汽车工业对金刚石CBN工具技术进步市场拓展起到了巨大推动作用，并且今后仍将金刚石CBN工具主要应用领域。本文讨论了汽车工业发展趋势、当今金刚石CBN工具技术及其现代生产线上应用。本文还对这种预期将应用于未来生产流程先进加工技术作了概略介绍，并预测了金刚石CBN工具今后发展，这种发展对于满足汽车技术未来趋势必不可少。

　　过去8年来（1997年－2004年），全球汽车总产量增长了约14％。北美、欧洲日本汽车产量增长很小，而亚洲其他地区，增长却非常显著。目前最大汽车生产国包括美国、日本、德国其他西欧国家以及国。所谓“金砖四国”（巴西、俄罗斯、印度国）汽车产量正显著增长，这些国家营销方针将成为今后几年增长战略关键因素。

　　如今，汽车制造商基本战略开发与应用可适应目前汽车发展趋势（如环境友好型、节能型汽车，安全性、信息通讯全球化等）各种先进技术。图2所示为汽车技术各种发展趋势以及源于新生产要求加工需求。为了满足新生产要求，需要采用高效、灵活对环境友好制造技术。总来说，要求这些加工技术应能实现高速度、高效率高精度。考虑到成本因素市场基础，目前主流汽车动力系统（由发动机传动箱组成）可以预见未来预计仍将保持其核心技术地位。混合动力汽车将发动机与电动机配合使用，但电动机应用使其成本始终居高不下。可削减混合动力汽车高成本技术进步将决定此类汽车普及率一个关键因素。完全由电动机提供动力汽车（如燃料电池汽车）也面临许多问题，其包括汽车系统复杂性、缺乏必需市场基础以及高成本等等。现阶段，推出这些汽车仍将主要基于试验性质，其目积累所需要技术。总之，对这些汽车产品加工需求包括加工新形状、新材料超精加工，这些加工技术传统发动机传动箱加工未曾使用过。

　　金刚石CBN工具汽车工业技术现状

　　众所周知，汽车工业工具制造商最重要市场。从近年来（1997年－2005年）日本汽车工具年产值变化情况可知，工具总产值变化与汽车总产值变化具有较好相关性。2005年与1997年相比，汽车总产值增长了约13％，而工具总产值增长了约13.6％。从工具种类来看，硬质合金工具产值增长率居首，其次金刚石CBN工具。与之相比，专用工具磨轮产值却有所下降。与硬质合金工具相比，金刚石CBN工具应用范围较窄可能其增长率较低原因之一。这也表明，拓展金刚石CBN工具应用范围扩大其需求一个关键因素。

　　同一时期（1997年－2005年），从日本金刚石CBN工具年产值变化情况可知，2005年与1997年相比，金刚石CBN工具总产值仅有微量增长。其，CBN工具产值增长率最大，约为70％；金刚石刀具次之；接下来金刚石磨轮。这几种类型工具与汽车制造直接相关。将这些数据与以前数据一起考虑，可以看出，虽然金刚石CBN工具应用范围较窄，但它正不断拓展。我们还能看到，节块式工具、切削刀具其他工具产值急剧下降，这或许反映出建筑公共工程领域需求正不断减少，而这些领域以前金刚石工具主要用户。可以预期，至少日本，今后数年金刚石CBN工具汽车行业工业机械行业（以电动机械类似产品为代表）市场将不断扩大。

　　对汽车零部件加工要求总结显示了为满足产品生产要求所需要加工方法。与这些加工方法相关工具需求包括这样一些特性，如高硬度、耐热性、长工具寿命、切削刃锋利性良好热传导性。而金刚石CBN工具正好能够提供这些高水平加工性能。

　　生产系统已从1970年代机床流水线发展到2010年代能够生产不同品种不同数量产品柔性加工线。生产系统这种发展进程，某些具有划时代意义技术进步与刀具磨具有关。如果没有金刚石CBN工具，这些加工技术将不可能实现。换句话说，这些年来，许多新加工技术都与金刚石CBN工具进步一起开发实施。

