超硬材料刀具目前主要有單晶金剛石刀具、聚晶金剛石（pcd）刀具、化學(xué)氣相沉積（cvd）的金剛石刀具、聚晶立方氮化硼（pcbn）刀具等。它不僅是加工高硬度材料的理想刀具，而且用超硬材料刀具替代普通刀具進(jìn)行切削，可以實(shí)現(xiàn)鑄、鍛毛坯件的高速、加工和一次性完成粗、精加工。超硬材料刀具是*適用于高速、精密和自動化加工的，尤其是在以車代磨、以銑代磨方面，它適用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削，并使磨削質(zhì)量顯著提高、磨削效率得到數(shù)倍乃至數(shù)十倍的提高。它不但能防止工件表面燒傷、微裂紋、缺口、變質(zhì)層過深等缺陷，而且能提高工效、降低消耗和磨削成本。它具有、低耗、適應(yīng)性強(qiáng)、制造周期短等優(yōu)點(diǎn)，目前已在汽車、摩托車、航空、礦山、電子、玻璃等行業(yè)機(jī)械加工中得到廣泛應(yīng)用。在車削加工中的的應(yīng)用
1、車削鋼件
加工淬硬鋼時，超硬材料刀具能以車代磨。由于切削的深度比磨削高十幾倍，可提率4倍以上，加工成本下降到原來的1/5。
用pcbn刀具精車硬度高于45hrc的淬硬鋼，切削速度一般為80-120m/min。高硬度工件切削速度宜取低值，如硬度為70hrc的工件，切削速度宜選60-80m/min。精車的切削深度在0.1-0.3mm，進(jìn)給量在0.05-0.025mm/r，加工表面粗糙度為ra0.3-0.6μm,尺寸精度可達(dá)0.013mm。若采用剛性好的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控車床，且pcbn刀具的剛性好、刃口鋒利，則精車表面粗糙度可達(dá)ra0.3μm，尺寸精度0.01mm，可達(dá)到數(shù)控磨床加工的水平。 將經(jīng)過特殊磨削的pcbn刀具用于超精密車床上，在切削深度為15-20µm、進(jìn)給量為0.608µm/r轉(zhuǎn)的條件下，切削加工表面光潔度可達(dá)rmax=0.0254µm。在一般精密數(shù)控車床上切削不銹鋼，可獲得rmax=0.2µm以內(nèi)的表面粗糙度。如用pcbn刀具加工滲碳淬火的20crmnti汽車變速箱同步器套撥叉（hrc58-62），切削速度v=150mm/min，進(jìn)給量ƒ=0.1mm/r，ap=0.2-0.3mm，刀具切削行程達(dá)到9.58km。以車代磨后，效率提高4倍以上，加工成本降低為原來磨削工藝的1/3-1/2。荷蘭hembrug公司在mikroturncnc系列超精車床上采用pcbn刀具精車淬硬en21軸承鋼（hrc62），美國國家標(biāo)準(zhǔn)工藝研究院y.kevinchou和chrisj.evans采用sumitomobn系列pcbn刀具加工aisim50鋼（hrc62-64），英國debeers工業(yè)金剛石公司m.a.fleming在deltaturn40車床上采用amboritedbn45刀具車削en31軸承鋼等，都實(shí)現(xiàn)了納米切削。
2、車削鑄鐵件
加工硬鑄鐵時，只要硬度達(dá)到中等硬度水平（hrc45），采用超硬材料刀具就會取得良好的加工效果，非常適合于大批量生產(chǎn)線上高速加工，在汽車行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
