魯浩遠 何慧芬 吳旭陽

摘 要：針對目前聚晶立方氮化硼刀具磨損所帶來的負面影響，文章從實踐角度入手，分析了聚晶立方氮化硼刀具使用的磨損現(xiàn)狀，并提出了壽命提升方法。結果表明，需與加工工件實際情況，來對提升使用壽命方法進行選擇控制。

關鍵詞：聚晶立方氮化硼;刀具磨損;使用壽命

0引言：

聚晶立方氮化硼刀具生產(chǎn)加工的效果，需通過涂層刀具技術與調(diào)整刀具切削參數(shù)來進行控制。此前，應對PCBN刀具的磨損現(xiàn)狀進行分析，即在掌握磨損產(chǎn)生原因與作用機理情況下，使壽命提升控制工作開展起到事半功倍效果。這樣一來，聚晶立方氮化硼刀具所處的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，就能以可持續(xù)狀態(tài)服務于所處行業(yè)，進而推動現(xiàn)代化建設的全面發(fā)展。

1研究聚晶立方氮化硼刀具磨損與壽命的現(xiàn)實意義

聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride，PCBN），之后簡稱PCBN，是在20世紀80年代被研發(fā)出來的一種超硬刀具材料。其作為硬度僅次于金剛石的刀具，與黑色金屬親和力較小，能夠在特定切削條件下實現(xiàn)精車代磨目標。實際應用過程，刀具不可避免會出現(xiàn)磨損問題，經(jīng)分析統(tǒng)計，PCBN刀具磨損多集中在兩種形式，即前、后刀面磨損。這兩種磨損是在年節(jié)磨損、機械磨損以及擴散磨損共同作用下形成，增加了壽命控制難度。由于PCBN刀具的使用成本較高，如壽命無法保障，將大幅提升生產(chǎn)建設的造價成本。而且刀具磨損也會降低加工工件的精度與表面質(zhì)量，嚴重的甚至會使工件報廢，只能通過重新加工來補救。為改善這一現(xiàn)狀，進而提高生產(chǎn)建設的經(jīng)濟性與整體效益。相關人員應對PCBN刀具使用現(xiàn)狀進行分析，以找出提升刀具使用壽命方法[1]。

2聚晶立方氮化硼刀具的使用磨損現(xiàn)狀

2.1前刀面磨損

發(fā)生于PCBN刀具切削開始階段的磨損，其作用形式是月牙洼磨損，由機械與擴散磨損共同作用造成。究其原因，PCBN刀具是由黏結相與CBN燒結成的，開始階段主要受機械磨損影響，體現(xiàn)為擦傷與輕微劃痕。作用機理為：工件切削時，刀具黏結相會先被磨掉，繼而暴露CBN晶粒。具體磨損位置的判斷，因切削工件過程刀具前刀面倒棱區(qū)以及高溫狀態(tài)切屑接觸的，所以，刀具與工件元素活躍度上升，使工件接觸區(qū)域切屑接觸區(qū)元素擴散，造成擴散磨損形成。月牙洼磨損多發(fā)生在PCBN刀具前刀面倒棱上。長此以往，隨著CBN顆粒剝落，刀具月牙洼磨損深度就會增加。對于前刀面的微崩刃與微裂紋問題，是切削過程壓應力較大造成的[2]。

2.2后刀面磨損

后刀面磨損與前刀面不同，其是在切削工件一段時間后出現(xiàn)，具體磨損形式為溝槽磨損。研究人員利用PCBN刀具切削淬硬鋼過程中，發(fā)現(xiàn)因機械磨損才導致了溝槽磨損現(xiàn)象發(fā)生。究其原因，工件存在硬質(zhì)顆粒，其會在加工過程因壓力而弱化PCBN刀具黏結劑使CBN顆粒暴露出來。當CBN顆粒被磨損剝落就會出現(xiàn)溝槽磨損。此外，經(jīng)對高速銑削灰鑄鐵加工過程情況進行觀察，發(fā)現(xiàn)后刀面與工件接觸邊界除了受高溫影響，還受到較大壓力作用。這種情況，就導致接觸區(qū)出現(xiàn)熱應力裂紋與應力集中現(xiàn)象，進而導致PCBN刀具后刀面形成構造磨損。

3提升聚晶立方氮化硼刀具壽命方法

3.1涂層

由于涂層刀具技術運用水平的不斷提升，其不僅能夠使刀具具備耐磨性與耐高溫性能，還能控制刀具與工件接觸摩擦因數(shù)。當阻斷切削區(qū)熱量作用于刀具后，除了能夠規(guī)避切削工件因硬化層加工帶來的局部磨損，還能大幅提升PCBN刀具使用壽命[3]?，F(xiàn)階段，涂層方法多采用物理氣相沉積法（PVD），其能夠?qū)⒕哂刑厥庑阅艿奈⒘Ｗ饔糜谛阅苄Ч桓叩哪阁w上，以提升其性能。研究人員認為不同的PVD涂層所具備的刀具磨損機制不同，即AlCrN涂層，因自身的抗氧化性能搶，能夠作用前后刀面磨損量的控制;TiALN涂層，因機械性能好，可作用于PCBN刀具耐磨性的控制。

