PCD刀具和PCBN刀具的区别：金刚石工具

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四大材料刀具的性能与选择

四大材料刀具的性能与选择刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。

本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。

刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础，刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据，要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料，才能获得良好的切削效果。

就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。

高速钢：活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀，钻油孔用钻头等都为高速钢材料。

硬质合金：YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中，特别是活塞粗加工和半精加工工序。

立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。

同时也应用于活塞立体靠模的加工中。

金刚石：金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、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。

在切削铝合金时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍，是目前铝活塞精密加工的理想刀具，已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。

刀具材料性能的优劣是影响加工表面质量、切削加工效率、刀具寿命的基本因素。

切削加工时，直接担负切削工作的是刀具的切削部分。

刀具切削性能的好坏大多取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分的几何参数及刀具结构的选择和设计是否合理。

切削加工生产率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面质量的优劣等等，在很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。

正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。

每一品种刀具材料都有其特定的加工范围，只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。

不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别，例如：加工铝活塞时，金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍；YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。

PCD 和PCBN 超硬刀具应用与研究现状浅

文章编号：2095-6835（2022）24-0154-05PCD和PCBN超硬刀具应用与研究现状浅析＊郭永刚1，2，3，吕志1（1.河南工业大学机电工程学院，河南郑州450001；2.汽车复合材料河南省工程实验室，河南郑州450001；3.河南省碳纤维复合材料国际联合实验室，河南郑州450001）摘要：随着现代集成制造系统的问世及切削速度不断加快，对刀具性能提出更高的要求，切削刀具逐步向高效加工、硬加工、干式加工、超精密加工和加工新型难加工材料等方向发展。

开发高耐磨、长寿命、高稳定的超硬切削刀具是必然趋势。

人造聚晶金刚石（PCD）刀具与聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具在生产实际中能加工出常规切削加工达不到的尺寸精度和表面粗糙度，是实现精密和超精密加工的关键。

对PCD和PCBN刀具进行了介绍，并分析了其应用领域和研究现状。

关键词：超硬刀具；超精密加工；精密加工；PCD中图分类号：TG711文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2022.24.0441超硬刀具概述超硬刀具主要指金刚石和立方氮化硼（CBN）刀具，其中又以人造聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond，PCD）和聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride，PCBN）刀具的应用最为广泛。

超硬刀具具有极高的硬度和耐磨性，并且热稳定性高，常用于加工一些难以切削的工程材料。

制造超硬刀具的材料主要包括天然和人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石、CVD金刚石及聚晶立方氮化硼[1]。

在现代高端制造业中，超硬刀具因其无可比拟的硬度、热稳定性和化学稳定性，越来越被人们所重视，各个国家更是不遗余力地进行研究和发展。

超硬刀具的研究和发展水平正逐步成为衡量一个国家制造业发展水平的一项重要指标。

1.1聚晶金刚石刀具（PCD）PCD刀具是由聚晶金刚石刀尖和硬质合金基体经高温高压烧结而成。

这既能发挥金刚石高硬度、高导热系数、低摩擦系数、低热膨胀系数、与金属和非金属亲和力小、弹性模量高、无解理面、各向同性等众多优点，又兼顾了硬质合金的高强度[2]。

PCD和PCBN刀具制造及应用

PCD和PCBN刀具制造及应用文/贺献宝、高文生河南省机械工程学会李鸿基河南省生产力促进中心PCD（金刚石复合片）和PCBN（立方氮化硼复合片）刀具是在上世纪七十年代发展起来的新型超硬复合材料加工刀具。

金刚石复合片和立方氮化硼复合片因都采用硬质合金作衬底材料，有效降低了人造金刚石或立方氮化硼的使用量，具有可焊接性，兼具高硬度和高抗弯强度（金刚石的抗弯强度为210～490MPa，而PCD的抗弯强度可达1，500MPa），能承受一定的冲击载荷，因而在日益追求高速切削、高精度切削的今天，必然地得到越来越多的刀具用户和刀具生产厂家的青睐。

在切削加工方面正发挥着越来越多的重要作用。

目前已有基本替代金刚石聚晶、立方氮化硼聚晶刀具的趋势。

金刚石复合片(PCD )、立方氮化硼复合片(PCBN)是在超高压高温下，利用少量粘结剂，把细粒度超硬材料聚结成无气孔、密实的多晶层；同时，使得超硬材料和硬质合金两层材料既致密又牢牢地“复合”、粘结为整体的超硬复合材料。