發(fā)動機(jī)缸蓋上的排氣閥座，采用銅、鉬高鉻合金鑄鐵（hrc44）材料，其加工方法一般有銑、車兩種工藝，大多在自動線上與拉鉸導(dǎo)管孔一道加工，v=71.6m/min，ƒ=26.5mm/min，ap=1.0mm，采用pcbn整體刀片加工，平均耐用度為1,200個閥座，加工表面粗糙度ra0.4μm，錐面擺差≤0.05mm，刀具壽命高，質(zhì)量穩(wěn)定。
在汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線上，灰鑄鐵缸體的缸孔精加工要求缸孔加工尺寸精度高、表面粗糙度小、穩(wěn)定性好。由于生產(chǎn)線加工節(jié)拍快，要求切削速度高（通常v≥500m/min），刀具壽命長（加工孔數(shù)≥1000），且倒角、止口、粗精鏜等多個工位的刀片壽命均應(yīng)滿足耐用度要求。采用pcbn刀具即可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)缸孔的高速切削及高穩(wěn)定性加工，其典型切削參數(shù)為：v=500m/min、f=0.2～0.4mm/r、ap=0.2-0.7mm，加工表面粗糙度ra≤1.6µm，刀具壽命>1,000件。
采用pcbn刀具加工含硼鑄鐵缸套，切削參數(shù)：v=200m/min、f=0.1mm/r、ap=0.2～1mm，加工表面粗糙度ra≤1.6µm，精度it6，兩次刃磨之間，刀具壽命>100件，可實(shí)現(xiàn)“以車代磨”。由于采用干式切削，避免了切削液及砂輪灰塵對環(huán)境的污染。切屑也可回收再利用，符合清潔化生產(chǎn)要求。
用pcbn刀具車削灰鑄鐵剎車盤，切削速度一般700-2,000m/min，如上海通用汽車公司采用seco刀具公司pcbn300型刀片，切削速度可以達(dá)到2，000m/min。
3、車削合金工件
采用pcd刀具車削鋁合金輪轂，切削速度可為v=500-1000m/min，ƒ推薦0.05-0.5mm/r，ap一般為0.5mm-3mm。pcbn刀具車削高鈷鉻鉬耐蝕耐熱合金，切削速度達(dá)160m/min，是硬質(zhì)合金刀具的8倍。
一般含硅量低于10%的鋁合金，用硬質(zhì)合金切削工具即可，但含硅量超過10%就只能借助pcd。當(dāng)前采用的高硅鋁合金含硅量均在12%以上，有些已超過18%，因此，車削高硅鋁合金汽車發(fā)動機(jī)活塞等非pcd莫屬。
車削粉末高溫合金fgh95也使用pcbn刀片。
4、車削其它材料
氧化鋁陶瓷密度3.9g/cm3，硬度hv2100-2300，抗彎強(qiáng)度300mpa，抗壓強(qiáng)度300mpa，用pcd刀具采用濕式切削，v=20-70m/min，ƒ=0.025-0.10mm/r，ap=0.2mm，加工效率明顯提高，是金剛石砂輪磨削的3-5倍，刀具壽命可達(dá)10-30min。
用pcd刀具車削電動機(jī)整流子的紫銅換向器，典型切削參數(shù)為：v=300m/min，ƒ=0.08mm/r，ap≤0.15mm。加工表面粗糙度ra0.1-0.2µm，刀具壽命>5,000件。而采用硬質(zhì)合金刀具只能加工幾件。
在銑削加工中的的應(yīng)用
用pcbn刀具銑削灰鑄鐵，切削速度達(dá)1,000-2,000m/min。用pcd刀具銑削鋁合金，速度可達(dá)3，000-4，000m/min。
加工鋁合金缸蓋的pcd面銑刀，銑削速度已達(dá)4，021m/min，進(jìn)給速度5，670mm/min，效率是我國20世紀(jì)90年代初引進(jìn)生產(chǎn)線的兩倍。
精加工灰鑄鐵缸體的cbn面銑刀，銑削速度達(dá)2，000m/min，是硬質(zhì)合金面銑刀的10倍。
