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超硬刀具的发展与应用
1概述
超硬刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。随着现代制造业（尤其是汽车制造业）的快速发展，超硬刀具的生产及应用也逐年快速增长。图1、图2分别为PCD刀具和PCBN刀具近十几年来全球销售额的增长情况。至1997年，PCD刀具年销售额已达2.3亿美元，PCBN刀具年销售额为1.7亿美元。

超硬刀具大部分用于汽车零部件的切削加工。图3、图4分别为1995年全球PCD刀具和PCBN刀具在各应用领域的销量份额。其中，PCD刀具的60%用于汽车制造业，近30%用于木工刀具(至九十年代末期PCD木工刀具的份额已占到40%)；PCBN刀具的1/2用于汽车制造业，约20%用于重型设备(如轧辊等)的加工。

近年来，随着CNC加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用，可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的超硬刀具的应用也日渐普及，同时引入了许多先进的切削加工概念，如高速切削、硬态加工、高稳定性加工、以车代磨、干式切削等。超硬刀具已成为现代切削加工中不可缺少的重要手段。
2超硬刀具的主要品种及特点
(1)PCD金属切削刀具
PCD金属切削刀具可利用PCD材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。此类刀具从结构上主要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀片。
近年来焊接式PCD刀具中发展较快的品种是带标准刀柄的PCD刀具，如带柄PCD铣刀、PCD镗刀、PCD铰刀等，刀柄型式主要为圆柱柄、锥柄和HSK柄。这种刀具（尤其是多齿刀具）的特点是切削刃对刀柄的跳动小（如刃长为30mm的HSK柄PCD铣刀的切削刃跳动仅为0.002mm），尤其适合于对各种有色金属零件的成形面、孔、阶梯孔等进行大批量高速加工。例如，采用铝基体刀盘的PCD高速铣刀（六刃，直径100mm），最高转速可达20,000R/MIN,以上，切削速度可达7,000M/MIN，适合于汽车零部件的成形面加工。
可转位式PCD刀片是在硬质合金可转位刀片上镶装一块PCD刀坯再经刃磨而成，可装夹在各种数控机床的刀杆、刀夹或刀盘上，用于高可靠性的大批量加工。随着数控机床、加工中心及自动生产线的日益普及，可转位式PCD刀片的使用越来越多，其刀具耐用度较硬质合金刀具可提高几十倍。(2)PCD木工刀具
PCD木工刀具主要可分为PCD锯片和PCD成形木工铣刀两大类。PCD锯片是将PCD刀坯焊接在锯片基体上再经刃磨后形成，其结构与硬质合金锯片类似，不同之处是PCD锯片的前角较硬质合金锯片小，一般为5°～10°，楔角为65°～75°，锯片规格一般为ø100-450mm，锯齿数可多达72齿。
PCD成形木工铣刀的主要品种有用于加工强化木地板Al2O3层的修边刀、PCD槽形刀、PCD家具成形刀等，其加工方式是将PCD刀具的形状一次性复印（或组合）到被加工木材上。PCD成形木工铣刀的切削速度可达3,000m/min,，走刀量可达每分钟数米，刀具耐用度是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍，由于具有高效率、高耐用度等特点，尤其适合于大批量加工。(3)PCBN金属切削刀具
PCBN金属切削刀具也可分为焊接式PCBN刀具和可转位式PCBN刀片两类。
焊接式PCBN刀具是将PCBN刀坯焊接在钢基体上经刃磨而成，主要有车刀、镗刀、铰刀等。PCBN刀具大多用于耐磨黑色金属的加工，因此其刀尖角不能太小，刀具前角一般为-5°～5°，后角一般为3°～10°，断续切削时一般采用负倒棱。
转位结构的PCBN刀片（主要为车刀片和铣刀片）一般是在可转位硬质合金刀片的一个角上镶焊一块PCBN刀坯，经刃磨而成。考虑到刀坯较贵及重磨等原因，一般只做成一个刀尖。随着焊接工艺质量的提高，其剪切强度可达0.78kg/m²。随着PCBN刀坯尺寸越做越小，不重磨PCBN刀片的价格也随之降低。
3超硬刀坯的发展特点
超硬刀坯材料的开发是发展超硬刀具的基础。超硬刀坯材料的发展特点之一是产品系列化，适用于不同加工对象的规格品种不断增加。例如，英国DeBeers公司新推出的CTH025牌号(由Syndite025发展而来)PCD刀坯是为加工高耐磨材料而增加的牌号，其耐磨性进一步提高；美国通用电气公司(GE)的Compax1700也属同类产品，是一种粒度更粗的PCD复合片；PCBN刀坯中的BZN6100是BZN6000的换代产品，BZN8200是BZN8100的换代产品，而新推出的BZN7000则是一种纯CBN烧结体，具有优良的导热性和抗冲击性，特别适合高硬度材料粗加工及铸铁的高速切削加工；类似产品还有瑞典Seco公司的CBN300、美国Kenametal公司的KD420、日本京瓷公司的KBN3