在“复合”、粘结的过程中，利用了多晶层粘结剂元素、超硬材料元素（C或N、B，其中B扩散性较小）、硬质合金衬底中成分（主要为Co，W元素扩散性较小）的互换性，产生了粘结、反应、“扎钉”、机械镶嵌等作用。

在这个过程中，受冷收缩系数要相互接近，硬质合金要二次液相烧结，元素要扩散，造成适宜的成份各材料相或其组分团的梯度。

PCD和PCBN刀具制造，要经过对片基的切割、刀头磨削、焊接、焊接后磨削等多道加工工序才能完成。

1.PCD、PCBN的切割、磨削用于刀具制造的金刚石复合片、立方氮化硼复合片一般是由圆片基材切割加工而成的，当然也可以直接烧结合成出来，尤其是长、宽尺寸差别不大的长方形、圆形等。

刀具用复合片形状有圆形、半圆形、扇形（450、600、900即1/4圆形）、以及长方形等。

经切割加工或直接合成出的复合片刀（头）坯，在固定到刀体之前需要适当磨削加工，主要是针对衬底底面（为使焊接时接触平整、粘结牢固）和非刀刃面（主要是为了美观），一般可手工研磨，也可用金刚石砂轮粗磨。

金刚石刀具知识点

⾦刚⽯⼑具知识点⼑具基础知识⼀、⼑具材料应具备的性能；A，⾼的硬度和⾼耐磨性1.硬度是⼑具材料应具备的基本特性2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能⼒。

B，⾜够的强度和韧性1.强度是⼑具材料抵抗破坏的能⼒2，韧性是指材料发⽣断裂时外界做功的⼤⼩。

3.⾼的耐热性和热传性4.良好的⼯艺性和经济性1）切削性能⽬前⼑具材料分四⼤类：⼯具钢、硬质合⾦、陶瓷及超硬⼑具材料等。

常⽤的⼑具材料⼀、⼯具钢1. 碳素⼯具钢碳素⼯具钢是含碳量为0.65％～1.3％的优质碳素钢。

常⽤的钢号有T7A、T8A等。

耐热温度：200℃～300℃。

2. 合⾦⼯具钢1868年，英国的穆舍特制成含钨的合⾦⼯具钢。

在碳素⼯具钢中加⼊适当的元素铬（Cr）、硅常⽤的合⾦⼯具钢有9CrSi，CrWMn等（Si）、锰（Mn）、钒（V）、钨（W）等炼成的。

耐热温度：325℃～400℃。

主要⽤于制造细长的或截⾯积⼤、刃形复杂的⼑具。

⼆，⾼速钢⾼速钢是⼀种富含钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等元素的⾼合⾦⼯具钢。

美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。

含碳量⼀般在0.70～1.65％之间。

耐热温度：500℃～650℃。

⾼速钢的抗弯强度是硬质合⾦的3～5倍，冲击韧性是硬质合⾦的6～10倍1.普通⾼速钢（HSS）2.钨系⾼速钢：W18Cr4V (W18)3.具有较好的综合性能，可制造复杂刃型的⼑具。

但由于钨是稀有⾦属，现在很少使⽤。

4.钨钼系⾼速钢：W6Mo5Cr4V2 (M2)5.M2的碳化物颗粒⼩，分布均匀，具有较⾼的抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性。