銑削玻璃的pcd螺旋內(nèi)排液面銑刀，直徑有10mm、12mm、16mm、20mm多種規(guī)格，在玻璃深加工中得到廣泛應(yīng)用。
在x53k立式銑床上，用pcbn立銑刀銑削cr12mov（hrc59-61）和45鋼（hrc50-53）材料的研究，為該類刀具的實(shí)際應(yīng)用提供了有益的參考數(shù)據(jù)。
pcd刀具在銑削石墨時有很高的耐磨性，很多專家已將pcd銑刀用在瑞士mikronnidau高速切削銑床上。一次裝夾刀具加工20件牙刷電極，仍可達(dá)到形位公差小于0.01mm的要求。pcbn刀具硬銑淋浴器噴嘴柄鋼模，精度高，銑削后只需略作手工拋光即可。
在鏜削加工中的的應(yīng)用
目前國內(nèi)已有較多發(fā)動機(jī)制造廠用pcbn刀具對氣缸缸v套精加工，如上海大眾和一汽集團(tuán)的發(fā)動機(jī)廠，缸孔精鏜均采用pcbn刀片，且可自動補(bǔ)償（v=500m/min，ƒ=0.2mm/r，ap=0.1mm）。刀具壽命長，加工精度高、尺寸穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高。
一汽公司用pcd刀具精鏜硅鋁合金活塞銷孔（v＝160m/min，ƒ＝0.08～0.10mm/r，ap＝0.05mm。），耐用度達(dá)42，500件，是硬質(zhì)合金刀具的90倍；加工表面粗糙度ra值由原來的1.12降為0.15；每班可減少裝調(diào)刀具等輔助時間30min，成本比硬質(zhì)合金刀具下降約85％。
pcbn刀具耐磨性比硬質(zhì)合金刀具高50倍，比涂層的硬質(zhì)合金刀具高數(shù)倍，比陶瓷刀具高25倍，是加工非金屬材料*的刀具。zui高切削速度達(dá)7，000m/min；效率顯著提高。
cvd刀具用于鏜削鎢硬質(zhì)合金（含25%co）的汽缸（內(nèi)徑20mm、長40mm），加冷卻液,切削速度0.5m/s、切削深度0.12mm，一次裝夾刀具可加工8個零件[10]。
用pcd刀具對鑄造硅鋁合金sae327（si7-8.6%，cu1-2%，mg0.25%-0.6%，mn0.5%-0.8%；抗拉強(qiáng)度>230mpa，硬度110-130hb，延伸率>1%）制冷壓縮機(jī)連桿進(jìn)行高速干式鏜削孔,切削速度140-180m/min,ra0.02-0.32µm，精度可達(dá)5-7級。。
在拉削加工中的的應(yīng)用
用復(fù)合式漸開線跳齒內(nèi)孔超硬材料拉刀加工工件孔，優(yōu)點(diǎn)為：（1）由于能夠可靠保證工件內(nèi)孔各形面間的同軸度，因而可以后續(xù)加工工序中統(tǒng)一用小徑圓面作為定位基準(zhǔn)，大大方便了后序定位心軸和檢驗心軸的制作，并可靠保證所有加工表面的位置精度；（2）由于采用了合理的跳齒排布方式和花鍵刃開側(cè)隙的刀齒結(jié)構(gòu)，保證了拉刀的制造質(zhì)量，且制造方便，成本幾乎和普通復(fù)合式漸開線拉刀相同。
在鉸削加工中的的應(yīng)用
pcbn電鍍鉸刀在淬硬鋼或硬鑄件小孔的鉸削加工中已發(fā)揮作用。此類鉸刀以硬度為42hrc的45鋼或9crsi鋼作基體，具有前后導(dǎo)向和切削部分。其基體制造精度要高，設(shè)計要合理，前導(dǎo)向部分直徑要比切削刃部分直徑小0.04mm，切削區(qū)長度要大于工件孔深；后導(dǎo)向長度要大于切削區(qū)長度，直徑應(yīng)比切削刃部直徑小0.02mm。為了在鉸削中用切削液沖洗切屑、冷卻潤滑加工表面，基體上開有兩條較深的螺旋槽。
