超硬刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具

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。 非标工装夹具设计CNC精密零件加工焊接工装夹具制

造

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

Syndite 025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KBN30S等；日本三菱公司MB835牌号的PCBN刀坯适用于淬硬钢的断续切削，它通过细化CBN粒度(≤1µm)使切削力分散并增强了CBN粒子间的粘结力；日本住友电工的BNX25及英国DeBeers公司的DBC45等牌号同属这一品种。

超硬刀坯的另一发展特点是刀坯尺寸不断增大。目前国外超硬刀坯的供货规格一般为ø50mm以

上，ø74mm的复合片也能批量供货，PCBN刀坯的最大规格可达ø101mm，小尺寸刀坯则是从大刀坯上切割下来的。大规格超硬刀坯成本更低，更适合于大批量使用。目前国内只有ø20mm以

下的刀坯供货(国外七十年代即有此种规格刀坯)，这是因为两面顶与六面顶两种超高压高温设备腔体尺寸差异所致。

超硬刀坯材料发展的第三个特点是CVD金刚石膜已由研制阶段进入商业化供货阶段。较典型的CVD金刚石薄膜刀具产品有美国Kenametal公司的KD100涂层刀片、KDF300牌号CVD金刚

石薄膜硬质合金立铣刀等。北京天地金刚石公司的CVD金刚石厚膜刀具也可批量供货。据报

道，英国Debeers公司已成功推出了ø250mm的CVD金刚石厚膜，而且有刀坯厚膜、光学厚

膜、可线切割厚膜、曲面厚膜、透明厚膜等系列产品。

4 超硬刀具专用机床的类型及特点

用于加工超硬刀具的专用机床主要有以下三类：

(1) PCD刀具刃磨机床此类机床以瑞士Ewag公司的RS系列磨刀机为代表，该刃磨机床可利用陶

瓷结合剂金刚石砂轮的锋利性和一定的磨削压力实现对PCD、PCBN及天然金刚石刀具的刃磨，其特点是机床刚性好，带有投影测量装置，是目前国外应用最广泛的超硬刀具专用刃磨设备。与此类似的产品还有日本大阪金刚石公司、英国CoBom公司等制造的PCD刀具刃磨机。目前，PCD刀具刃磨技术不断改进，如将以弹簧产生的恒压力改为气动压力，并可在0～300N范围内

调整，以适应不同的磨削对象。为便于控制磨削尺寸，刃磨机上的刻度均带有数显装置。台湾远