我們都知道鉆石是世界上最硬的物質(zhì)，作為切削工具也是非常理想的材料，因此，它的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。目前超硬材料刀具主要包括單晶金剛石刀具、聚晶金剛石刀具、CVD金剛石刀具、聚晶立方氮化硼刀具(PCBN)刀具等。作為超硬材料加工的理想刀具，還可取代普通刀具，實(shí)現(xiàn)高速、高效率加工，并能一次完成粗、精加工。因此，在機(jī)械加工中，如何選擇超硬材料加工刀具？

超硬料刀具完全適合于高速、高精度、自動(dòng)化加工。特別適合于成形、仿形、尺寸的精密研磨，并能顯著地提高磨削質(zhì)量，提高磨削效率，從而提高磨削質(zhì)量，從而獲得數(shù)十倍甚至幾十倍的磨削。可有效地防止工件表面灼傷、微裂、缺口、變質(zhì)層過深等缺陷，提高工作效率，降低消耗及磨削成本。本發(fā)明具有高效率、低消耗、適應(yīng)能力強(qiáng)、生產(chǎn)周期短?，F(xiàn)廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、航空、礦山、電子、玻璃工業(yè)的機(jī)械加工。

車削鋼件
超硬材料刀具可在加工淬硬鋼時(shí)用汽車代替。因?yàn)榍邢魃疃缺妊心ジ?2倍，其效率提高4倍以上，加工成本降至原來的1/5。
PCBN刀具精加工硬度大于45HRC的淬硬鋼，其切削速度一般在80~120m/min。工件高硬度時(shí)，宜取較小值，如硬度為70HRC的工件，切削速度宜選擇60~80m/min。精磨機(jī)切削深度為0.1~0.3mm，進(jìn)給量為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。如果使用PCBN刀具剛性好、刀刃鋒利、刀刃鋒利等標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)數(shù)控車床，精車表面粗糙度可以達(dá)到Ra0.3μm，尺寸精度0.01mm，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控磨床加工。
一批采用磨削工藝加工小齒輪，一班只能加工100個(gè)小齒輪，現(xiàn)采用PCBN刀具車削，切削參數(shù)為：v=60~120mm/min,f≤0.12mm/r,ap≤0.1mm，一班可加工400個(gè)小齒輪。另外，分?jǐn)偨o每一個(gè)齒輪的加工成本也降低了。
本文提出了一種經(jīng)特殊研磨的PCBN刀具，該刀具在切削深度15~20μm，進(jìn)給量0.608μm/r的情況下，加工表面光潔度可達(dá)到Rmax=0.0254μm。對(duì)普通精密數(shù)控車床進(jìn)行不銹鋼切削，可以得到Rmax=0.2微米以下的表面粗糙度。

車削鑄鐵件
用超硬料刀具加工硬質(zhì)合金刀具，只要硬度達(dá)到中度硬度(HRc45)，就能獲得很好的加工效果，非常適合在大批量生產(chǎn)線上進(jìn)行高速加工，在汽車工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。
氣缸蓋上的排氣門座，采用銅，鉬，高鉻合金鑄鐵(HRC44)，其加工方法一般有銑、車兩種工藝，多在自動(dòng)線上，與拉鉸導(dǎo)管孔一起加工，v=71.6m/min,？=26.5mm/min,ap=1.0mm，使用PCBN整體刀片加工，閥座的平均耐用度為Ra0.4μm，加工表面粗糙度≤0.05mm，錐面擺角≤0.05mm，刀具壽命高，質(zhì)量穩(wěn)定。
汽油機(jī)生產(chǎn)線上灰鐵缸缸孔精加工要求氣缸孔加工尺寸精度高，表面粗糙度小，穩(wěn)定；由于生產(chǎn)線上加工的節(jié)拍快，要求切割速度高(一般V≥500m/min)，使用壽命長(加工孔數(shù)≥1000)，并且有倒角、止口、粗精鏜孔和其它多個(gè)工位的刀片壽命應(yīng)滿足耐久性要求。利用PCBN刀具，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸孔的高速切削和高穩(wěn)定加工；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。
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,Ra≤1.6μm，加工表面粗糙度為Ra≤1.6μm,IT6精度兩次刃磨，刀具壽命>100件，可以實(shí)現(xiàn)“汽車代替磨削”。干切削，避免了切削液和砂輪塵埃對(duì)環(huán)境的污染，切屑還可以回收再利用，符合清潔生產(chǎn)要求。
灰鐵制動(dòng)器采用PCBN刀具車削，速度一般為700~2,000m/min。

