影响刀具寿命。此外，切削深度的增加容易引起PCD刀具崩刃。

不同粒度等级的PCD刀具在不同的加工条件下加工不同工件材料时，表现出的切削性能也不尽相同，因此应根据具体加工条件确定PCD刀具的实际切削参数。

PCBN刀具

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。立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世纪50年代首先由美国通用电气(GE)公司利用人工方法在高温高压条件下合成的，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。

常见粘结剂的PCBN刀具及其用途

PCBN刀具应用于先进切削加工工艺

PCBN刀具最适合于铸铁、淬硬钢等材料的高速切削加工。由PCBN刀具切削铸铁及淬硬钢时刀具后刀面磨损与切削距离的关系可以看出：当切削速度超过一定限度后，切削速度越高，PCBN刀具后刀面磨损速度反而越小，即高速切削下刀具的寿命反而高，这一特点尤其适合现代高速切削加工

硬态切削加工技术的最佳刀具材料

对淬硬件(硬度HRC55以上)的精加工，通常采用磨削加工方法来完成，然而随着刀具材料发展及车床(尤其是数控车床)加工精度的提高，以硬态切削代替磨削来完成零件的最终加工已成为一个新的精加工途径，这种以车代磨的工艺方法有以下优点：

（1）可提高加工柔性，突破了砂轮磨削的限制，通过改变切削刃及走刀方式可以加工出几何形状各异的工件；

（2）切削加工中的环保问题日益严峻，磨削加工产生的废液和废弃物越来越难以处理和清除，而且对人体有害，而硬态切削无须加冷却液，意义重大；

（3）切削效率高，加工时间短，设备投资费用小，可降低加工成本；

（4）切除相同体积所消耗的能量仅为磨削的20%，因此产生的切削热较少，加工表面不易引起烧伤和微小裂纹，易于保持工件表面性能的完整性；

（5）同样金属去除率情况下，硬态切削较磨削节省能源。

通常用于硬态切削的刀具材料有陶瓷、TiC涂层刀片及PCBN刀具材料，但要在较高速度(1000m/min以上)下进行硬态车削，PCBN是最佳刀具材料品种。如在汽车变速箱同步器套拨叉(材料为20CrMnTi，硬度为HRC58～62)加工采用以车代磨后，效率提高4倍以上，加工成本降低为原来磨削工艺的1/3～1/2。

干切削加工的理想材料

由于经济与环保方面的原因，近几年干切削加工方法已成为机械制造领域中的重点研究课题。我们首先来看一下湿切工艺由于使用切削液带来的问题：

（1）长期暴露在空气中或切削加工中由切削热造成的切削液雾状挥发，容易污染环境、危害操作者健康，切削液中的硫、氯等添加剂危害更大，影响加工表面质量；

（2）切削液的使用影响加工成本，据统计，切削液占生产成本的15%，而刀具费用仅占3%～4%；

（3）切削液的渗漏、溢出会污染环境，易发生安全、质量事故；

（4）切削液的传输、回收、过滤等装置及其维护费用较高，增加了生产成本。

PCBN刀具使用上的注意点

如果正确选择切削用量、刀具几何参数及其他加工条件，则PCBN是一种高效长寿命刀具，能创造很高的经济效益，但如果使用方法不当，则会造成很大的浪费。

（1）合理选择切削用量：切削速度要根据被加工材料进行选择，一般要大大高于硬质合金刀具。切削硬度HRC55～65的淬硬钢可选切削速度为80～120m/min，由于PCBN切削硬材料是将切削区内微小区域的金属软化而进行的，因此切削速度过低时，就不能发挥PCBN刀具的切削性能。进给量一般不能大于0.2mm/r，背吃刀量一般选择小于0.3mm。

（2）合理选择刀具几何参数：由于PCBN刀具的韧性高于陶瓷，低于硬质合金，因此刀具几何参数的选择主要考虑的就是保证刃口强度，刀具前角一般选择(0°～-10°)，后角选择较小，为10°左右。除特殊要求外，为保证刀尖强度，刀尖角一般不要小于90°；刃口要磨出负倒棱，一般取为0.2mm×(-15°～-30°)，使用前要用30～50倍放大镜对刀具进行检查，确保刃口无崩刃。

