PCBN刀片質(zhì)量的影響因素

PCBN刀片的質(zhì)量受到多種因素的影響，其中燒結(jié)過程中各種工藝參數(shù)的改變，對PCBN刀片的質(zhì)量影響最大。粘結(jié)劑/催化劑材料、基體材料等組成材料，以及顆粒表面清潔度、顆粒度等都決定了PCBN刀片的性能。

　�。�1）基體的選擇

　　由于碳化鎢硬質(zhì)合金具有較高的硬度，較好的導(dǎo)熱性和韌性，因此多采用含有Co的碳化鎢硬質(zhì)合金作為PCBN刀片基體。Co作為一種溶劑和粘結(jié)劑可以顯著提高CBN的燒結(jié)度，增強PCBN的強度[3]，但是碳化鎢硬質(zhì)合金中Co的含量不能過高，否則將影響PCBN刀片的耐磨性，縮短刀具的使用壽命。

　�。�2）CBN晶粒的清潔度與顆粒度

　　CBN晶粒的表面清潔度將直接影響著PCBN的燒結(jié)質(zhì)量，因此在燒結(jié)前都要對CBN晶粒進行嚴格地處理，以去掉晶粒表面的水分及氧化物等雜質(zhì)。采用的方法主要是在真空或氫氣、氨氣等還原性氣體下加熱1~2個小時。否則過多的雜質(zhì)會影響CBN-CBN顆粒間及CBN與粘結(jié)劑間的粘結(jié)，使得PCBN刀片強度減小，耐磨性能降低。

　　CBN顆粒的大小不但對PCBN刀具的切削表面質(zhì)量有影響而且對PCBN燒結(jié)時粘結(jié)劑的燒結(jié)能力起到一定的作用。一般來說，CBN顆粒度越小，PCBN刀具切削表面質(zhì)量越好，刀具抗沖擊能力和耐磨性越好，因此，在加工淬硬鋼并且要求高的表面質(zhì)量（即實現(xiàn)PCBN刀具的“以車代磨”）時，所采用PCBN刀具中的CBN顆粒應(yīng)取較小值。但另一方面，由于PCBN刀片的燒結(jié)是通過“毛細現(xiàn)象”即各種粘結(jié)劑元素滲透到CBN顆粒之間實現(xiàn)的，如果CBN顆粒太小，CBN顆粒間的間隙就會減小，從而使得粘結(jié)劑元素的滲透量減小。因此，燒結(jié)時CBN顆粒又應(yīng)選得大一些。綜合考慮以上兩種因素，CBN燒結(jié)時應(yīng)多選擇混合粒度，并根據(jù)所選粘結(jié)劑粘結(jié)能力的不同而確定不同的粒度范圍。

　�。�3）CBN晶粒含量

　　CBN含量對PCBN刀具的硬度、導(dǎo)熱性有較大的影響。CBN含量越高，刀具的硬度越高，導(dǎo)熱性越好。高含量PCBN刀具（一般CBN含量為80%～90%）是以CBN之間的直接結(jié)合為主，具有高硬度和高導(dǎo)熱性。這類PCBN刀具適合加工高硬度合金和組織中含有高硬質(zhì)點的材料，如冷硬鑄鐵、耐熱合金等。目前此類刀具刀片主要有GE公司的BZN6000，Element six公司的AMB90、住友電工公司的BN100、BN600等。低含量PCBN刀片多為陶瓷粘結(jié)劑，耐熱性好，易于加工淬硬鋼（合金鋼、軸承鋼、模具鋼、碳鋼等），利用切削區(qū)內(nèi)熱滯留高溫形成的金屬軟化效應(yīng)進行切削。GE公司的BZN8100、BZN8200，Element six公司的DBC50，住友電工公司的NB300、NB220以及山高公司的CBN10、CBN100、CBN150等均屬于此類。

　�。�4）粘結(jié)劑

　　CBN燒結(jié)所需的粘結(jié)劑：①物理化學(xué)性能越接近CBN越好，這樣不會過多的削弱燒結(jié)后PCBN刀具的切削性能；②易于達到熔點溫度或在此溫度下具有好的塑性；③相對于CBN具有足夠的化學(xué)活性，具有使六方氮化硼（HBN）向CBN轉(zhuǎn)化的催化性。

　　目前，常用到的粘結(jié)劑按其物理化學(xué)性質(zhì)可分為金屬粘結(jié)劑（如Ni、Co、Ti、Ti-Al等）和陶瓷粘結(jié)劑（如TiN、TiC、TiCN、Al2O3等）；按作用可分為催化劑（如，Al、AlN、AlB2、Si等）和溶解劑（如Ti、Ni、Co、TiN、TiC、TiCN等）。粘結(jié)劑種類和含量都對PCBN刀片的性能有不同的影響。碳化物、氮化物、碳氮化物可以提高PCBN刀片的抗化學(xué)磨損能力和抗沖擊能力，但含量過高會降低刀具硬度，使刀具壽命縮短；鈷是最常用的粘結(jié)劑，可以提高CBN燒結(jié)時的燒結(jié)度；Ti陶瓷粘結(jié)劑可以提高PCBN刀片的韌性；鋁及鋁的化合物可與CBN顆粒及其它粘結(jié)劑發(fā)生反應(yīng)，使CBN顆粒粘結(jié)得更加牢固，提高刀具耐磨性；Si和Al、AlN、AlB2的混合物是HBN向CBN轉(zhuǎn)化的有效催化劑，在陶瓷粘結(jié)劑里加入少量的Al、Si還可以增強CBN間的粘結(jié)，形成連續(xù)的陶瓷相[12]；以鋁化鎳作為粘結(jié)劑的PCBN復(fù)合片導(dǎo)電性好，適于采用低成本電火花進行切割。 由于粘結(jié)劑的不同，現(xiàn)在PCBN刀片趨于兩種特性：一種是具有高的耐磨性（高含量CBN，催化粘結(jié)劑），另一種是具有好的抗沖擊性（低含量CBN，陶瓷粘結(jié)劑）。