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聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)是目前利用人工方法合成的硬度仅次于金刚石的新型刀具材料，由于它具有远远高于其他材料的硬度，因此它与金刚石统称为超硬刀具材料。美国、德国、英国、日本等都对开发和利用这一新材料给予足够的重视，其中美国GE公司的BZN牌号、英国De Beers的AMBORITE牌号和日本的BN牌号均已在世界市场上占有一席之地，面对发达国家重视PCBN刀具推广应用的现状，我国PCBN刀具材料的发展和应用前景如何？
应用情况
美国《超硬材料市场与技术现状》报告书中指出：对超硬材料工具的开发利用，是美国等先进工业国家保持技术和经济优势的关键。但由于刀具成本较高以及用户对PCBN这种新超硬材料刀具的了解极其缺乏等原因，目前国内对PCBN刀具的应用尚处于试用和待开发阶段，一般的用户是临时性的，对大多数用户来讲，只有在生产中碰到用其他刀具材料不能解决问题时才开始考虑选择使用PCBN刀具。
PCBN刀具可用于精车淬硬钢以及高速铣削灰铸铁和硬铸铁。PCBN刀具切削加工的实践表明精车后的淬硬钢表面粗糙度可达Ra0.3~0.6，尺寸精度可控制在0.013mm。PCBN刀具还可用于加工高温合金、硬质合金、工程陶瓷及其他难加工材料。
目前国内用户使用较多的是PCBN车刀，这类刀具在对淬硬铸铁、淬硬钢、热喷涂以及其他一些难加工材料零件的连续车削加工中均取得了良好效果，为推广使用PCBN刀具奠定了良好的基础。 （图片）
图1 PCBN刀具在各行业中的应用比例 （图片）
图2 各类工件材料耗用PCBN刀具比例 市场和经济效益
PCBN刀具在国内的市场主要有以下几大块：汽车行业如一汽集团公司、东安发动机厂、上海大众汽车有限公司、二汽集团公司、第一拖拉机工程机械公司以及其他机车车辆厂、发动机厂和汽车修配厂等；石油勘探、矿业公司如江汉油田、华北油田、胜利油田、大庆油田和新疆油田等勘探厂及相关的各类钢管生产厂如宝钢集团公司钢管分厂、成都无缝钢管厂管加工分厂等单位；电站设备和汽轮机厂以及全国的各类机械厂。一汽集团引进的德国产汽缸孔双轴镗床随机CBN镗刀无法供应生产，现用济南冶金科研所产的AT6热压混合陶瓷刀具替代，切削速度仅为497m/min。此外，英国产汽缸盖枪铰导管孔镗阀座12轴镗铰自动线随机枪铰刀，用白城液压件厂生产的硬质合金枪铰刀替代，CBN镗刀用济南冶金科研所产的AT6热压混合陶瓷刀具替代，日本产表面喷钼同步环车油线数控机床随机日立超硬刀片，用自贡硬质合金厂ZK10-UF刀片替代，这些问题集中反映了国产PCBN刀具各层次还难以适应不同切削速度和材质，还不能很好地适应汽车制造加工，在型号、规格和品种上有待补充发展，质量也需要上一个档次。（图片）
图3 各种加工反方法使工件材料耗用PCBN刀具比例 PCBN刀具可成功实施硬态精加工工艺，除节省使用冷却润滑液和与此相关而具有经济上和生态上的优点以外，它还能代替磨削工艺。福特公司采用硬态精加工工艺代替磨削工艺，在投资上节省了50%的成本，而且缩短了生产节拍，仅用5台CNC车床就替代了11台磨床，我国专门用于轴承生产的磨床已超过4000台，轴承出口一直呈现良好形势，而且供不应求，国内目前轴承内外圈的加工除采用磨削加工方式外，主要还是采用陶瓷刀具进行加工，PCBN刀具尚未进行有效地开发，如果改用PCBN刀具进行轴承钢的硬态切削，其经济效益将达数10亿元。
高速铣削模具和铸铁材料。据ISTA(全称International Special Tooling Association)20世纪90年代对世界模具市场的统计，美国模具生产的产值接近1400亿美元，日本超过120亿美元，中国内地超过11亿美元(其中产值约9亿美元，进口额约2.85亿美元，出口额约0.73亿美元) 。模具高速铣削的生产周期仅为传统电加工方法的三分之一，例如使用硬度为HRC50的模具钢制造一曲轴的锻模时发现，使用高速数控铣床只需20小时左右的时间，而采用电火花加工却需要64小时，制造一种插座外壳的钢制压铸模具时，若采用电火花加工方法需要50~60小时，而采用高速铣削，制造时间降低至14小时。模具的PCBN刀具高速铣削向传统的模具切削加工技术提出了强有力的挑战，为世界模具工业看好。根据全俄工具研究所研究报告表明，在加工中心类型的机床或自动线上，使用装有PCBN刀片高速铣削铸铁零件，每小时可带来56美元的纯利润，因此铸铁的PCBN刀具高速铣削也十分吸引人们的关注。
应用及其发展的思考
PCBN刀具的推广应用有其固有的不利因素。1992年我国CBN产量为41.5万克拉，仅为前苏联产量的1%，同时我国CBN与金刚石的应用比例也极不合理，1992年我国CBN与金刚石的产量比为1/240以下，而同期工业化国家则达到1/10左右。金刚石工业的迅速发展在很大程度上受惠于一些广泛应用的硬脆材料(如硬质合金、玻璃、陶瓷和石材)的加工。与金刚石相比，PCBN刀具的应用则没有这些优势，PCBN刀具主要应用在铁族金属材料的切削加工中，长期以来人们已习惯于采用普通磨料磨具来完成对这些材料加工。要想使PCBN刀具不仅在普通磨料不能或难以加工的领域得到应用，而且进一步取代普通磨料的传统加工地位，就必须大力提高我国PCBN刀具的应用技术水平。
发展前景与趋势
PCBN刀具材料是一种前景十分看好的新型工具材料，随着数控机床、加工中心精度的不断提高，随着汽车国产化进程的推进，PCBN刀具的应用市场必将越来越广泛。为进一步推动我国PCBN刀具的应用，我们需要做好以下几方面的工作：
1. 根据我国的国情适当地引进国外自动化程度较高的生产线和专利技术，消化和吸收国外PCBN刀具的使用技术。
2. 狠抓PCBN刀具新产品的开发和新技术、新工艺的推广，不断拓宽PCBN刀具的应用领域，提高PCBN刀具产业整体技术水平和市场竞争力，以品种、质量求生存，以PCBN刀具的使用技术求发展。
3. PCBN刀具生产企业应走科、工、贸一体化的道路，加快产业集团化进程，参与国际大市场的竞争。
4. 制定全国统一的PCBN工业标准，建立权威性的PCBN工具监测机构，实行产品标准化、系列化管理，对产品质量实行严格的检查和监测。
5. 加强PCBN刀具材料切削性能研究和有关知识的宣传，为用户和刀具生产单位提供使用方面的切削条件，同时也可为用户提供正确的理论指导。
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刘献礼 哈尔滨理工大学教授、黑龙江省刀具技术协会秘书长
8/27/2005
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