PCBN刀片制造新工艺

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将聚晶立方氮化硼（PCBN）刀尖焊接到硬质合金刀体上制成的PCBN刀片能高效切削各种硬质材料（如铸铁和淬硬钢）。但是，生产这种可转位刀片需要用电火花或激光加工设备将精密磨制的PCBN毛坯加工成刀尖，并在硬质合金刀坯上磨制出容纳PCBN刀尖的凹槽（或购买已预先磨制和加工出凹槽的现成刀坯），然后将刀尖钎焊到凹槽中，而这需要昂贵的钎焊设备、加热炉和技术娴熟的操作人员。

为了以更高效的方式生产PCBN刀片，总部位于美国休斯敦、长期为石油天然气行业提供各种金刚石制品的IDS刀具公司（IDS Cutting Tools）开发出一种刀片制造新工艺（正在申请专利）。据该公司产品经理Jackson Briggs介绍，这种刀片制备方法是先在模具中将PCBN刀尖压制成型，然后利用热缩效应将其固定在粉末冶金（P/M）钢制刀片体中（类似于用热装夹头夹持刀具的方式）。该公司将这种PCBN刀片半成品销售给刀具制造商和零件制造商，由他们对刀片进行后续刃磨精加工。此后，还可以对刀片进行PVD或CVD涂层（也可不涂层），并在刀片上涂油防锈。

PCBN刀片制造新工艺

图1  制备PCBN刀片半成品时，将P/M钢粉和结合剂倒入至少包含一个PCBN刀尖的模具中，直至将模具填满，压实后送入炉中烧结固化

PCBN刀片制造新工艺

图2  制备出的PCBN刀片半成品

Briggs说，“按每刃成本计算，这种刀片制备工艺可使刀具制造商的生产成本节省50％左右，而且无需投资购买钎焊设备。”他补充说，正如一家大型汽车零部件制造商所证实的那样，这种PCBN刀片的切削性能可与常规钎焊刀片相媲美，其刀具寿命也不相上下。

IDS刀具公司产品开发工程师Steve Webb博士解释说，PCBN刀尖压制成型后，为了提高其韧性和抗弯强度，该公司要对刀尖的顶部和底部进行磨削加工。不过，为了提高PCBN刀尖与P/M钢刀体之间的粘附性，对所有刀尖的侧面都不进行磨削加工。他表示，“高效就是只对需要加工的部位进行加工，只在需要高硬度的部位使用超硬材料。”

Webb补充说，“我们将PCBN刀尖埋入P/M钢粉中，并将钢粉压实，然后送入烧结炉中进行加热。随着钢粉中的结合剂被烧蚀，钢在刀尖周围热缩并固化，然后就可将烧结好的刀片从炉中取出。”

P/M低碳钢粉固化后的硬度可达HRB70，而PCBN刀尖的硬度保持不变。IDS公司可提供3种刀片牌号：①LF牌号的CBN含量为50％，晶粒尺寸为2m，主要用于淬硬钢的粗加工和精加工；②HC牌号的CBN含量为85％，晶粒尺寸为8m，主要用于铸铁的粗加工和半精加工；③HF牌号的CBN含量为90％，晶粒尺寸为2m，主要用于铸铁的精加工。

IDS公司可提供标准范围的刀尖和刀片形状。由于整个刀片的制造过程都是围绕模具进行的，因此该工艺可生产从常规形状到特殊形状的任何刀片。Briggs表示，“只要该刀片能烧结成型，我们就可以生产。”从理论上讲，甚至可以制造具有16个切削刃、既可用于切削加工也可用于格斗作战的“忍者飞镖”。

Webb指出，虽然IDS公司最初的目标是PCBN刀片市场，但它现在也在开发聚晶金刚石（PCD）刀片的半成品原型。此外，该工艺还适用于任何具有足够耐热性和抗弯、抗拉强度的刀尖材料，其中包括大部分陶瓷、金属陶瓷和硬质合金材料。