⼜因为钼的存在，使其热塑性⾮常好。

2. ⾼性能⾼速钢（HSS-E）⾼性能⾼速钢是在普通⾼速钢中增加⼀些碳、钒及添加钴（Co）、铝等元素的新钢种。

钴⾼速钢：W2Mo9Cr4VCo8 (M42)⼀种含钴的超硬⾼速钢，常温硬度67HRC-69HRC，具有良好的综合性能。

铝⾼速钢：W6Mo5Cr4V2Al在M2的基础上加Al、增C，提⾼了钢的耐热性和耐磨性。

金刚石刀具的优点和缺点

CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具：金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。如图3(a)所示，为CVD 金刚石厚膜(金刚石膜厚度达30μm)，具有硬度高、耐磨损、摩擦系数小等特点，是制造切削有色金属和非金属材料刀具的理想材料。金刚石涂层刀具：金刚石涂层刀具是用CVD法直接在硬质合金(K类硬质合金) 或陶瓷等基体上沉积一层1～25μm金刚石薄膜，无解理面各向同性。薄膜涂层刀具硬度达9800～10000HV。热导率高，室温下导热系数高达2000W/m·K，而硬质合金刀具导热系数仅为80～100W/m·K。CVD方法金刚石可以涂层到任何复杂形状的刀具上，这是聚晶金刚石无法拥晶金刚石(PCD)刀具
金刚石刀具
人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具金刚石涂层刀具
天然金刚石(ND)刀具：天然金刚石是目前已知矿物中最硬的物质，主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～ 0.002μm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD车削铝制活塞时Ra可达到4μm，而在同样切削条件下用PCD刀具加工时的表面粗糙时的Ra 为 15～50μm 。采用SCD刀具配合精密车床迚行精密和超精密加工，可获得镜面表面。聚晶金刚石(PCD)刀具：PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性，硬度均匀，石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具：为提高PCD刀片的韧性和可焊性，常将 PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDC)。即在硬质合金基底其表面压制一层0.5～1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬质合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。

超硬刀具种类有哪些及特点【详细版】

随着现代工程材料加工在硬度方面的要求越来越高，刀具的硬度也越来越高了，更多的超硬刀具应用而生。

超硬刀具主要应用于切削种淬硬钢，包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等，或切削各种铁基、镍基、钴基和其他热喷涂(焊)零件。

不过，切割不同的材料会有不同的超硬刀具，所以了解清楚超硬刀具的分类是非常重要的。

(1) PCD金属切削刀具刀具种类：以车刀为例，其它还有铣刀，铰刀，镗刀。

结构形式：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刀具。

式PCD刀具同普通硬质合金焊接刀具结构形式是一样的。

不同的是刃口材质不一样，几何参数不一样，加工对象不一样。

可转位式PCD刀片是在硬质合金可转位刀片上焊接一小块PCD刀坯再经刃磨而成，可装夹在与之对应的高精度刀杆上，进行高效，大批量加工。

随着数控机床、自动生产线的普及，可转位式PCD刀片的使用将越来越广泛，在一定条件下，其刀具耐用度较硬质合金刀具可提高几十倍至几百倍。

刀具几何参数：金刚石切削工具的几何参数一般其前角为0°-5°，后角为5°～12°，其端部有两种，一是圆弧，另一为直线，后者有时称为修光刃，其长度根据被加工材料来选择。

圆弧车刀在切削过程中的调整比较简单，而平刃的调整相对而言是很费时的。

如果应用在高精度的曲面加工中，圆弧的刃磨要求就很严格，它精度的优劣会复印在曲面上。

典型应用有色金属的高速、高稳定性、低粗糙度加工及镜面加工采用PCD刀具加工有色金属时，由于金刚石硬度高，表面与金属亲合力小，因此加工尺寸稳定性及表面质量都很好，刀具寿命也较长。

(2) PCD木工刀具PCD木工刀具目前最主要的用途就是加工强化木地板。

在加工强化木地板Al2O3耐磨层时，切削速度可达3,000m/min, ，进给量可达每分钟20米，且加工时噪音小，PCD刀具耐用度是硬质合金刀具的200倍以上，已完全取代硬质合金刀具。