如某廠加工淬火鋼工件孔φ12.06±0.05mm，硬度45hrc，底孔尺寸φ12±0.01mm，要求孔圓柱度0.005mm，表面粗糙度ra0.2μm。采用一組五把電鍍cbn鉸刀加工，取得較好經(jīng)濟(jì)效果。
有的發(fā)動機(jī)制造廠用pcd或pcbn電鍍鉸刀對氣缸體的主軸承孔進(jìn)行珩鉸，代替珩磨，加工效率提高了數(shù)倍，且質(zhì)量穩(wěn)定。
現(xiàn)代汽車變速箱因減輕重量和多功能化的要求，越來越多地采用壓鑄鋁合金來制造，其上設(shè)置有許多階梯狀的成型孔，這些孔對表面粗糙度、圓度、圓柱度、同心度、無毛刺等質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。為滿足、高精度加工成型孔的需要，日本公司開發(fā)了一種pcd成型階梯鉸刀。選用pcd刀片材料，用高精度成形磨削技術(shù)來保證切削刃形狀，獲得優(yōu)良一致的尺寸精度和表面粗糙度，使所有切削刃在不同加工負(fù)荷下具有優(yōu)良的切削性能。該刀具可獲得滿意的加工質(zhì)量，消除了粘刀弊病，延長了刀具壽命，加工成本可降低一半。
在鉆削加工中的的應(yīng)用
用pcd鉆頭來加工玻璃、工程陶瓷和石材，已屢見不鮮。許多玻璃深加工企業(yè)和玻璃店大都使用pcd鉆頭來鉆削玻璃和鏡子的孔。市場上金剛石鉆頭的直徑從3～130mm。玻璃鉆頭有鑲嵌金剛石的，也有樹脂金剛石的。用pcd鉆頭來加工工程陶瓷和石材，效率高，加工質(zhì)量好。
金剛石電解鉆削可用來成形各種難加工導(dǎo)電材料（大多為燒結(jié)硬質(zhì)合金）上的圓柱孔（通孔和盲孔）、圓錐孔和特形孔?？稍谝慌_機(jī)床上用同一工具進(jìn)行加工，無需重調(diào)工具和毛坯。
zui值得一提的是在z5125立式鉆床上用釬焊金剛石套料鉆鉆削“凱芙拉復(fù)合材料-特種陶瓷-鋁合金”復(fù)合層板通孔。該材料是近幾年出現(xiàn)的一種新型輕質(zhì)復(fù)合材料，既具有凱芙拉復(fù)合材料的高強(qiáng)度、高斷裂韌性、高吸能緩沖防護(hù)能力，又具有陶瓷的高硬度、高模量、高抗壓、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良性能,同時兼具鋁板的防銹、防滲透、高韌性等優(yōu)點(diǎn)。用釬焊金剛石套料鉆，連續(xù)鉆削10個孔，切削部位無明顯變化。
結(jié)語
pcd刀具使用壽命一般高于硬質(zhì)合金刀具10-500倍。pcbn刀具耐用度為硬質(zhì)合金刀具的10-100倍。傳統(tǒng)的金屬刀具在加工某些工件時存在崩口、起層、毛刺、燒傷等缺陷，而采用超硬材料刀具加工不僅可消除上述缺陷，而且高速、綜合成本低。隨著國家綜合實(shí)力的增強(qiáng)，國家對大飛機(jī)、神舟系列飛船、交通能源等重大項目的投入和與之相適應(yīng)的裝備制造業(yè)制造、加工技術(shù)的不斷完善，制造超硬材料刀具的技術(shù)水平將會大幅度提高，新品種將不斷涌現(xiàn)，超硬材料刀具將朝系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、高品質(zhì)、多元化方向發(fā)展，各生產(chǎn)企業(yè)將形成自己的產(chǎn)品特色和市場定位。超硬材料刀具的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃谄囍圃?、計算機(jī)與微電子元件、光電子元件、通訊器材、家電制造行業(yè)、新型陶瓷加工、礦物鉆探與開采、航空航天等產(chǎn)業(yè)獲得更多的拓展。