硬質(zhì)合金*早于1926年由德國人研制發(fā)明，硬質(zhì)合金工具也逐漸革新為鍍附硬質(zhì)合金工具，成為80多年來(lái)*為重要的切削工具之一。PCD和PCBN也是較為重要的工具箩祥。本論文討論了超硬材料的三種新穎技術(shù)风拒，用于鑄鐵高速加工的新型PCBN等級钮药、鉆削CFRP用的金剛石鍍附硬質(zhì)合金和硬質(zhì)合金直接銑削用的BL-PCD端面銑削巢的。
鑄鐵高速銑削用CBN
? ? ? ?立方氮化硼（CBN）硬度高彻虾、導熱性能好，且不易和鐵質(zhì)材料發(fā)生反應矿渔，性能僅次于金剛石燎孟。聚晶立方氮化硼（PCBN）是利用陶瓷結合劑對CBN顆粒進(jìn)行燒結而成约啊；PCBN促成了硬化鋼加工工藝由磨削革新為切割。Sumitomo Electric Hardmetal公司生產(chǎn)出的PCBN切割工具在鐵質(zhì)材料如鑄鐵的精加工和半精加工工藝中能夠明顯提高生產(chǎn)效率，降低成本。另一方面，由于PCBN的強度高、導熱性能好而應用于鑄鐵的**高精密加工茉堰。例如奈炕，發(fā)動(dòng)機組和油泵的表面加工通常用PCBN切割工具來(lái)完成。本論文主要討論新型PCBN工具對鑄鐵的銑削。
? ? ? ?PCBN燒結體有兩種類(lèi)型：一種是將CBN顆粒粘結在結合劑上炮遭；另一種是利用少量粘結劑材料將CBN顆粒粘結在一起。前者耐磨性好，用與硬化鋼切割加工；否則CBN含量高，導熱性能好，用于鑄鐵加工完簿、耐熱合金和PM部件。BN7000就劃歸為后者稚猎。
? ? ? ?圖一為新型PCBN等級BN7000刀具遭杉。BN7000的CBN含量比其他傳統PCBN等級的刀具都要高能说，強度大、韌性好、硬度高，熱導性能好促王。圖二為BN7000的微結構圖和屬性盯窜。利用高于常用5GPa的燒結壓力，CBN含量由90 vol%增至93vol%设江。為降低粘結劑的磨粒磨損，BN7000燒結體的結合劑量降低了30%。燒結過(guò)程中CBN顆粒反應的加快改善了粘結劑的組份何杈，從而使粘結劑的結合力度比傳統結合劑要大許多绿踱。?

? ? ? ?為對比BN7000和傳統等級在耐熱裂紋性能方面的異同，實(shí)驗采用FMU4100R銑刀和SNEW1203ADTR切削刀具對兩塊鑄鐵盤(pán)（長(cháng)寬高：150*100*25mm；硬度HB200-300）進(jìn)行銑削實(shí)驗阻肩，如圖三所示：Vc=1500m/min，f=0.2mm’rev有序，ap=0.3mm，無(wú)冷卻液舆蝴。圖四為加工后的對比圖，BN7000切削刃上出現的熱裂紋明顯要比傳統等級的少，耐熱裂紋性能有明顯改善。

? ? ? ?利用新型PCBN等級BN7000對鑄鐵進(jìn)行加工，可以實(shí)現**切削志隘，保持工具較長(cháng)的使用壽命。BN7000的CBN含量高蒋病、硬度高、熱導性能好蔓挖，適宜加工難切割材料，對于降低切削成本費用和實(shí)現高精密**切削加工有重要作用棠晨。
?CFRP加工用金剛石鍍附工具
? ? ? ?適宜地將基體和增強材料結合起來(lái)從而形成可控性機械特征是復合材料的一個(gè)特色。碳纖維增強塑料（CFRP）由于其優(yōu)越的抗拉強度、比濕度顺内、抗腐蝕性而廣泛應用在工業(yè)機械如汽車(chē)丁逝、直升機、醫療器械和鐵路車(chē)輛等領(lǐng)域。此外屿竹，CFRP材料在航天領(lǐng)域是一種基礎的結構材料，可以減輕飛機機身重量從而提高燃料效率奔普，節省維護成本。

? ? ? ?在航天領(lǐng)域，和CFRP材料有關(guān)的加工都會(huì )應用金剛石鍍附工具。圖五為Sumitomo金剛石鍍附鉆，用于CFRP材料的精密鉆孔缚袒。由于軸向力沿著(zhù)纖維板疊層方面施力，鉆孔時(shí)CFRP材料容易出現分層，如圖6、7所示。隨著(zhù)切削工具磨損的加劇和碎屑粘附在切削刃上，鉆削時(shí)的抗鉆強度也逐漸增大，CFRP材料過(guò)度受熱糙豫，強度也由此降低。為解決這一問(wèn)題自畔，就不可避免地要應用到金剛石鍍附鉆。