（3）冷却与润滑：对其他材料刀具，采用冷却润滑液有利于提高加工表面和延长刀具寿命，但对PCBN刀具除极特殊情况下，不加冷却液同样可达到理想的加工质量和较长的刀具寿命，对PCBN刀具来说是怕软不怕硬。若使用冷却液，则不能使用水溶性冷却液，因为CBN易在1000℃产生水解作用，造成刀具严重磨损。

（4)对机床的工艺系统：由于PCBN刀具多用于淬硬钢及耐磨铸铁等难加工材料的切削加工，且刀具有负倒棱，因而径向力较大。这就要求机床刚度和精度要好，系统振动要小，刀具安装时悬臂要小，PCBN刀具不宜用于荒面加工。

PCBN 刀具的合理使用

由于 PCBN 刀具材料具有优良的切削性能，所以特别适合加工其硬度在 HRC45 以上的淬火钢、耐磨铸铁、 HRC35 以上的耐热合金以及 HRC30 以下而其它刀片很难加工的珠光体灰口铸铁。

为了充分发挥 PCBN 刀片的优越性，取得满意的加工效果，在实际使用时，除参照表 1 所推荐的 PCBN 刀片选用的切削用量外，还应根据机床、工件及其它有关条件的具体情况全面考虑，合理选择。

1. 硬态切削时，径向力很大，这就要求机床功率要大，机床系统刚性要好，这既可保护 PCBN 刀具，又可获得满意的加工效果。装夹 PCBN 刀具时，刀具的悬伸长度要尽量短，以防止刀杆颤振和变形，使PCBN刀具保持良好的加工状态。

2.PCBN 刀具的强度比硬质合金刀具低，因此在硬态切削加工时，一般都采用负前角、较大的后角和负倒棱，这不仅有利于对切削刃进行补强，而且具有很好的耐磨性。通常负倒棱尺寸取 (0.1 ～ 0.5)× （ 10° ～ 30° ）为宜。若切削进行适当的钝化处理，效果会更好。此外，在可能的情况下，尽量采用小主偏角和大的刀尖圆弧半径，这有助于保护刀刃，延长刀具的使用寿命。

3. 为很好地使用 PCBN 刀具，稳定地控制工件质量，准确判断 PCBN 刀具的耐用度至关重要。如果一直使用磨损已很严重的刀具，那么切削力及切削温度增加、切削不畅，就难以控制工件尺寸及表面完整性，甚至使 PCBN 刀具无法继续修磨而报废。为保证刀具的正常使用，建议 PCBN 刀具后刀面磨损量达 0.3 ～ 0.6mm( 精车时取小值) 时应进行重磨。但重磨需要一定的设备和技巧，多数工厂的机床不具备适合的条件，一般 PCBN 刀具的重磨都应由专业厂来完成。

4. 对于硬度高和不规则的工件，由于 PCBN 刀片较脆、怕冲击。从工件端面切入、切出，尤其在表面有夹渣、砂眼、凹凸不平的时候，最易发生冲击，使刃口破裂，造成耐用度降低。所以在使用 PCBN 刀具前，最好先将冷硬层粗车一次，并在工件切入切出端先倒角，以减小 PCBN 刀具冲击力。

5.PCBN 刀具不适于加工较软的黑色金属材料。

6. 确定切削速度、进给量及切削深度要综合考虑生产效率和加工成本。一般来讲，其切削速度可比硬质合金刀具高2倍左右，高的切削速度产生大的切削热量，使被加工材料的塑性增大，有利于控制切屑和降低切削力。

7. 使用PCBN刀具时，可加冷却液，也可不加，使用冷却液时则一定要充分冷却。

有关使用 PCBN 刀具常见的磨损，磨损原因及预防措施见表2。

表2 PCBN 刀片的磨损形式、原因及预防措