一前言

某些機器零件采用了難加工材料制造．其中包括一些高硬度的脆性材料。在這個加工領(lǐng)域中，超硬刀具能夠發(fā)揮很大的作用。

除天然金剛石外，人造金剛百在近年來巳得到了更為廣泛的應(yīng)用。人造金剛石是以石墨為原料，加入催化劑，經(jīng)過高溫、高壓制成單晶金剛石細粉．可用作磨料。再用金剛石細粉加入粘結(jié)劑，經(jīng)過又一次高溫、高壓工藝，從而可以制成聚晶金剛石刀片或其它制品。用類似的工藝．亦可制成以硬質(zhì)合金作為基底的金剛石復合刀片(PCD)。另一種最新的方法，是用化學氣相沉積(CVD)工藝，在硬質(zhì)合金或陶瓷刀片上涂覆一層金剛石薄膜(厚度約為1Oµm～25µm)，形成金剛石涂層刃片(簡稱CD)。或先沉積出厚度在0.4mm以上的金剛石厚膜，再焊在硬質(zhì)合金基體上，形成金剛石厚膜刀片(簡稱TFD)。CD和TFD是發(fā)展中的技術(shù)，但很有應(yīng)用前景。

以六方氯化硼(HBN)為原料，用上述相同的高溫、高壓工藝．可制成聚晶立方氮化硼(CBN)刀片或CBN復合刀片。

二、金剛石刀具與立方氮化硼刀具的性能

金剛石與CBN的晶體結(jié)構(gòu)均為面心立方，耐磨性極強。人造金剛石的硬度可達HV8000～9000，CBN硬度可達HV6000～7000。兩者的密度均約為0.5g/cm³，與Al₂0₃及Si₃N₄的密度相近。

它們的導熱性能很好。金剛石的導熱素數(shù)為2000W/(m·K)，CBN為1300W/(m·K)，分別是紫銅的5倍和3.2倍．分別是硬質(zhì)合金的40倍和25倍。

它們的線膨脹系數(shù)較小，金剛石為(O.9～1.18)×1O^-6/K，CBN為(2.1～2.3)×1O^-6/K，分別是硬質(zhì)合盒的1/6和1/3。

它們的彈性模量很高，金剛石為(850～900)GPa，CBN為720GPa，顯著高于硬廚合盒和陶瓷。

在切削過程中，金剛石和CBN刀具與工件材料之間的摩擦系數(shù)小，約為0.1和0.3，其為硬質(zhì)合金刀具的1/5和1/2。

對金剛石和CBN刀具可以磨出非常鋒利的切削刃，尤其是天然金剛石刀具經(jīng)過仔細刃磨和研磨可以得到小于微米級的鈍圓半徑。

CBN與鐵族元素之間有著很大的惰性，到1300℃也不會發(fā)生顯著的化學作用；對酸堿都是穩(wěn)定的。金剛石對鐵族元素則易產(chǎn)生化學反應(yīng)，在700℃以上，金剛石在Fe元素催化作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槭鴨适в捕龋唤饎偸械腃元素，也易向鐵族工件材料方面擴散。金剛石也不受酸的浸蝕。

圖1 超硬刀具車削淬硬鋼

圖2 硬質(zhì)合盒、陶瓷刀具車削淬硬鋼

圖3 超硬刀具車削硬質(zhì)合金

三、淬火鋼的切削

用立方氮化硼復合刀片CBN-L、cBN-W及金剛石復合刀片PCD-D車削誶硬工具鋼T10A(HRC60～63)，-L、-W、-D分別代表生產(chǎn)廠家。刀具幾何參數(shù)：g₀=0°，g_0l=-20°， b_g=0.2mm，k_r=45°。．r_e=0.5mm(CBN)，4mm(PCD)。切削用量：a_p=O.1mm，f=0.05mm/r，V=84m/min。刀具磨損曲線見圖1。

再用硬質(zhì)合金YM053刀片和Si₃N₄基復合陶瓷刀片切削T10A。g₀=-8°，g_0l=-20°， b_g=0.2mm，k_r=45°。．r_e=0.5mm，a_p=O.1mm，f=0.05mm/r，V=44m/min。刀具磨損曲線見圖2。

由圖1、圖2可見，用CBN復合刀片加工淬硬鋼效果很好，用金剛石復合刀片PCD切削淬硬鋼效果甚差。硬質(zhì)合金和陶瓷刀片在較低的切削速度(V=44m/min)下切削T10A，刀具耐用度顯著低于CBN刀具。

四、硬質(zhì)合金的切削

用金剛石復合刀片P

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