其它PCD木工刀具主要有PCD 锯片和PCD家具成形铣刀等。

如何正确合理使用PCD和PCBN

如何正确合理使用PCD和PCBNPCD（聚晶金刚石）和PCBN（立方氮化硼）是现代切削工具中非常重要的两种超硬材料。

它们在加工高硬度材料、高温合金和难加工材料方面具有重要的应用价值。

正确和合理利用PCD和PCBN材料，可以显著提高加工效率、降低成本和改善加工表面质量。

本文从选择合适的材料、优化工艺参数和正确维护刀具等方面介绍如何正确合理使用PCD和PCBN。

一、选择合适的材料正确选择PCD和PCBN材料是使用的关键。

在选择时需要考虑工件材料、切削条件、切削耐力和加工表面质量要求等因素。

1.工件材料PCD材料适合用于加工铝合金、铜合金、铸铁等非铁系金属材料，而PCBN材料主要应用于加工高硬度材料、高温合金和铸铁等铁系材料。

2.切削条件根据切削条件选择合适的PCD和PCBN材料。

例如，在高速切削（速度大于500 m/min）和干切削条件下，PCD材料能够更好地发挥其优势。

而在低速切削和液冷切削条件下，PCBN材料更为适用。

3.切削耐力根据工件材料的硬度和切削耐力要求选择合适的PCD和PCBN材料。

一般来说，若要加工硬度较低的材料，选择PCD材料;若要加工硬度较高的材料，选择PCBN材料。

4.加工表面质量要求根据加工表面质量要求选择合适的PCD和PCBN材料。

例如，若要求加工表面精度高、光洁度好，选择PCD材料。

若要求加工表面耐磨性好、使用寿命长，选择PCBN材料。

二、优化工艺参数正确调整工艺参数可以提高切削效率、延长刀具寿命和改善加工表面质量。

1.切削速度根据材料的硬度选择合适的切削速度。

一般来说，PCD和PCBN材料的切削速度较高。

但需要注意切削速度过高会导致刀具受热过度，影响刀具寿命。

2.进给量根据材料的硬度选择合适的进给量。

一般来说，对于硬度较低的材料，可以适当增大进给量，提高切削效率。

对于硬度较高的材料，应适当降低进给量，保证加工质量。

3.切削深度根据材料的硬度选择合适的切削深度。

一般来说，对于硬度较低的材料，可以适当增大切削深度，提高切削效率。

PCD﹑PCBN刀具材料及刀具涂层

PCD﹑PCBN刀具材料及刀具涂层（一）PCD二十世纪七十年代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。

金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。

金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。

在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度。

由于聚晶金刚石（PCD）的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。

但由于PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开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。

PCD刀具的应用: 工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早，其应用已比较成熟。

自1953年在瑞典首次合成人造金刚石以来，对PCD刀具切削性能的研究获得了大量成果，PCD刀具的应用范围及使用量迅速扩大。

目前，国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国De Beers公司、美国GE公司、日本住友电工株式会社等。

据报道，1995年一季度仅日本的PCD刀具产量即达10.7万把。

国外切削加工用PCD与PCBN的发展与应用

国外切削加工用PCD与PCBN的发展与应用近年来，随着制造业的发展和要求的提高，国外对切削加工用聚晶金刚石（PCD）和立方氮化硼（PCBN）的研究和应用逐渐增多。