? ? ? ?圖8為金剛石鍍附鉆的構造汉形。頂角從鉆頭的中心到邊緣有三個(gè)變化，這樣就減小了鉆頭外刃在鉆削時(shí)的軸向力揪孕，把CFRP材料分層降到了*低。螺旋角和溝槽外形設計之間得到了優(yōu)化處理，切削刃帶有三個(gè)頂角且長(cháng)度得到了縮短處理；這種設計使鉆削深孔時(shí)的溫度得到了控制谅练，不至于過(guò)高。

? ? ? ?圖9為金剛石鍍附薄膜的表面。通過(guò)改善金剛石的微結構并對鍍附預處理技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，解決了金剛石鍍附薄膜和硬質(zhì)基體很難結合在一起的問(wèn)題砸喻。圖10所示為CRFP鉆削用SDC型鉆頭。加工出的孔質(zhì)量精確、沒(méi)有分層和未切割纖維絮与。金剛石鍍覆層耐磨性好，提高了工具壽命，實(shí)現了穩定鉆削烛瘦。
?硬質(zhì)合金的直接銑削
? ? ? ?在模具制備工藝中，為提高模具的精確度竣伍，通常采用鍍附硬質(zhì)合金端面銑削來(lái)進(jìn)行直接銑削。隨著(zhù)制造商對模具硬質(zhì)要求的提高，出現了聚晶金剛石（PCD）刀具菩得、金剛石鍍附硬質(zhì)合金刀具和單晶金剛石（SCD）刀具，都可以用于硬質(zhì)材料的直接銑削亥揖。
? ? ? ?對于硬質(zhì)合金模具的直接銑削，傳統PCD刀具的硬度不足以滿(mǎn)足其要求；SCD的強度也不夠盾沫，PCD和金剛石鍍附工具的鋒利度也不夠。因此，無(wú)粘結劑納米聚晶金剛石（BL-PCD）便應運而生崭女。BL-PCD的硬度比PCD和SCD高、鋒利度要比PCD和金剛石鍍附都要好；適宜硬質(zhì)合金模具的直接銑削撑淤，特別是精加工。

? ? ? ?圖11為BL-PCD和傳統PCD的微結構刑吕。在超高溫高壓條件下记交，將納米石墨直接轉化為無(wú)粘結劑的納米金剛石。本研究合成的BL-PCD牢固地結合在一起，金剛石顆粒直徑為10納米左右匿又。
? ? ? ?圖12所示為BL-PCD的硬度對比。傳統PCD含有粘結劑Co，硬度約40-60GPa；SCD的硬度約60-120GPa恳蹲。

? ? ? ?圖13為BL-PCD球端面銑削，單切削刃、球半徑R為0.5mm；在硬質(zhì)合金柄上對BL-PCD進(jìn)行釬焊。
? ? ? ?圖14為硬質(zhì)合金直接銑削實(shí)驗的其中一項結果。該試驗的目的是研究BL-PCD端面銑削如何加工出精細表面粗糙度的老盹。工件材料為超精細顆粒硬質(zhì)合金，HRA92.5，WC顆粒尺寸為0.5μm。BL-PCD端面銑削用于精細加工筒榛；金剛石鍍附端面銑削用于粗糙、半精細加工。在該實(shí)驗中，主軸速度N=4000遂蛀，進(jìn)給速率Vf=120mm/min，切割深度ap=0.003mm，精銑總時(shí)間為150分鐘。工件表面粗糙度在凹形中心處為8nm,45°處為7nm巴粪。切削刃損傷很輕微，側面磨損僅4μm，沒(méi)有出現碎屑和嚴重損傷。

? ? ? ?圖15為直接銑削的另外一項實(shí)驗結果。該實(shí)驗目的是研究硬質(zhì)合金模具實(shí)際生產(chǎn)中**銑削工藝。工件材料為精細顆粒硬質(zhì)合金A1因宇，91.4HRA癣蔓，WC顆粒尺寸為0.7μm互婿。主軸速度為4000屋群，切割深度ap=5μm贿肩，進(jìn)給速度Vf=800mm/min司抱，精磨總時(shí)間為38分鐘溉仑。實(shí)驗結果顯示粟辛，工件獲得良好的表面整體質(zhì)量陈伪，Ra低于15nm。
5 結論
? ? ? ?本論文討論了超硬材料的三個(gè)方面卓樱，結論如下：
? ? ? ?（1）新型PCBN等級BN7000強度高、韌性好，熱導性能好，CBN含量可以從90vol %提高到93vol%。實(shí)現了鑄鐵高速銑削加工炊急，Vc=1500m/min。
? ? ? ?（2）研制出CFRP材料精細鉆孔用SDC型金剛石鍍附鉆頭。在CFRP鉆削案例中，減少了分層和未切割纖維的出現。經(jīng)優(yōu)化的金剛石薄膜結構鍍附和涂覆預處理實(shí)現了工具壽命的提高，比傳統工具改善了許多。
? ? ? ?（3）實(shí)驗利用超高壓技術(shù)研制出BL-PCD（無(wú)粘結劑納米聚晶金剛石）工具矢任，硬度和韌性都要比SCD的高，切削刃比傳統PCD工具要高。BL-PCD球端面銑削可以應用在硬質(zhì)合金模具的直接銑削中，實(shí)現較好的表面粗糙度菱砚，小于10nm闰蛔。