超硬材料CBN(立方氮化硼)作為磨料應用已有40余年的歷史了，在磨削加工方面已有相當成熟的應用技術，PCBN(聚晶立方氮化硼也稱立方氮化硼燒結體)作為刀具材料應用于切削加工始于70年代，經過20多年的應用，在切削加工的各個方面都表現了優良的切削性能和一些不同于其它材料刀具的特殊規律，我國PCBN刀具的應用相對發達國家還比較少，缺少這方面的技術資料，本文綜合國內外有關資料及作者應用PCBN刀具的試驗結果介紹如下。
　　1 PCBN刀具材料的性能
　　PCBN按其制造工藝分有由CBN經高溫高壓直接結合成燒結塊的，也有加金屬或陶瓷等粘結劑在經高溫高壓燒結成的；按成品復合方式分，有單獨CBN燒結塊，也有CBN／硬質合金復合燒結的PCBN復合片。本文將以PCBN復合片刀具的切削性能為主進行介紹。
　　具有較高的硬度和耐磨性
　　CBN晶體結構與金剛石相似，化學鍵類型相同、晶格常數相近，因此具有與金剛石相近的硬度和強度。 CBN微粉的顯微硬度為HV8000～9000，其燒結體PCBN的硬度一般為HV3000～5000。
　　具有很高的熱穩定性
　　CBN的耐熱性可達1400～1500℃，PCBN在800℃時的硬度還高于陶瓷和硬質合金的常溫硬度。
　　具有優良的化學穩定性
　　CBN的化學惰性特別大，在1200～1300℃時也不與鐵系材料發生化學反應，與碳在2000℃時才發生反應；在中性、還原性的氣體中，對酸堿都是穩定的。其對各種材料的粘結擴散作用比硬質合金小得多。
　　具有較好的導熱性
　　在各類刀具材料中CBN的導熱性僅次于金剛石，大大高于硬質合金，而且隨著溫度的升高， PCBN導熱系數是增加的。
　　具有較低的摩擦系數
　　與不同材料間的摩擦系數CBN為0.1～0.3、硬質合金為0.4～0.6，隨著切削速度的提高，摩擦系數是減小的。
　　2 PCBN刀具的切削特性
　　PCBN刀具材料由于具有上述的特殊性能，因此在不同切削情況下，表現出了不同于其它材料刀具特殊的規律。
　　切削高硬度淬硬鋼刀具壽命高
　　PCBN刀具切削淬硬鋼時，隨著被加工材料硬度的增高，刀具壽命并非單調下降，而是在HRC40時刀具壽命最低(如圖1所示)，圖1VB=0.2mm；ap=0．5mm；f=0.1mm/r，工件材料：35CrMo。當工件材料硬度高于此硬度后，刀具壽命反而增加。這主要是由于PCBN材料高溫下硬度損失小，而工件材料硬度較高時，由于切削熱作用將切削區域金屬軟化，而使切削加工更易于進行。 PCBN這一特性非常適于加工高硬度材料，以車削代磨削可獲得以往只有用磨削加工才能得到的加工表面質量。

圖1 刀具壽命與被加工材料硬度的關系

　圖2 切削正火鋼時切削速度與刀具壽命的關系

　　切削正火鋼刀具壽命低
　　切削正火材料時，PCBN刀具的壽命要低于硬質合金刀具(如圖2所示)，切削用量：f=0.1mm/r；ap=0.5mm。并且刀具壽命比切削淬火鋼時壽命還要低。由此可以看出PCBN刀具不適于加工正火材料。
　　切削灰口鑄鐵刀具壽命曲線彎曲
　　切削灰口鑄鐵PCBN刀具壽命與切削速度的關系不符合泰勒公式，其后刀面磨損VB及前刀面月牙洼磨損深度KT都呈現出了相同的規律(如圖3所示) ,圖3切削用量：f=0.1mm/r，ap=0.5mm。