PCD和PCBN是一种高度硬度、高耐磨、高热导率的新型切削材料，广泛应用于汽车、航空、航天、机床等领域。

本文将介绍国外PCD和PCBN的发展和应用。

首先，国外对PCD的研究和应用已有较长历史。

20世纪50年代，瑞典先后开发出低压化学气相沉积法（LPCVD）和高压化学气相沉积法（HPCVD）生产PCD的技术。

此后，美国、日本、德国等国家也纷纷投入了PCD的研发与应用。

PCD具有高硬度、高强度、低摩擦系数和良好的热稳定性等特点，适用于高速切削和硬质材料的加工。

特别是在汽车轮毂、曲轴、凸轮轴等高精度零件的加工中，PCD已经得到了广泛的应用。

其次，国外对PCBN的研究和应用也在不断进步。

PCBN是一种具有类似于金刚石的物理特性和机械性能的材料，适用于加工高硬度的材料，如合金钢、铸铁、高温合金等。

PCBN具有高硬度、高导热性、低摩擦系数和优异的化学惰性等特点。

它可以用于加工高速度、高挤压、高温度和高硬度的材料，例如用于汽车发动机的气门、凸轮轴、刀具和模具等。

PCBN在机械加工行业的应用越来越广泛，为高精度、高效率的加工提供了可靠的切削工具。

此外，国外研究对PCD和PCBN刀具的改进也取得了显著的成果。

例如，通过研究材料成分和工艺参数等因素的影响，改善刀具的性能和寿命，提高加工效率和质量。

同时，国外也注重PCD和PCBN刀具的涂层技术研究，以进一步提高刀具的耐磨性、防锈性和导热性。

涂层技术能够提高刀具的切削速度、降低摩擦系数、延长刀具的使用寿命。

综上所述，国外对切削加工用PCD和PCBN的研究和应用逐渐成熟。

PCD和PCBN的高硬度、高强度和优异的耐磨性使其在高精度、高效率的加工中具有广泛的应用前景。

未来，随着制造技术的不断发展和需求的不断增加，PCD和PCBN材料和刀具的研究与应用将会有更好的发展。

聚晶金钢石与立方氮化硼刀具的制造技术

三、抛光
抛光的目的是把刀片的上表面 (即刀具的前刀面) 抛光成镜面 ,一般要求达到 Ra0. 02um 以下。刀具前刀面抛光后可以减少切屑与前刀面的摩擦与粘结 ,延长刀具寿命 ;同时还可以改善刀刃的平整度与锋利性 , 提高切削加工的精度。
复合片的抛光使用专门的抛光机 ,其原理如图 1 所示。一方面砂轮高速旋转做主运动 ,同时被抛光的刀片低速转动。一般抛光一块片子的时间为 1. 5～ 2h 。为了增加效率 ,抛光机上有多个保持盘 ,每个保持盘可夹持多个刀片 ,从而实现几十片刀片同时抛光。
42
机械工艺师 2000. 7
Hale Waihona Puke 述功能 ,刃磨机的运动机构包括 : ●刀架自身回转 ,配合显微镜或投影仪精确对准
回转中心 ,得到不同的刀尖圆弧半径。 ●刀架整体倾斜 ,得到圆柱后刀面。 ●砂轮主轴倾斜 ,得到圆锥后刀面。 ●主轴横向往复摆动 ,用于磨削直刃 ,同时起到抛
光的作用 ,消除磨削沟纹 ,并可均恒砂轮的磨损 ,防止砂轮局部出现深沟。
图 3 、图 4 所示分别为普通磨削和经过研磨后得到的刀具刃口。
参考文献 1 张启彬、李曼、李德享。张弘韬。聚晶金刚石刀具的刃磨机理
工具技术. 1998. 4 2 P. A. Bex·SYNDITE Cutting Tool - Preparation for Use·
De Beers Düsseldorf - Conference. May , 1979 作者通讯地址 :中国科技大学精密机械与仪器系 (合肥 230026) 收稿日期 :20000615
清洗剂一般为去离子水或无水酒精 ,采用声波清洗器可获得最好的清洗效果。清洗后的零件应该用干净的镊子夹持 ,绝不能用手指触摸 ,以防止二次污染。

PCBN和PCD刀具的应用

确保应用场合允许你使用两面切削刃。
合洛氏硬度值４以上的零件。 “ 是业内大多数人５那
认可的实际操作中的下限， ”他说， “ 们不去说你我不能用ＰＢ￣工较低硬度的零件，但在那应用里ＣＮＪＩ前刀面月牙洼磨损是个问题。 ” ＰＢＣＮ粗加工时，使用刀片的最大切深范围是：
表面烧结式、镶齿式刀片的正确选择。ＰＢ镶齿刀ＣＮ片在很宽范围的粗精加工应用中既经济又可靠，但有一些应用领域肯定用整体式或表面烧结式更好。粗镗中间部位有铸造飞边的汽缸套就是一个例子。如果在这里使用镶齿刀片，即使切削深度完全正确，飞边很可能不可避免偏离ＰＢ部分。而采用ＣＮ更结实的整体式或表面烧结式ＰＢＣＮ刀片一般不会发生这样的事。整体式和表面烧结式刀片还有可重磨的好处，延续的使用能抵消最初投资的高成本。整体式或表面烧结ＰＢＣＮ刀片都能很好用于带飞边的汽缸套加工，并增加防止误解的说明，整体式
产品与技术Ｐｏｕｔｒｄｃｓ＆Ｔｃｎｌｙｅｈｏｇｏ
ＰＢｌＣ３的应用ＣＮ￥ＩＤ７具：Ｐ
设计和使用ＰＢ（晶立方氮化硼）和ＰＤＣＮ聚Ｃ（晶金刚石）切削刀具的最近进展提供给不同的行聚业制造商强有力的提高生产率的新动力。如汽车Ｔ

国外切削加工用PCD与PCBN的发展与应用

国外切削加工用PCD与PCBN的发展与应用随着制造业的发展和进步，切削加工中对工具材料的要求也越来越高。

在国外，超硬材料是切削加工领域中最常用的工具材料之一、其中，聚结体多晶立方氮化硼（PCBN）和聚结体多晶金刚石（PCD）因其优异的性能在切削加工中得到了广泛应用。

