聚精金刚石刀具性能
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。
一：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。
国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国的 beers公司、美国ge公司、日本住友电工株式会社等。国内从事pcd刀具研发、生产的有上海舒伯哈特、郑州新亚、河南大阳，南京蓝帜、深圳润祥、成都工具研究所等几十家单位。目前，pcd刀具的加工范围已从传统的金属切削加工扩展到石材加工、木材加工、金属基复合材料、玻璃、工程陶瓷等材料的加工。
二：pcd刀具的制造过程
主要包括两个阶段：①pcd复合片的制造：pcd复合片是由天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂（其中含钴、镍等金属）按一定比例在高温（1000～2000℃）、高压（5～10万个大气压）下烧结而成
②pcd刀片的加工：pcd刀片的加工主要包括复合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步骤。
焊接温度的控制十分重要，如焊接温度过低，则焊接强度不够；如焊接温度过高，pcd容易石墨化，并可能导致“过烧”，影响pcd复合片与硬质合金基体的结合。在实际加工过程中，可根据保温时间和pcd变红的深浅程度来控制焊接温度（一般应低于700℃）。国外的高频焊接多采用自动焊接工艺，焊接效率高、质量好，可实现连续生产；国内则多采用手工焊接，生产效率较低，质量也不够理想。
三：pcd粒度的选择
他的选择与刀具加工条件有关，如设计用于精加工或超精加工的刀具时，应选用强度高、韧性好、抗冲击性能好、细晶粒的pcd。粗晶粒pcd刀具则可用于一般的粗加工。
四：后角大小的影响
后刀面对加工质量有明显影响，较小的后角、较高的后刀面质量对于提高pcd刀具的加工质量可起到重要作用。
pcd复合片与刀杆的连接方式包括机械夹固、焊接、可转位等多种方式
五：金刚石pcd刀具的加工对象：
金刚石“pcd”刀片专业用于铜、铝、铝合金、硬质合金等有色金属以及非金属高硬度耐磨材料（如工程塑料）的精加工。具有使用寿命长、生产效率高、加工表面光洁度高、加工精度高等特点。比硬质合金及天然金刚石刀具加工效率高而成本低，广泛应用于汽车、柴油机、摩托车、航天航空、家电、仪器精密机械等行业。
立方氮化硼的性质以及切削参数
立方氮化硼（cbn）是上世纪70年代初发明的一种新型刀具材料，国外应用相当普及，特别适用于切削难加工材料，效果不错，我国还处于起步阶段，在汽车、轴承、工具等领域的应用刚刚开始，随着世界制造技术向中国内地转移，数控技术和微电子技术的飞快发展，高效率、高质量、高精度切削加工日趋成熟，对cbn刀具需求量大幅提升，认识和了解cbn并应用于实践是大势所趋。
1 立方氮化硼刀具的主要性能特点
1.1 很高的硬度和耐磨性
cbn晶体结构与金刚石相似，同属面心立方晶系，不仅晶格常数相近，且晶体中化学键的类型也相同，因此具有与金刚石相近的硬度。cbn微粉的显微硬度为8000～9000hv，聚晶立方氮化硼（pcbn）烧结体的硬度达到3000～5000hv。在切削耐磨材料时其耐磨性为硬质合金刀具的50倍，为涂层硬质合金刀具的30倍，为陶瓷刀具的25倍。pcbn特别适用于以前只能磨加工的高硬度材料，能获得较好的表面粗糙度，实现“以车代磨”。从而可以消除“磨退火”弊病，并简化工艺，大幅度节约工时，增加经济效益。
1.2 较高的热稳定性
cbn的耐热性达到1400～1500℃，比金刚石的耐热性（700～800℃）几乎高1倍。cbn在1370℃以上由立方晶体变为六方晶体而开始软化。pcbn在800℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的室温硬度。因此pcbn刀具可用比硬质合金刀具高3～5倍的速度切削高温合金和淬硬钢。
1.3 优良的化学稳定性
cbn是化学惰性特别大的物质，在中性的、还原性的气体介质中，对酸和碱都是稳定的，在大气和水蒸气中，900℃以下无任何反应，且稳定。与铁系材料到1200～1300℃时也不发生化学作用，与碳在2000℃时才起反应。实践证明，cbn与各种材料的粘接和扩散作用比硬质合金小得多。cbn具有很高的抗氧化能力，在1000℃时也不会产生氧化现象。因此，pcbn刀具很适合切削淬火过的零件和冷硬铸铁。
但是，cbn在1000℃以上会与水起化学反应，因此湿切削时要选择好切削液，最好使用干切削。
1.4 良好的热导性
cbn的热导性虽然赶不上金刚石，但是在各类刀具材料中pcbn的热导性仅次于金刚石，大大高于高速钢和硬质合金。热导率高可使刀尖温度下降快，减少刀具的磨损，有利于加工精度的提高。
1.5 较低的摩擦系数