　　金刚石CBN工具生产线上应用

　　金刚石CBN工具汽车动力系统零部件加工主要用途：金刚石刀具用于加工铝合金零件（如气缸盖气缸体），主要用途镗孔表面精加工（如端面加工）。而钻削粗切加工主要还用硬质合金刀具来完成。CBN刀具用于加工铸铁钢件（如曲轴凸轮轴）。金刚石工具用于切削速度相对较慢加工操作（如珩磨表面精加工）。近年来，硬车削应用也不断增多。需要指出一点，将金刚石CBN工具应用于难以期望获得较高加工效率加工场合，例如加工淬硬材料用于高速加工。一般来说，与传统硬质合金刀具或白刚玉磨轮相比，金刚石CBN工具可将切削速度提高2～10倍。由于加工效率与切削速度成正比，因此工件材料能以尽可能高切削速度进行加工情况下，使用金刚石CBN工具可以获得显著经济效益。

　　现将金刚石CBN工具生产线上典型应用说明如下。例如，金刚石CBN工具用于加工气缸体气缸盖。金刚石CBN刀具除了用于传统表面精加工镗削加工以外，最近已经开始用于钻削铰削加工。能够承受比常规加工条件更为恶劣加工条件金刚石CBN工具正不断被开发出来。

　　用单晶金刚石刀片高精密切削铝合金工件应用实例表明，与聚晶金刚石（PCD）刀片相比，单晶金刚石刀片切削刃更锋利，硬度也更高，可改善所获得最终表面粗糙度，并能延长刀具寿命。虽然单晶金刚石刀片成本约为PCD刀片3倍，但通过充分发挥单晶金刚石刀具性能优势，仍然能够获得非常不错经济效益。

　　用CBN刀片金刚石珩磨块进行缸孔精加工时，对缸孔精镗珩磨加工被集成一台机床上进行，以提高加工精度加工效率。镗孔加工采用PCBN刀具，珩磨加工采用单晶金刚石珩磨块。两种加工都使用水溶性冷却液。

　　用陶瓷结合剂CBN磨轮进行高速磨削加工时，目前采用磨削速度为50－200m/sec。由于采用了更高磨削速度因而提高了加工效率，高速磨削曲轴柔性加工（包括轴销轴颈组合磨削）发挥了重要作用。虽然高速磨削提高加工效率一种有效方式，但该工艺目前仍未获得广泛应用。高速磨削面临最大问题确立可达到令人满意可靠性成本水平工艺技术。

　　不同磨轮速度下，磨削效率与切向磨削力之间关系为：切向磨削力随着磨削效率水平提高而增大，且其增大速率取决于磨轮速度。法向磨削力也显示出相同变化趋势。换句话说，当磨轮速度较高时，磨削力增大速率较小。我们将这一特性应用于生产线上，以200m/s磨轮速度实施超高速凸轮磨削加工。如果能提高用于高速磨削磨轮性能，就有可能进一步拓展其应用范围。

　　金刚石CBN工具加工技术最新研究课题

　　用单晶金刚石（SCD）刮削刀片高效精密车削铝合金所获得试验结果表明，表面粗糙度分别为刀具刀尖圆弧半径进给率函数。当刀尖圆弧半径大于10mm时，可获得小于Ra0.1μm表面粗糙度；0.4mm/rev高进给率下，使用具有大刀尖圆弧半径刀具，可获得Ra0.1μm表面粗糙度。这些试验结果表明，该工艺能将表面粗糙度提高一个数量级，同时可以达到与常规加工方法相同高加工效率。

　　用CBN刀片进行精密硬车削获得试验结果表明，表面粗糙度进给率函数。该试验，通过研磨刀具切削刃，可获得Ra0.03μm表面粗糙度。用该技术加工一个环形无级变速器（CVT）圆盘应用实例表明，用硬车削可替代传统磨削加工，然后用超精磨削对圆盘进行最终精加工。

　　车齿加工用CBN刀具断续切削淬硬钢获得试验结果表明，车齿加工，具有倾斜切削刃刀具朝着工件沿切向进给。切削速度为300m/min常规加工，刀具切削加工开始后不久就发生破损。与之相比，采用CBN刀具车齿加工，按切削长度计算刀具寿命达到了约15km。这一结果表明，该车齿工艺能够实现淬硬钢高效断续切削。