首先，PCD材料的发展与应用。

PCD是由聚结体多晶金刚石颗粒和金属结合剂组成的人造材料。

它具有极高的硬度、抗磨损性、热稳定性和化学惰性。

这使得PCD在切削加工中具有很强的切削能力和寿命，特别适用于加工硬度很高的材料，如铸铁和铸铜。

在国外，PCD广泛应用于汽车制造、航空航天、模具制造、电子设备制造等领域。

例如，汽车制造中，PCD刀具可以用于汽车发动机缸套、气门座圈等部件的加工。

此外，PCD刀具还常用于加工陶瓷和复合材料等材料，以提高加工效率和加工质量。

其次，PCBN材料的发展与应用。

PCBN是由聚结体多晶立方氮化硼颗粒和金属结合剂组成的材料。

它具有高硬度、高热稳定性和抗氧化性。

这使得PCBN在切削加工中具有出色的性能和稳定性，特别适用于加工高硬度材料，如工具钢、耐热合金和高速钢。

在国外，PCBN广泛应用于汽车制造、航空制造、模具制造以及石油钻探等领域。

例如，在模具制造中，使用PCBN刀具可以提高模具的加工精度和表面质量。

此外，随着切削加工技术的不断发展，PCD和PCBN材料也在不断进化和改进以满足不同的加工需求。

例如，为了提高切削效率和降低加工成本，一些制造商正在开发新的PCD和PCBN刀具，并采用涂覆或修整等技术来改善刀具的性能。

同时，一些研究机构也在不断探索新的制备方法和应用领域，以推动PCD和PCBN材料在切削加工中的发展。

总之，国外的PCD和PCBN材料在切削加工中具有广泛的应用和发展前景。

随着制造技术的不断进步和需求的提高，PCD和PCBN材料的性能和应用也将不断提高和扩大。

预计在未来，PCD和PCBN材料将在更多领域中发挥更重要的作用，并推动切削加工技术的发展。

PCD﹑PCBN刀具材料及刀具涂层

金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。

金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。

由于聚晶金刚石（PCD）的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。

但由于PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开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。

PCD刀具的应用: 工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早，其应用已比较成熟。

自1953年在瑞典首次合成人造金刚石以来，对PCD刀具切削性能的研究获得了大量成果，PCD刀具的应用范围及使用量迅速扩大。

目前，国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国De Beers公司、美国GE公司、日本住友电工株式会社等。

据报道，1995年一季度仅日本的PCD刀具产量即达10.7万把。

PCD﹑PCBN刀具材料及刀具涂层

金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。

金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。

由于聚晶金刚石（PCD）的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。

PCD刀具的应用: 工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早，其应用已比较成熟。

自1953年在瑞典首次合成人造金刚石以来，对PCD刀具切削性能的研究获得了大量成果，PCD刀具的应用范围及使用量迅速扩大。

目前，国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国De Beers公司、美国GE公司、日本住友电工株式会社等。

据报道，1995年一季度仅日本的PCD刀具产量即达10.7万把。

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。

金刚石刀具的优点和缺点

金刚石刀具的优缺点
天然金刚石(ND)刀具聚晶金刚石(PCD)刀具
金刚石刀具
ห้องสมุดไป่ตู้
人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具金刚石涂层刀具
天然金刚石(ND)刀具：天然金刚石是目前已知矿物中最硬的物质，主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～ 0.002μm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD车削铝制活塞时Ra可达到4μm，而在同样切削条件下用PCD刀具加工时的表面粗糙时的Ra 为 15～50μm 。采用SCD刀具配合精密车床迚行精密和超精密加工，可获得镜面表面。聚晶金刚石(PCD)刀具：PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性，硬度均匀，石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具：为提高PCD刀片的韧性和可焊性，常将 PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDC)。即在硬质合金基底其表面压制一层0.5～1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬质合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具：金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。如图3(a)所示，为CVD 金刚石厚膜(金刚石膜厚度达30μm)，具有硬度高、耐磨损、摩擦系数小等特点，是制造切削有色金属和非金属材料刀具的理想材料。金刚石涂层刀具：金刚石涂层刀具是用CVD法直接在硬质合金(K类硬质合金) 或陶瓷等基体上沉积一层1～25μm金刚石薄膜，无解理面各向同性。薄膜涂层刀具硬度达9800～10000HV。热导率高，室温下导热系数高达2000W/m·K，而硬质合金刀具导热系数仅为80～100W/m·K。CVD方法金刚石可以涂层到任何复杂形状的刀具上，这是聚晶金刚石无法拥有的最显著的优势。