cbn与不同材料间的摩擦系数约为0.1～0.3，比硬质合金的摩擦系数（0.4～0.6）小得多。随着切削温度的提高，摩擦系数减少。低的摩擦系数可使切削力减少，切削温度降低，被加工表面质量提高。
cbn刀具有很多优点，但也有软肋，如脆性大，强度及韧性较差，我们要扬长避短，充分发挥其效能。
2 立方氮化硼刀具在切削加工中的应用实例
2.1 高速、高精度加工模具用cbn立铣刀
近年来，加工中心机床的高速化极大地促进了模具加工的高速化。早期，高速钢立铣刀是模具加工的主流刀具，当机床主轴超过1万转后，涂层硬质合金立铣刀成为主流加工刀具；如今，主轴最高转数达4～6万转的加工中心机床开始普及使用，cbn立铣刀就成为模具加工的主流刀具了。
日本佳友电工超硬材料公司与不二越工具公司首次合作，开发了转速超过2万转/min的高速铣削的cbn球头立铣刀，刀具直径φ0.4～20mm，共10种规格。该铣刀的使用寿命是同规格硬质合金球头的立铣刀的4倍以上，价格为2.43～2.55万日元。2006年两个公司的刀具销售额高达1亿日元。今后随着模具高效加工的需求不断增加以及每分钟2～2.5万转高性能高速机床的普及使用，对cbn刀具需求量会快速增加[1]。
2.2 用pcbn刀片精车淬硬钢
采用pcbn刀片精车硬度高于45hrc的淬硬钢工件，可取得很好的加工效果。精车时的切削速度一般为80～120m/min，若工件的硬度较高时宜取低值；如车削硬度为70hrc的工件（如粉末高速钢）时其车削速度一般取60～80m/min。精车时选择切深为0.10～0.30mm，进给量为0.05～0.025mm/r，精车后的表面粗糙度可达ra0.3～0.6μm，尺寸精度可达0.013mm。由于pcbn刀具的刚性好且刀口锋利，若能在刚性好的标准数控车床或车削加工中心上使用，则精车后工件表面的粗糙度可达ra0.3μm以下，尺寸精度可达0.01mm，达到数控磨床的加工水平。
精车时一般不用冷却液，因为在较高的切削速度下，大量的切削热被切屑带走。精车刀片宜选用强度和韧性高的80°菱形刀片，刀尖半径为0.8～1.2mm，为保护刀具刀口，提高刀具耐用度，使用前应用细油石倒棱。
2.3 用pcbn刀具加工铸铁
在现代切削加工中，灰铸铁由于其内部结构的特性原因，一直是切削加工中的难题。如果切削刀具选用不当，切削工艺不正确，不但切削费用高，原材料浪费大，且生产效率低，产品质量差。针对这种情况，美国通用电气公司（ge）经过多次实验和应用实践，证明pcbn刀具是加工灰铸铁的理想刀具[2]。
采用pcbn刀具车削灰铸铁时，许多可变因素如切削参数、刀具几何形状、机床性能及工件材料都会影响车削加工的效果。以下仅举车削参数为例。
pcbn车刀在加工灰铸铁时，其切削用量的正确选择是加工中非常重要的一环，实践证明，其切削速度选择在600～1200m/min范围内，进给量应在1.52～10.16mm之间，吃刀量（doc）应在0.12～2.54mm区间。如果偏离这个范围加工，则会出现刀具使用寿命缩短，加工精度降低和表面质量差等问题。在切削速度、进给量和切刀量三个因素中，切削速度是最主要的因素。ge公司的经验表明，按照推荐的参数进行车削时，刀具的磨损量是随着切削速度的增加而降低，也就是说切削速度的快慢直接影响刀具的磨损程度。
为了解决pcbn刀具在切削中的磨损问题，ge公司在试验中发现，刀具的氧化磨损与切削时间和切削温度有关，只有将切削温度和切屑接触区降至最低程度，才能消除或降低刀具氧化磨损问题。
2.4 用pcbn刀具精密切削gcr15淬硬钢
按照传统工艺，精磨往往是淬硬轴承钢常用机械加工方法，随着数控机床等加工设备精度的提高及pcbn刀具的成功应用，以车代磨完成精加工已成为加工淬硬轴承钢的新途径。
由于pcbn刀具材料脆性大，因此使用前一般都要进行倒圆（r200～400μm）和倒棱处理。在切削过程中，由于切削深度和进给量均很小，大钝圆和负倒棱实际上成为刀具主要参与切削的部分。
用pcbn刀具连续切削淬硬轴承钢时，常用切削速度为90～200m/min，进给量为0.05～0.20mm/r，切削深度为0.10～0.50mm，所需的切削功率并不大，但刀具所承受的冲击力却是普通切削的3倍以上[3]，单位切削力高达5000mpa。
2.5 机夹pcbn可转位刀片面铣刀端铣加工cr12mov钢模具
cr12mov钢模具经淬火回火后硬度为60～62hrc，机夹pcbn可转位刀片端面铣刀切削参数为：主轴转速110m/min，进给量0.40mm/r，铣深0.2～0.3mm，铣削表面粗糙度ra0.4～0.8μm，实现了以铣代磨，工效提高5倍以上。
2.6 cbn铰刀铰削淬硬钢
在经调质的刀体上镶cbn刀刃的铰刀，用这种铰刀在c620-3车床上加工硬度为60～63hrc的gcr15钢环和硬度为62～64hrc m2钢轴套上铰孔，在转速30～130m/min，进给量0.07～0.20mm/r，铰深0.1～0.4mm时，都能获得满意的效果，且没有振动和切削刃严重磨损的情况，表面粗糙度可达ra0.2μm。