3.2切削參數(shù)

優(yōu)化切削參數(shù)是提升PCBN刀具使用壽命、降低生產(chǎn)成本與強化生產(chǎn)效率的有效方法。實際優(yōu)化控制過程，應采用正交實驗來實現(xiàn)預期目標。某研究單位以利用PCBN刀具加工GCr15鋼過程為例，經(jīng)正交實驗設計、方差分析以及信噪比確定了切削刀具硬度、速度以及進給量來降低給刀具壽命帶來的影響。具體來說，就是將主軸轉速確定為580r/min;進給量為0.06mm/r。同時，還確定了刀具切削速度、進給量以及硬度對刀具壽命的影響百分比，分別為42.88%、24.22%、32.44%。結果表明，運用上述刀具切削參數(shù)后，成功提升了其使用壽命，為生產(chǎn)效率提供了保障[4]。

值得注意的是，在優(yōu)化刀具切削參數(shù)過程中，相關人員還可采用遺傳算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法，來提高切削用量確定的最佳效果，進而使目標函數(shù)達到預期。但實際應用階段，這兩種算法并未實現(xiàn)在PCBN刀具中的優(yōu)化運用。為此，研究人員可結合其他刀具的參數(shù)算法經(jīng)驗，來對PCBN刀具的參數(shù)優(yōu)化計算過程提供依據(jù)。

由此可見，目前刀具使用切削參數(shù)計算缺乏針對PCBN刀具的方法，還要加大進一步的科研力度，以強化工業(yè)生產(chǎn)建設的設備運行效率[5]。

4結束語

綜上所述，聚晶立方氮化硼刀具前、后刀面磨損的控制，應結合加工工件情況選擇相應的涂層材料與切削參數(shù)。如，采用物理氣相沉積法（PVD），其能夠?qū)⒕哂刑厥庑阅艿奈⒘Ｗ饔糜谛阅苄Ч桓叩哪阁w上，以提升PCBN刀具的使用性能;經(jīng)正交實驗設計、方差分析以及信噪比確定了切削刀具硬度、速度以及進給量來降低給刀具壽命帶來的影響。事實證明，只有這樣，才能將最具適用性的刀具切削速度、硬度以及進給量作用于生產(chǎn)加工過程，進而提升生產(chǎn)建設效率，滿足行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展需求。故，業(yè)內(nèi)人員應將上述分析內(nèi)容與科研結果更多地作用于聚晶立方氮化硼刀具的生產(chǎn)使用過程，以使其作用效果充分發(fā)揮出來，進而提高工業(yè)化生產(chǎn)建設的可持續(xù)發(fā)展水平。

參考文獻：

[1]王丹，萬軍.不同材料和刀尖圓弧半徑刀具加工TC4鈦合金的表面質(zhì)量及刀具磨損行為[J].機械工程材料，2019，43（04）：64-68.

[2]湯志年.刀具的磨損和使用壽命[J].南方農(nóng)機，2018，49（24）：65.

[3]劉思志，安立寶.聚晶立方氮化硼刀具磨損與壽命研究綜述[J].機床與液壓，2016，44（19）：168-173-191.

[4]李劍，馬堯，梁力行.放電等離子燒結聚晶立方氮化硼刀具的性能[J].機械工程材料，2019，43（01）：8-12.

[5]張松鋒，周小東，謝輝.高鎳鉻鑄鋼軋輥加工用聚晶立方氮化硼刀片的制備與性能[J].機械工程材料，2017，41（12）：41-44-93.

作者簡介：

第一作者，魯浩遠（1989-），男，河南省許昌市人，民 族：漢 職稱：無，學歷：碩士研究生。研究方向：超硬刀具材料。單位：河南黃河旋風股份有限公司，河南 許昌 郵編：461500。

第二作者，何慧芬（1989-），女，河南省商丘市人，民 族：漢 職稱：無 學歷：碩士研究生。研究方向：主要從事超硬材料金剛石和立方氮化硼材料及制品的開發(fā)研究。單位：河南黃河旋風股份有限公司，河南省許昌市長葛市，郵編461500。

第三作者：吳旭陽（1988-2），男，河南省漯河市人，民 族：漢 職稱：無，學歷：碩士研究生。研究方向：超硬材料合成及性能研究。單位：河南黃河旋風股份有限公司，河南 許昌 郵編：461500。