超硬材料切割工具的技術趨勢

超硬材料切割工具的技術趨勢

      超硬材料諸如金剛石和立方氮化硼等常用于高速加工難切割材料的加工。本文討論分析了超硬材料的三個方面。首先，利用PCBN對鑄鐵進行高速銑削使其硬度高、導熱性能好，且不易和鐵質材料發生反應。高速銑削過程中由于熱梯度差引起的熱裂縫是技術難題之一。其次，利用金剛石鍍附工具對碳纖維增強塑料工藝和（CFRP）進行鉆削。CFRP材料用于飛機機身、主結構和零部件制備等。CFRP中的碳纖維的硬度高，因此適宜用金剛石鍍附的硬質合金切割工具來加工。最后還分析了模具制備工藝中BL-PCD工具對硬質合金的直接銑削。

      硬質合金于1926年由德國人研制發明，硬質合金切割工具也逐漸革新為鍍附硬質合金工具，成為80多年來最為重要的切割工具之一。PCD和PCBN也是較為重要的工具。本論文分析了超硬材料的三種新穎技術，用于鑄鐵高速加工的新型PCBN等級、鉆削CFRP用的金剛石鍍附硬質合金和硬質合金直接銑削用的BL-PCD端面銑削。

1.鑄鐵高速銑削用CBN

      立方氮化硼（CBN）硬度高、導熱性能好，且不易和鐵質材料發生反應，性能僅次于金剛石。聚晶立方氮化硼（PCBN）是利用陶瓷結合劑對CBN顆粒進行燒結而成；PCBN促成了硬化鋼加工工藝由磨削革新為切割。另一方面，由于PCBN的強度高、導熱性能好而應用于鑄鐵的高效高精密加工。例如，發動機組和油泵的表面加工通常用PCBN切割工具來完成。

      PCBN燒結體有兩種類型：一種是將CBN顆粒粘結在結合劑上；另一種是利用少量粘結劑材料將CBN顆粒粘結在一起。前者耐磨性好，用與硬化鋼切割加工；否則CBN含量高，導熱性能好，用于鑄鐵加工、耐熱合金和PM部件。BN7000就劃歸為后者。利用新型PCBN等級BN7000對鑄鐵進行加工，可以實現高效切削，保持工具較長的使用壽命。BN7000的CBN含量高、硬度高、熱導性能好，適宜加工難切割材料，對于降低切削成本費用和實現高精密高效切削加工有重要作用 。

2.CFRP加工用金剛石鍍附工具

      適宜地將基體和增強材料結合起來從而形成可控性機械特征是復合材料的一個特色。碳纖維增強塑料（CFRP）由于其優越的抗拉強度、比濕度、抗腐蝕性而廣泛應用在工業機械如汽車、直升機、醫療器械和鐵路車輛等領域。此外，CFRP材料在航天領域是一種基礎的結構材料，可以減輕飛機機身重量從而提高燃料效率，節省維護成本。

3.硬質合金的直接銑削

      在模具制備工藝中，為提高模具的精確度，通常采用鍍附硬質合金端面銑削來進行直接銑削。隨著制造商對模具硬質要求的提高，出現了聚晶金剛石（PCD）刀具、金剛石鍍附硬質合金刀具和單晶金剛石（SCD）刀具，都可以用于硬質材料的直接銑削。

      對于硬質合金模具的直接銑削，傳統PCD刀具的硬度不足以滿足其要求；SCD的強度也不夠，PCD和金剛石鍍附工具的鋒利度也不夠。因此，無粘結劑納米聚晶金剛石（BL-PCD）便應運而生。BL-PCD的硬度比PCD和SCD高、鋒利度要比PCD和金剛石鍍附都要好；適宜硬質合金模具的直接銑削，特別是精加工。