超硬刀具金刚石刀具介绍

超硬刀具金刚石刀具介绍PCD聚晶金刚石刀具;CVD金刚石膜刀具(物理涂层)PVD物理涂层金刚石刀具PCBN聚晶立方氮化硼刀具;一、概述超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。

包括：单晶金刚石、聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD金刚石等。

超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，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。

许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段。

随着科技的进步，制造业的高速发展，CNC 加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用，超硬刀具的生产及应用也越来越广泛。

PCD和PCBN刀具已广泛应用于机械加工的各个行业，如汽车零部件的切削加工，强化木地板的加工等，极大地促进了切削加工及先进制造技术的飞速发展。

二、切削材料及超硬材料发展史3、金刚石、超硬材料的特性与作用众所周知，金刚石材料的成分是碳，金刚石与铁系有亲和力，切削过程中，金刚石的导热性优越，散热快，但是要注意切削热不宜高于700度，否则会发生石墨化现象，工具会很快磨损。

因为金刚石在高温下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等会发生反应，与黑色金属(铁碳合金)在加工中会发生化学磨损，所以，金刚石不能用于加工黑色金属只能用在有色金属和非金属材料上，而CBN即使在1000oC的高温下，切削黑色金属也完全能胜任。

已成为未来难加工材料的主要切削工具材料。

一般超硬材料指的是人造金刚石、人造CBN。

这两种材料的同时存在，起到了互补的作用、可以覆盖当前与今后发展的各种新型材料的加工，对整个切削加工领域极为有利。

1．PCD金刚石烧结体（PCD）的出现，在许多方面代替了天然单晶金刚石。

PCD与天然金刚石比较，价格便宜，且刃磨远比天然金刚石方便，所以其应用、推广特别迅速。

刀具材料--PCBN和PCD进展

刀具材料——PCBN和PCD进展PCBN（聚晶立方氮化硼）和PCD（聚晶金刚石）切削刀具的近来进展给不同的行业制造商供给强有力的提高生产率的新动力。

如汽车工业运用新的大颗粒整体PCBN刀片使得高效切削难加工合金铸铁成为可能，原先它们只能由磨削完成。

“在最新的整体PCBN材质等级加添颗粒度已经显著改善性能，”底特律山高Carboloy先进材料产品经理DavidHuddle说，“较大的PCBN颗粒大小改进耐磨性和抗冲击性，这对于大量加工象铁素体含量低于10%的铸铁材料很关键。

”Huddle解释道，粗加工这些零件时良好的抗冲击韧性对承受裂纹、砂眼和其它铸造过程留下的缺陷来说很紧要。

精加工时需要特别好的耐磨性，由于零件含铬量达28～30%而且硬度在洛氏68～72之间。

最新的PCBN刀片还具有更好的牢靠性和经济性。

刀片厚度从传统的3.18毫米加厚到4.76毫米，能安全地安装在有刀垫座的标准硬质合金刀片刀杆上。

另外，整体式PCBN结构在双面供给多个切削刃，从而降低分摊到生产每个零件的刀片成本。

除了这种新型的整体式厚刀片，如今的PCBN刀片还有“表面烧结”型和“镶齿”型。

表面烧结型是在硬质合金基体上烧结一个完整的PCBN表面。

目前使用最多的PCBN刀片是价格比较低廉的镶齿型。

这种型式的刀片是在硬质合金刀片的一角镶焊一小片PCBN，一般供给一至两个切削刃。

表面烧结型和镶齿型都符合工业标准规格。

和最新的整体式刀片一样，它们可以安装在标准硬质合金刀杆和铣刀盘的刀座上。

切削条件和参数依据Carboloy的Huddle，用PCBN切削硬零件最适于合洛氏硬度值45以上的零件。

那是业内大多数人认可的实际操作中的下限，他说。

我们不去说你不能用PCBN加工较低硬度的零件，但在那些应用里前刀面月牙洼磨损是个问题。

PCBN粗加工时，使用刀片的最大切深范围是：白口铸铁和其它硬的高铬铸铁约4.76毫米，不含铬的清洁铸铁最多为6.35毫米。