一前言
某些機(jī)器零件采用了難加工材料制造．其中包括一些高硬度的脆性材料。在這個(gè)加工領(lǐng)域中，超硬刀具能夠發(fā)揮很大的作用。
除天然金剛石外，人造金剛百在近年來巳得到了更為廣泛的應(yīng)用。人造金剛石是以石墨為原料，加入催化劑，經(jīng)過高溫、高壓制成單晶金剛石細(xì)粉．可用作磨料。再用金剛石細(xì)粉加入粘結(jié)劑，經(jīng)過又一次高溫、高壓工藝，從而可以制成聚晶金剛石刀片或其它制品。用類似的工藝．亦可制成以硬質(zhì)合金作為基底的金剛石復(fù)合刀片（pcd）。另一種的方法，是用化學(xué)氣相沉積（cvd）工藝，在硬質(zhì)合金或陶瓷刀片上涂覆一層金剛石薄膜（厚度約為1o?m～25?m），形成金剛石涂層刃片（簡稱cd）?；蛳瘸练e出厚度在0.4mm以上的金剛石厚膜，再焊在硬質(zhì)合金基體上，形成金剛石厚膜刀片（簡稱tfd）。cd和tfd是發(fā)展中的技術(shù)，但很有應(yīng)用前景。
以六方氯化硼（hbn）為原料，用上述相同的高溫、高壓工藝．可制成聚晶立方氮化硼（cbn）刀片或cbn復(fù)合刀片。
二、金剛石刀具與立方氮化硼刀具的性能
金剛石與cbn的晶體結(jié)構(gòu)均為面心立方，耐磨性*。人造金剛石的硬度可達(dá)hv8000～9000，cbn硬度可達(dá)hv6000～7000。兩者的密度均約為0.5g/cm3，與al203及si3n4的密度相近。
它們的導(dǎo)熱性能很好。金剛石的導(dǎo)熱素?cái)?shù)為2000w/（m·k），cbn為1300w/（m·k），分別是紫銅的5倍和3.2倍．分別是硬質(zhì)合金的40倍和25倍。
它們的線膨脹系數(shù)較小，金剛石為（o.9～1.18）×1o-6/k，cbn為（2.1～2.3）×1o-6/k，分別是硬質(zhì)合盒的1/6和1/3。
它們的彈性模量很高，金剛石為（850～900）gpa，cbn為720gpa，顯著高于硬廚合盒和陶瓷。
在切削過程中，金剛石和cbn刀具與工件材料之間的摩擦系數(shù)小，約為0.1和0.3，其為硬質(zhì)合金刀具的1/5和1/2。
對金剛石和cbn刀具可以磨出非常鋒利的切削刃，尤其是天然金剛石刀具經(jīng)過仔細(xì)刃磨和研磨可以得到小于微米級的鈍圓半徑。
cbn與鐵族元素之間有著很大的惰性，到1300℃也不會發(fā)生顯著的化學(xué)作用；對酸堿都是穩(wěn)定的。金剛石對鐵族元素則易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在700℃以上，金剛石在fe元素催化作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槭鴨适в捕?；金剛石中的c元素，也易向鐵族工件材料方面擴(kuò)散。金剛石也不受酸的浸蝕。
三、淬火鋼的切削
用立方氮化硼復(fù)合刀片cbn-l、cbn-w及金剛石復(fù)合刀片pcd-d車削誶硬工具鋼t10a（hrc60～63），-l、-w、-d分別代表生產(chǎn)廠家。刀具幾何參數(shù)：g0=0°，g0l=-20°，bg=0.2mm，kr=45°。．re=0.5mm（cbn），4mm（pcd）。切削用量：ap=o.1mm，f=0.05mm/r，v=84m/min。刀具磨損曲線見圖1。
圖1超硬刀具車削淬硬鋼
再用硬質(zhì)合金ym053刀片和si3n4基復(fù)合陶瓷刀片切削t10a。g0=-8°，g0l=-20°，bg=0.2mm，kr=45°。．re=0.5mm，ap=o.1mm，f=0.05mm/r，v=44m/min。刀具磨損曲線見圖2。
圖2硬質(zhì)合盒、陶瓷刀具車削淬硬鋼
由圖1、圖2可見，用cbn復(fù)合刀片加工淬硬鋼效果很好，用金剛石復(fù)合刀片pcd切削淬硬鋼效果甚差。硬質(zhì)合金和陶瓷刀片在較低的切削速度（v=44m/min）下切削t10a，刀具耐用度顯著低于cbn刀具。
四、硬質(zhì)合金的切削
用金剛石復(fù)合刀片pcd及cbn復(fù)合刀片車削礦用硬質(zhì)合金yg2o（hra85），刀具幾何參數(shù)同圖1。ap=0.1mm，f=0.05mm/r，v=16.4m/min。刀具磨損曲線見圖3。可見，用pcd和cbn刀片切削yg20，均取得了較好的效果，以cbn尤佳。由于yg20中含有20%的co元素，屬于鐵族，可能與金剛石刀具產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)，前導(dǎo)致pcd刀具產(chǎn)生了稍大的磨損率。
圖3超硬刀具車削硬質(zhì)合金
五、工業(yè)玻璃的切削
用pcd及cbn刀片車削工業(yè)玻璃（sio2+na2o+cao，hv40o～500）。刀具幾何參數(shù)同圖1。ap=0.1mm，f=0.05mm/r，v=38m/min。試驗(yàn)結(jié)果見圖4，切削效果均佳．而pcd。六、工程陶瓷的切削
圖4超硬刀具車削工業(yè)玻璃
用pcd、tfd及cbn三種刀片車削al2o3基復(fù)合陶瓷（hra88～89），刀具幾何參數(shù)同圖1。ap=0.1mm，f=0.05mm/r，v=38m/min。試驗(yàn)結(jié)果見圖5。由圖5可見，金尉石刀具的切削效果優(yōu)于cbn刀具。
圖5超硬刀具車削工程陶瓷
七、結(jié)論
切削高硬度的臆性材料，刀具材料必須具有很高的硬度和彈性模量，超硬材料對此非常勝任，這是機(jī)械性能的匹配。
刀具材料對于工件材料，在化學(xué)廈應(yīng)上應(yīng)呈現(xiàn)惰性，否則，刀具的磨損率高。故金剛石刀具不適合切削鐵基材料，如淬硬鋼。這是化學(xué)性能的匹配。cbn是精切淬硬鋼的*刀縣材料。
用金剛石刀具切削工業(yè)玻璃和工程陶瓷，效果也很好。