　　下面介绍对超高速磨削一些研究成果。一些典型磨削加工方法磨削效率与表面粗糙度关系表明，采用传统磨削工艺时，磨削效率往往会随着表面粗糙度减小而降低。因此，我们采用了磨轮截顶修形作为改善表面粗糙度一种方式。并且，我们还发明了高速磨削超高速磨削新概念，作为进一步提高磨削效率方法。以这种方式，我们努力达到了类镜面表面磨削效果，同时实现了过去难以获得更高水平磨削效率。

　　第一个应用实例使用陶瓷结合剂CBN磨轮以超高磨轮工件速度进行超高速磨削加工。磨轮速度为240m/s周边磨削，以加工表面粗糙度作为进给率函数。比较一般工件速度（40m/min）高工件速度（520m/min）下表面粗糙度值，结果表明，520m/min高工件速度下，即使进给率（即加工效率）提高4倍以上，表面粗糙度实际上并无变化，截面显微照片上也并未观测到白蚀层。换句话说，这些结果表明，通过同时提高磨轮速度工件速度，能够实现高效加工。

　　第二个应用实例使用陶瓷结合剂CBN磨轮进行类镜面表面高效磨削。以加工表面粗糙度作为修整速度之比函数。采用0.1mm/rev大修整导程时，表面粗糙度值随着修整速度之比增大而增大。反之，采用0.01mm/rev小修整导程时，表面粗糙度也并未显著恶化。显微照片显示了当修整导程设定为0.01mm/rev、修整速度之比分别为0.20.8时加工变质层。修整速度之比为0.2时，可以观察到白蚀层回火层；而当修整速度之比为0.8时，这些变质层非常小，几乎难以识别。通过应用这种磨削技术，预计可实现曲轴及其他零件类镜面表面磨削，同时可获得与常规磨削方法相同加工效率。

　　金刚石CBN工具未来展望

　　汽车工业与加工技术相关发展战略两个主要基础全球化新产品与新技术开发。这两个基础将随着母技术（如机床技术、工具技术及其他技术）进步而不断发展。为了不久将来保持竞争力，企业将需要能适应不断发展全球化加工技术。为了实现未来增长，企业必须开发生产新产品加工技术，并拥有全球范围实施这些技术各种资源。为了拓展金刚石CBN工具市场，需要有与这种技术进步相关联发展战略。

　　有一个问题：全球市场扩展空间有多大？对今后一些年全球汽车保有量预测估计，2020年汽车保有量将比目前水平高出约1.3倍。欧洲、北美、日本及其他成熟汽车市场，汽车普及率已经超过每二人一辆汽车。而目前全球汽车普及率约为每十人一辆汽车。这一数据表明，未来一些年，全球汽车市场仍将继续增长。换句话说，需要制定一种金刚石CBN工具加工技术发展战略，以应对这种全球范围汽车需求增长。

　　预测金刚石CBN工具未来发展时，让我们将考虑问题视角从数量增长转换为应用范围拓展。与汽车动力系统主要零部件材料变化相关金刚石CBN工具预测表明，今后铝、锰其他轻质合金以及钛合金、烧结合金及其他高强度合金将越来越多地用作动力系统零部件材料。因此，能够加工这些材料金刚石工具预期将有非常大增长。

　　对未来汽车技术发展预测表明，汽车技术将从目前汽油柴油发动机逐渐演变为电动机辅助、混合动力，然后进一步发展为燃料电池组。因此将需要开发与这种变化相关金刚石CBN工具加工新技术。

　　根据预测，汽车制造商短期增长长期增长都将继续看好。笔者认为，可以预期，通过紧跟汽车技术发展趋势，拓展加工应用范围，金刚石CBN工具加工技术也将获得进一步发展。笔者描绘了汽车行业某些发展趋势，并从汽车制造商观点介绍了相关金刚石CBN工具加工技术。希望汽车行业与金刚石CBN工具行业今后继续携手合作、共同发展。