上篇文章，作者介绍了硬态切削的概念及其发展方向，本文，作者将结合硬态切削对刀具材料的性能要求，介绍最适合进行硬态切削的刀具：PCBN刀具

一、硬态切削对刀具材料的要求

硬态切削技术的发展，很大程度上得益于超硬刀具材料的出现与发展。

硬态切削原理形成的前提条件，就是积累足够多的、足以对工件材料形成“金属软化效应”的切削热量，因此，无论是干式切削，还是极高的切削参数，都是常规刀具材料所无法承受的。

所以硬态切削对其所使用的刀具材料有明确而特殊的要求：

1、高硬度和耐磨性

2、耐高温性以及良好的化学稳定性

3、较高的抗机械应力冲击能力

简言之就是，刀具材料必须有足够的高温耐磨性！

满足以上要求，适合于硬态切削的刀具主要有PCBN刀具、金刚石刀具、陶瓷刀具、超细硬质合金刀具及涂层硬质合金刀具等。

虽然不想说，但是还是到了避无可避的“但是”环节：

但是，由于金刚石刀具无法加工铁合金材料、陶瓷刀具硬度有余但韧性不足、硬质合金及其涂层刀具的耐磨性只能算入门级别，因此，在实际的硬态切削应用中，被使用最广泛的刀具材料是PCBN，即聚晶立方氮化硼。

二、PCBN刀具发展历史

1957年，从人造金刚石的合成方法得到启发，美国通用电器(GE)公司成功研制出硬度仅次于金刚石的新型刀具材料一立方氮化硼(Cubic Boron Nitride，简称CBN)。

尽管CBN材料性能较为稳定，但合成后的CBN单晶体尺寸相对较小，容易解离，且内部各向异性较为明显，实际应用受到一定的限制。

为解决此问题，PCBN材料应运而生。苏联是最先研制成功PCBN刀具的国家，1972年，苏联第一次向公众展示了其研制的PCBN烧结体车刀，并可以满足工业生产需求，进行批量生产。

三、PCBN材料切削性能

PCBN是由许多细小的CBN单晶体与粘结剂在高温高压环境下烧结而成。

PCBN材料的主要性能如下：

 1、极高的硬度和耐磨性

PCBN烧结体的硬度达到3000至5000HV。在切削加工耐磨材质工件时，PCBN刀具的耐磨性远远高于硬质合金刀具和陶瓷刀具，其耐磨性是硬质合金刀具的50倍，是陶瓷刀具的30倍。

 2、良好的热稳定性

PCBN具有较高的耐热性，温度达到1370℃以上时晶体才开始软化，且PCBN具有优良的红硬性，800℃时仍可以保持94HRA的硬度，相当于普通陶瓷刀具的常温硬度，即使在高达1300℃的环境中PCBN刀具仍可保证足够的硬度和强度，切削性能稳定。

3、较好的化学稳定性

PCBN晶粒化学惰性较好，高温条件下化学性能稳定，在1000℃时不会发生氧化反应，1200～1300℃时与铁不发生化学反应，且在酸碱条件下也能保持较好的稳定性。

 4、良好的导热性

PCBN的导热性虽然稍微低于金刚石，但远高于陶瓷刀具和硬质合金刀具。

在切削过程中，随着切削温度的提高，PCBN刀具材料导热性也会随之增加，使刀具切削热可以更快地散去，避免刀尖处温度过高，有利于减缓刀具磨损，延长刀具寿命，保证加工质量。

 5、较低的摩擦系数

PCBN与其它材料间的摩擦系数较小，约为0.1至0.3，相比于硬质合金的摩擦系数 (约为0.4至0.6) 要小得多，而且随着切削速度的增大，摩擦系数略有减少。较低的摩擦系数有利于减少切削力，降低切削温度及阻止刀具材料和被加工材料间的粘结，从而提高工件表面加工质量。

四、PCBN刀具使用

正是由于PCBN具有上述优点，使得PCBN刀具非常适合用于对一些难加工材料进行高速硬态干切削。

PCBN刀具适合加工的材料有：高硬度的淬硬钢材料、耐磨铸铁、耐热铁基合金和镍基合金等。被加工材料的硬度越高，越能体现出PCBN刀具的优越性。

近年来，使用PCBN刀具的行业越来越广，使用量也逐年递增。

据美国通用电气公司统计，PCBN刀具主要用于汽车工业、重型机械工业以及轴承及齿轮行业中、淬硬钢材料的精加工。

其主要用于车削加工，约占60％，其次用于镗削加工，占32.5％，用于铣削加工的PCBN刀具使用量较少，仅占7.5％。

就像没有放之四海而皆准的真理一样，PCBN刀具也并非可以包打天下！

1、太软的材料不适合

相比于使用普通刀具材料，PCBN刀具的优势在于能够加工硬度很大的工件材料，若材料硬度过低，PCBN刀具无法发挥自己高硬度和高化学稳定性的特点，也就无法体现出性价比优势。

2、避免化学磨损

使用PCBN刀具切削某些材料(如奥氏体不锈钢)时，刀具很容易发生非正常化学磨损和扩散磨损，导致刀具材料中的结合剂元素流失，刀具硬度降低，刀具寿命下降。

3、对设备要求高

由于PCBN刀具脆性较大，对机床整体刚性有较高的要求，以避免PCBN刀具因机床振动而导致刀具破损。
这也变相说明了，为何硬态切削集中应用于车削和镗削等连续加工工况，而在断续加工的铣削中应用较少，为何“硬态切削”也被称为“硬态车削”。

4、刃口钝化处理

PCBN刀具脆性大，不能承受过大的切削力，而且当其切削刃刃磨得很锋利时，其刃口总会出现微小的锯齿，在切削加工中，受主切削力的作用，容易导致切削刃上微粒脱落，形成微崩刃，严重时会导致刀具发生崩刃，从而大大降低了刀具使用寿命。

因此，为了保证PCBN刀具能正常切削加工，通常将PCBN刀具刃口处理成一定形状，从而达到增加刀刃强度的目的。
刃口处理后的切削刃状态主要有：倒圆、倒棱和复合刃。如下图所示

前两篇文章，分别介绍了硬态切削的原理和适用刀具材料，算是为后续的探索打下了基础。

随着硬态切削在高硬度材料精加工领域的应用越来越广泛，对切削工艺和刀具应用的研究也越来越多，作者将根据自身应用，陆续为大家奉上《湿切削对PCBN刀具的利与弊》、《倒棱，PCBN刀具的命门！》和《没有最好只有更好，工况与刀具和参数的匹配》等文章，希望大家关注阅读。