車削合金件。
用PCD刀具對(duì)鋁合金輪轂進(jìn)行車削，切削速度可以達(dá)到V=500~1000m/min,？建議在0.05~0.5mm/r之間，ap的范圍應(yīng)該是0.5mm~3mm。
用PCBN刀具車削高鈷鉻鉬、耐腐蝕耐熱合金，切削速度達(dá)到160m/min，比硬質(zhì)合金刀具高8倍。
含硅含量不超過10%的鋁合金，使用硬質(zhì)合金切削刀具。而硅的含量超過10%，只能借助PCD。目前使用的高硅鋁合金硅含量都在12%以上，有的已經(jīng)超過了18%，所以車削高硅鋁合金汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞等非PCD產(chǎn)品莫屬。
車削FGH95粉末高溫合金時(shí)，還采用PCBN刀片。

車削其他材料。
密度為3.9g/cm3，硬度為HV2100~2300，抗彎強(qiáng)度300MPa,PCD刀具采用濕式切削，用于PCD刀具的濕切削，V=20~70m/min,？=0.025~0.10mm/r,ap=0.2mm；加工效率顯著提高，是金剛石砂輪研磨的3~5倍，刀具壽命可達(dá)10~30min[6]。
在電機(jī)整流子中，采用PCD刀具車削紫銅換向器，典型切削參數(shù)V=300m/min,？=0.08mm/r,ap≤0.15mm；加工表面粗糙度Ra0.1~0.2μm，刀具使用壽命>5,000件。但使用硬質(zhì)合金刀具只能加工少數(shù)零件。
應(yīng)用于銑削加工。
采用PCBN刀具銑削灰鐵，磨削速度達(dá)到1000~000m/min；采用PCD刀具銑削鋁合金切削，可達(dá)到3000~4000m/min；
采用PCD面銑刀加工鋁合金缸蓋，轉(zhuǎn)速達(dá)到4,021m/min，進(jìn)給速度為5670mm/min，比國內(nèi)20世紀(jì)90年代初引進(jìn)的新產(chǎn)品多一倍。
利用CBN面銑刀加工灰鐵缸體，銑削速度達(dá)到2,000m/min，比硬質(zhì)合金銑刀提高10倍。
PCD型內(nèi)排液面銑刀用于玻璃加工，其直徑為10mm、12mm、16mm、20mm等多種規(guī)格，廣泛用于玻璃深加工。
利用X53K立式銑床對(duì)Cr12MoV(HRc59~61)、45鋼(HRc50~53)材料進(jìn)行PCBN立銑刀銑削加工，為此類刀具的實(shí)際應(yīng)用提供了有用的參考數(shù)據(jù)。
PCD刀具在石墨銑削加工過程中具有良好的耐磨性，許多專家已經(jīng)使用了瑞士MikronNidau高速切削機(jī)床進(jìn)行PCD銑刀。加工20個(gè)牙刷電極，一次裝夾刀，形狀誤差不超過0.01mm的要求。PCBN刀具硬銑淋浴噴嘴柄鋼模，精密度高，銑削后僅需少量手工打磨。

適用于鏜削加工。
我國已有許多的發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠采用PCBN刀具對(duì)某公司的缸缸V套進(jìn)行精加工，如某公司采用PCD刀具精鏜硅鋁合金活塞銷孔(V=160m/min,？=0.08~0.10mm/r,ap=0.05mm。)，耐用性高達(dá)42,500件，比硬質(zhì)合金刀片高90倍；加工表面粗糙度的Ra值由原來的1.12降至0.15；每班可減少30min的裝調(diào)刀等輔助時(shí)間，比硬質(zhì)合金刀具降低約85%。
PCBN刀具耐磨性比硬質(zhì)合金刀具高50倍，比硬質(zhì)合金涂層刀具高數(shù)倍，比陶瓷刀具高25倍，是加工非金屬材料的唯一高效刀具。最大切割速度可達(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)的缸體(內(nèi)徑20毫米，長40毫米)，加上冷卻液，切削速度0.5m/s，切削深度0.12mm，一次夾刀可加工8個(gè)零件。
在Si7~8.6%、Cu1~2%、Mg0.25%~0.6%、Si7~Si7~8.6%的PCD刀具中，Mn值0.5%~0.8%；拉伸強(qiáng)度>230MPa，硬度110~130HB。伸長率>1%)制冷壓縮機(jī)連桿高速干鉆，切削速度140~180m/min，結(jié)果表明：Ra0.02~0.32微米的精確度為5~7級(jí)。