圖3 切削灰口鑄鐵時刀具壽命與切削速度關系

圖4 切削黃銅時的刀具磨損曲線

　　切削耐磨黃銅時刀具壽命高于金剛石刀具
　　切削有色金屬時，通常燒結金剛石(PCD)是最佳刀具材料，但切削耐磨黃銅時，PCBN刀具壽命高于燒結金剛石和硬質合金刀具(如圖4所示),圖4切削用量：v=200m/min；f=0.2mm/r，ap=1.0mm。
　　高速下PCBN刀具壽命高
　　圖5切削用量：f=0.05mm/r，ap=0.05mm；工件材料：HPM31HRC57；球頭立銑刀R5順銑。圖5所示為不同速度下PCBN刀具切削淬硬鋼時刀具后刀面磨損與切削距離的關系，由圖5可以看出：當切削速度超過一定限度后，切削速度越高，刀具的磨損速度反而降低，即高速下PCBN刀具的壽命高于低速，因此PCBN刀具適合高硬度材料的高速切削加工。

圖5 不同速度下PCBN刀具的壽命

圖6 干切與濕切情況下PCBN刀具壽命與切削速度的關系

　　干切條件下PCBN刀具壽命高
　　圖6工件材料為鑄鐵，是PCBN刀具在干、濕兩種切削條件下刀具壽命的對比。由圖6可以看出：在干切情況下，PCBN刀具壽命反倒高于使用切削液的情況，其主要原因是由于干切時切削溫度高，PCBN高溫硬度高，因此硬度損失少，而工件材料在高溫下硬度損失大，硬度降低后更易于切削的緣故。
　　3 PCBN刀具的加工表面質量
　　PCBN刀具不僅具有優良的切削性能，同時也能獲得其它種類刀具很難獲得的加工表面質量。
　　可獲得較低的表面粗糙度
　　用PCBN刀具加工不同材料都能獲得較低的表面粗糙度，圖7所示是加工鑄鐵時，PCBN刀具與硬質合金刀具的表面粗糙度對比。由圖7可以看出：PCBN刀具加工表面粗糙度遠遠好于硬質合金刀具，而且隨著切削速度的提高，越來越接近粗糙度的理論值。另外，由于PCBN刀具硬度高、耐磨性好，因此，能在較長時間內獲得較一致的表面粗糙度。圖7工件材料：鑄鐵FC25；切削用量：f=0.1mm/r；ap=0.3mm。
　　能獲得較好的表面應力狀態
　　如圖8所示，磨削加工得到的加工表面通常產生拉應力，用PCBN刀具加工淬硬鋼時，工件表層組織通常有殘余壓應力，殘余壓應力可提高零件的疲勞強度及耐磨性。圖8切削條件：工件材料：GCr15淬火；磨削：v=35m/s；vf=10mm/min；fr=0.008mm；車削：v=70m/min，f=0.07mm/r；ap=0.1mm。

圖7 PCBN刀具的加工表面粗糙度

　圖8 PCBN刀具切削獲得的加工表面殘余應力

圖9 PCBN刀具加工表面硬度的變化

　　加工表面表層硬度的變化
　　PCBN刀具切削淬硬鋼表面表層硬度與磨削的比較如圖9所示。由圖9可以看出：磨削加工獲得的工件表層硬度有所下降，而PCBN刀具加工獲得加工表面硬度略有上升，提高了加工表面的機械性能。圖9工件材料：SCM21，淬火HRC50；切削用量：車削：v=300m/min；f＝0.3mm/r；ap=1.0mm；磨削：vc=1450m/min；vw=80m/min；ap=0.015mm。
　　另外，PCBN刀具切削硬材料時，由于刀具導熱性好所產生的切削熱被切屑帶走較多，工件加工表面表層纖維組織無顯著變化，而磨削加工若切削用量選擇不當，則容易產生表面燒傷。
　　4 結束語
　　PCBN刀具具有優于其他材料刀具的切削性能，尤其適合高硬度淬硬鋼及耐磨材料的切削加工，在高速切削加工及干式切削加工方面表現出了優良的切削性能，在一定條件下可以得到與磨削相媲美的加工表面質量；但PCBN刀具壽命有特殊的變化規律，如：切削中等硬度的淬硬鋼及正火鋼時刀具壽命低、切削鑄鐵時刀具壽命曲線的彎曲等，若了解掌握這些特殊規律，便可在使用中充分發揮其優越的切削效能，創造出巨大的經濟效益。