在时代以及社会飞速发展的大背景下，现代切削技术正在朝着高效率、高速度以及高精度的方向迈进，在此进程中，切削技术对刀具性能的要求也呈现出日益增多的趋势。聚晶立方氮化硼（PCBN）作为人工合成的新型刀具材料，具有很高的硬度耐磨性、较好的导热性、优良的热稳定性以及较低的摩擦系数，一经问世，就受到了众多的青睐和追捧。 
　　随着我国乘用车市场的不断扩大，制动盘的产量也不断增加，2012年OEM配套产量保守估计在5000万片，加上出口及国内售后的数量会超过1亿片/每年。因此，应用先进的切削刀片来提高制动盘的加工效率并降低单件的加工成本具有非常可观的经济价值。PCBN（聚晶立方氮化硼）是硬度仅次于金刚石的超硬材料，PCBN刀具常用来加工淬火钢等高硬度难加工材料，在加工铁系金属方面具有不可替代的优越性和作用，不仅可以促使企业的生产效率得到更大程度上的提升，而且在为企业节约了更多成本的前提下，为PCBN刀具在我国市场中拓展更加开阔的发展平台和空间打下坚实而有力的基础。我公司从2005年开始引入PCBN刀片到铸铁制动盘的加工中，能够达到陶瓷刀片切削速度的2倍，切削寿命是陶瓷刀片的3～4倍。在使用中也发现了许多影响PCBN刀片寿命的因素。 
　　1 正确的切削速度 
　　在PCBN刀片引入初期，我们做了一系列的切削试验来确定合适的切削速度。如图1所示，基于HT250灰铸铁制动盘车削，切削线速度低于400m/min时，刀片寿命急剧降低，因此应用PCBN刀片可接受的最低线速度在400m/min 左右。考虑到陶瓷刀片的切削速度基本也可以达到400m/min ～500m/min，PCBN刀片的切削速度应在1000 m/min 以上比较经济。 
　　图1 PCBN刀具寿命与切削速度的关系 
　　当然这么高的切削速度受到机床功率、机床刚性、夹具动平衡等因素的影响，所以在制动盘加工工艺开发的初期要考虑高速切削对机床和夹具的要求。除此之外，还要注意的是，影响PCBN刀片性能的主要因素包括CBN的含量对其硬度和耐磨性的影响、CBN的晶粒尺寸对其抗破损性的影响等，在更大的程度上解决和克服困难，提高PCBN刀具的应用的实效性。 
　　2 铁素体含量 
　　在我们使用PCBN刀片过程中，发现加工某些批次的毛坯时刀具寿命特别低，呈现非常明显的后刀面磨损。如图2 
　　图2 PCBN刀片后刀面磨损 
　　通过金相检验和化学成分分析发现，该批次毛坯铁素体含量在15%左右，超出了铁素体含量低于10%的规范要求。这是因为在构成铁素体的α-Fe中，N的扩散系数为1.80×10-6cm2/s，甚至大于C在α-Fe中的扩散系数（1.14×10-6cm2/s）。N是PCBN材料中的主要元素之一，因此PCBN刀片加工铁素体含量较高的工件时便容易发生扩散磨损。在制定制动盘的材料规范时最好要求铁素体含量低于5%，以利于使用PCBN刀片达到高速切削的目的。当然，还要结合制定盘的使用要求以及结构特点，有效地把握PCBN刀具的工艺特征和要求，增设专用设备、流水作业以及专用工装等工作轨迹，从而减少投入产出时间，以更小的生产成本实现最大化的利益。 
　　3 硫元素的含量 
　　硫在灰铸铁中与Mn结合形成硫化物MnS ，MnS能够附着在PCBN刀片切削刃表面形成一层保护层，进而提高PCBN刀片的寿命，研究表明硫的含量大于0.1%对PCBN比较理想。从铸造工艺上分析，Mn是阻碍共析转变过程石墨析出的元素，它促进珠光体的生成。当铁液中硫低时Mn易产生负偏析，导致晶界碳化物形成，甚至出现富锰硬化相，使加工性能恶化。硫低时（<0.05%）铁液共晶成核难，长大难，难以形成规范要求的A型石墨，而硫太高时（>0.16%）会阻碍石墨生长。基于以上分析，既能提高PCBN刀片寿命，又有利于石墨形成的硫含量应该在0.1%～0.16%之间。 
　　4 时效处理 
　　制动盘毛坯的时效处理通常都采取自然时效15天的方式，用以消除铸件内部应力和改善切削性能。时效对于PCBN刀片的寿命也有很大的影响，在时效时间10天以内刀具寿命和时效时间呈线性关系（如图3）。 
　　图3 刀具寿命和时效时间的关系 
　　因此，在应用PCBN刀片切削制动盘时，必须要求将毛坯放置10天以上再进行加工。 
　　如果能够注意以上制约因素，利用PCBN刀片将会极大的提高加工效率和降低单件成本。 
冒���������积又受到工装限制，且冒口增大降低工艺出品率，因此该处边冒口结构选择不当，应选用顶冒口。将原来的四个暗边冒口改为四个暗顶冒口，附图1，用此冒口工艺浇注结果，冒口根部无缩松，但考虑到批量生产，此处放顶冒口须增加四块砂芯，同时增加切割工时，而且暗顶冒口压在加工面上，增加清理难度，为此 ，根据顺序凝固原则分析是否能采用补贴的方法，将缩松引到补贴内。根据此处铸件结构，这一想法是可行的，这样即容易加工，且避开了不加工面。浇注结果得到了满意的效果。 
　　由金相分析判断该件出现的裂纹为热裂纹，热裂产生原因很大程度上与钢的性质、铸件结构、铸件收缩受到铸型或砂芯的阻碍有关。铸件此处虽加铸筋和外冷铁仍不能消除裂纹，而且此处还存在凸起变形，因此我们认为，后桥壳内腔出现热裂及变形，很可能是砂芯退让性不良引起，另外，现场观察，发现工人在制芯时，退让孔留的有大、有小，甚至不留。退让孔大的铸件没有裂纹，退让孔小的，甚至不留退让孔的铸件出现裂纹，因此采用退让性好的砂芯，严格执行制芯工艺，是获得无裂纹铸件的关键。因此在改进方案中采用退让性能好的桐油砂制芯，并严格控制制芯工艺，留有一定大的退让孔，保证退让孔处砂芯吃砂量不超过35mm。 
　　针对个别铸件在下箱（Φ310～Φ424）平面上有裂纹的现象，采用在下箱Φ310处增设一环形裂筋的方法解决。 
　　工艺改进后，得到的铸件表面质量完好，无缩凹，缩孔、裂纹等铸造缺陷。到目前为止，共生产了有500多件，完整铸件经加工无任何缺陷，经水压试验无渗漏现象。同时。工艺改进后，每件节约钢水40公斤，工艺出品率75%，较原工艺提高了15%，经济效益显著提高。 
　　6 结论 
　　手工砂型铸造方法可以用于试生产中以确定合理的铸造工艺，节约成本。理论设计的砂芯、冒口等工艺措施需要根据实际生产情况不断更改。根据生产结果及产生的缺陷合理的改进工艺措施，获得成熟的工艺措施。相对于其他铸造方法，手工砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，所以可以用于产品试生产中，以确定成熟合理的铸造工艺。