應(yīng)用于拉拔加工。
利用復(fù)合漸開線、跳齒孔、超硬料拉刀加工工件孔、其優(yōu)點(diǎn)是：(1)能可靠地保證工件孔內(nèi)各形狀表面之間的同軸度，因此可在以后的加工工序中統(tǒng)一使用小徑圓面作為定位基準(zhǔn)，極大地方便了定位機(jī)軸位及檢查心軸的制作，并且可靠地保證了各加工面的定位精度；(2)由于采用了合理的滑齒排布方式和花鍵刃開側(cè)間隙的刀齒結(jié)構(gòu)。該拉刀加工質(zhì)量好，而且制作方便，其生產(chǎn)成本與普通的復(fù)合漸開線拉刀基本相同。

適用于鉸孔加工。
PCBN型電鍍式鉸刀在淬硬鋼和硬鑄件小孔的鉸刀上起著重要作用。這種鉸刀采用45鋼或9CrSi鋼，硬度為42HRc，并有前后導(dǎo)引和切割部件。它的底座制作精度高，設(shè)計(jì)要合理，前導(dǎo)引段直徑要小于切削刃部分直徑0.04mm，切削區(qū)長度要大于工件孔，后導(dǎo)向長度要大于切削區(qū)長度，直徑應(yīng)比切削刃部分小0.02mm。要用切削液來沖洗切屑，對(duì)加工面進(jìn)行冷卻和潤滑，基體上開有兩個(gè)較深的螺旋槽。
例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，表面粗糙度Ra0.2μm。用一組五把電鍍CBN鉸刀加工，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
在汽缸體內(nèi)，采用PCD、PCBN電鍍鉸刀取代珩磨等方法取代珩磨，使加工效率大大提高，而且質(zhì)量穩(wěn)定。
由于減重、多功能化的要求，現(xiàn)代汽車變速器越來越多地使用壓鑄鋁合金，在其上設(shè)有許多階梯形成形孔，這些孔對(duì)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。為了適應(yīng)高效率、高精度孔徑加工的需要，日本公司研制了PCD成形階梯鉸刀。選擇優(yōu)質(zhì)PCD刀片材料，采用高精度成形磨削工藝，保證切削刃形，并取得良好一致的尺寸精度及表面粗糙度，使各刃口在不同的加工負(fù)荷下均有良好的切削性能。本發(fā)明能達(dá)到滿意的加工質(zhì)量，消除了粘刀病，延長了刀具使用壽命，使加工成本減半。

應(yīng)用于鉆削加工。
PCD鉆頭用于玻璃、工程陶瓷、石材的加工，已經(jīng)很普遍。很多玻璃深加工企業(yè)和玻璃商店都用PCD鉆頭在玻璃和鏡面上打洞。目前市面上的鉆石鉆頭直徑為3~130毫米。玻璃鉆有鑲嵌鉆石和樹脂鉆石兩種。采用PCD鉆頭對(duì)工程陶瓷、石材進(jìn)行加工，效率高，加工質(zhì)量好。
鉆石電解鉆可使各種難加工導(dǎo)電材料(大多數(shù)是燒結(jié)硬質(zhì)合金)的圓柱孔(通孔和盲孔)、錐孔和特殊孔。一臺(tái)機(jī)床可以使用同一種刀具，不需要調(diào)整刀具和毛坯。
PCD刀具的壽命通常是硬質(zhì)合金刀具的10~500倍。PCBN刀具耐用性是硬質(zhì)合金刀具的10~100倍[9]。金屬刀具在加工某些工件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)崩口、起皮、毛刺、燙傷等缺陷，用超硬材料加工不僅可以消除這些缺陷，而且速度快、效率高、綜合成本低。

上述有關(guān)超硬質(zhì)材料加工刀具的有關(guān)內(nèi)容，每種材料都有不同的特點(diǎn)，在使用中應(yīng)根據(jù)所加工材料的特點(diǎn)，乃至加工工藝條件，選擇合理的加工方法。所以選擇時(shí)一定要研究清楚，才能保證它的加工質(zhì)量。