1．引言
在汽车缸套、轧辊、矿山配件制造业中，耐磨铸铁、硬铸钢件的加工长期以来面临着以下问题：硬质合金刀片只能承受较低的切削速度，无法加工58HRC以上的铸件；陶瓷刀片在粗车中能够承受10米左右的切削速度，但遇到夹渣、沙眼或在渣浆泵叶轮的加工中，常常出现刀片碎裂现象；陶瓷刀片的抗冲击韧性不具备承受硬铸件的粗加工要求，不能胜任硬度65HRC以上的高Gr铸件的加工。以聚晶氮化硼（CBN）为材料制造的超硬刀具，是实现铸铁和硬钢件（45HRC以上）高效率、高质量加工的首选刀具，但在实际生产中，由于CBN刀具多采用铜或银焊料焊接，其焊接部位的耐热性能及强度都无法满足大切深（＞5mm）、重切削或断续切削的要求，无法在这些行业推广使用。
2．高韧性聚晶氮化硼刀具材料的研制
以CBN微晶为主要材料，加入结合剂混合均匀，通过模具压制成所需要的形状，然后烧结，这是制备无硬质合金基底的纯聚晶氮化硼的必要步骤。
在实际研制中，结合剂的选用至关重要：①结合剂应有较高的热稳定性，因为在刀片使用过程中温度达600℃以上；②结合剂与氮或硼元素应有强烈的化学亲合性；③在高温状态下，结合剂与被加工工件中的合金元素不应产生化学亲合；④聚晶氮化硼用于加工不同的金属材料时，如耐磨铸铁与淬火钢，其结合剂的含量对切削效果影响很大，因此，制造结合剂含量高的CBN聚晶时，结合剂应具有较高的硬度与韧性。
在研制聚晶氮化硼的过程中，选用微晶氮化物、硼化物、碳化物陶瓷为结合剂，如：TiC、AlN、TiN或Al2O3等。这类结合剂具备耐高温、高耐磨的性能，目前市场上的陶瓷刀片大多采用这类材料作为基本原料。
微晶CBN加入结合剂之后，应与结合剂混合均匀之后方能使用。聚晶CBN的制备是在超高压、高温条件下完成的——也只有在这样的条件下，才能实现：①CBN微晶之间二次聚合，形成聚晶CBN骨架；②结合剂自身之间及结合剂与CBN之间进行烧结。
研制聚晶CBN刀片时采用的条件是：压力6～6.5GPa，温度1500℃～1600℃，烧结时间1～2分钟。针对高Gr铸铁材料粗精车加工用的聚晶CBN刀片，结合剂含量在20%以下，商品名称为BN-S。
3．BN-S刀片的使用推广
首先制备12.7×12.7×4.8mm规格的方形刀片，用于渣浆泵护套、护板、叶轮的加工，并针对加工过程中出现的问题，总结了一些切削参数和使用经验。
(1)刀片参数：刀尖圆弧R1.0～1.2mm，负倒棱10～150°×0.1～0.2mm，负倒棱角度及宽度对切削效果的影响十分明显；
(2)切削参数：切削负前角6°～80°，这也是刀片在刀杆上装夹之后形成的角度。相比较而言，陶瓷刀片在类似的加工条件下却采用15～200°的负前角。以下是BN-S刀片在加工55HRC以上高Gr铸铁时，实际选用的加工参数：
粗加工参数：v＝65～90m/min，f＝0.12～0.18mm/rev，ap＝5～10mm；
精加工参数：v＝80～120m/min，f＝0.2～0.3mm/rev，ap≤5mm。
被加工材料硬度较高、或机床刚性较差、或断续切削较严重时，在以上的切削参数范围内，选用较低的加工参数能够延长刀片寿命。
（3）切削现象：BN－S刀片加工高Gr铸铁时，新刀片开始使用时切屑呈崩碎屑，10～15分钟之后，刀刃有微量磨损，开始出现切屑拉长现象，同时，切屑的颜色由金黄色变成浅蓝色或深蓝色，刀片加工工件的过程由纯粹的切削转为切削与挤削共存，这与陶瓷刀片加工这类工件时纯挤削现象不同。采用BN－S刀片加工时，声音清脆，没有陶瓷刀片加工时的刺耳噪声。
（4）对刀杆的要求：BN－S刀片在高速切削（干切）时，切削刃或整个刀片呈火红色，刀杆的温度快速升高，而工件的温度上升得较慢。加工完毕，对比使用陶瓷刀片的情况，使用BN－S刀片的工件温度低而刀杆温度高。实际使用中，如果对刀杆没有采取强制冷却措施，粗车连续加工25～35分钟之后，刀杆会出现高温软化现象，应该及时停止加工，更换刀杆。以下是采用BN－S刀片加工渣浆泵护套的实例：刀片规格：SNMN120412；
刀杆尺寸：长×宽×高＝150×30×35（mm）；
所用机床：2.5米立车；
被加工材料及其硬度：A31（含Gr高于25%）,HRC68～70；
加工条件：铸件粗车，加工层深浅不一，而且含夹渣、沙眼等铸造缺陷；
切削参数：v＝90m/min，f＝0.15mm/rev，ap≤10mm；
结果：用时7分钟完成加工，刀片用50倍放大镜观察，刀刃仅有微小磨损，无崩刃。
4．结语
通过BN－S刀片在专业高Gr合金轧辊生产企业及专业渣浆泵生产企业的使用情况，可以得出以下结论：①可将切削速度大为提高，实现真正的高速切削；②针对高硬度高耐磨材料的断续切削、重力加工时，刀片无碎裂现象，适合断续加工；③干切无污染，切削无噪音，实现了环保生产；④与陶瓷刀片相比，使用寿命更长，加工效率更高，因而加工成本更低，市场应用前景较为广阔。
