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,化學氣相沉積（CVD）的金剛石刀具,聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具等[1]。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行切削，可以實現鑄、鍛毛坯件的高速、高效加工和/或一次性完成粗、精加工。超硬材料刀具是完全適用于高速、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，并使磨削質量顯著提高、磨削效率得到數倍乃至數十倍的提高。它不但能防止工件表面燒傷、微裂紋、缺口、變質層過深等缺陷，而且能提高工效、降低消耗和磨削成本。它具有高效、低耗、適應性強、制造周期短等優點。目前已在汽車、摩托車、航空、礦山、電子、玻璃等行業機械加工中得到廣泛應用。
　　1.在機械加工中的的應用
　　1.1 在車削加工中的的應用
　　1.1.1 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，可提高效率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的淬硬鋼效果最好,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0.013mm。若采用剛性好的標準數控車床,且PCBN刀具的剛性好、刃口鋒利，則精車表面粗糙度可達Ra0.3μm，尺寸精度0.01mm，可達到數控磨床加工的水平。
　　某廠原采用磨削工藝加工小齒輪，一班僅能加工100個；現采用PCBN刀具車削，切削參數采用：v=60～120mm/min，f≤0.12mm/r，ap≤0.1mm，一班能加工400個小齒輪。此外，分攤到每個齒輪的加工成本也有所下降。
　　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，進給量ƒ=0.1mm/r，ap=0.2～0.3mm，刀具切削行程達到9.58km[2]。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Mikroturn CNC系列超精車床上采用PCBN刀具精車淬硬EN21軸承鋼(HRC62)、美國國家標準工藝研究院Y.Kevin Chou和Chris J.Evans采用Sumitomo BN系列PCBN刀具加工AISI M50鋼(HRC62～64)、英國DeBeers工業金剛石公司M.A.Fleming在Delta Turn40 車床上采用AMBORITE DBN45刀具車削EN31軸承鋼等，都實現了納米切削。
　　超硬材料刀具加工鋼件的例子還有使用長城機床廠的CK7820數控車床加工重型汽車變速器中的二軸的20CrMnTiHA3多檔花鍵沉割槽（HRc58～63）、使用1A616機床加工礦山機械的45號鋼Φ48h6傳動軸（HRc42～45）[3]、在可無級變速的CA6140車床上使用PCBN刀具精密車削GCr15淬硬軸承鋼工件（分別為30HRc、40HRc、50HRc、60HRc和64HRc）等。
　　將經過特殊磨削的PCBN刀具用于超精密車床上，在切削深度為15～20µm、進給量為0.608µm/r轉的條件
　　下,切削加工表面光潔度可達Rmax=0.0254µm。在一般精密數控車床上切削不銹鋼，可獲得Rmax=0.2µm以內的表面粗糙度。
　　1.1.2車削鑄鐵件
　　加工硬鑄鐵時，只要硬度達到中等硬度水平(HRc 45)，采用超硬材料刀具刀具就會取得良好的加工效果,非常適合于大批量生產線上高速加工，在汽車行業得到廣泛應用。
　　發動機缸蓋上的排氣閥座，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，質量穩定。
　　在汽車發動機生產線上，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、穩定性好；由于生產線加工節拍快，要求切削速度高(通常V≥500m/min)，刀具壽命長 (加工孔數≥1000)，且倒角、止口、粗精鏜等多個工位的刀片壽命均應滿足耐用度要求。采用PCBN刀具即可實現發動機缸孔的高速切削及高穩定性加工；其典型切削參數為：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：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，可實現“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境的污染,切屑也可回收再利用,符合清潔化生產要求[4] 。
　　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PCBN 300型刀片，切削速度可以達到2，000m/min 。
　　1.1.3 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160m/min，是硬質合金刀具的8倍。
　　一般含硅量低于10%的鋁合金，用硬質合金切削工具即可。但含硅量超過10%,就只能借助PCD。當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動機活塞等非PCD莫屬[5]。
　　車削粉末高溫合金FGH95也使用 PCBN刀片。
　　1.1.4 車削其它材料
　　氧化鋁陶瓷密度3.9g/cm3 ，硬度HV2100～2300，抗彎強度300MPa，抗壓強度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10～30min[6]。
　　用PCD刀具車削電動機整流子的紫銅換向器，典型切削參數為：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。而采用硬質合金刀具只能加工幾件。
　　1.2 在銑削加工中的的應用
　　用PCBN刀具銑削灰鑄鐵，切削速度達1,000～000m/min；用PCD刀具銑削鋁合金，速度可達3，000～4，000m/min[5]。
　　加工鋁合金缸蓋的PCD面銑刀，銑削速度已達4，021m/min，進給速度5，670mm/min，效率是我國20世紀90年代初引進生產線的兩倍。
　　精加工灰鑄鐵缸體的CBN面銑刀，銑削速度達2，000m/min，是硬質合金面銑刀的10倍[7]。
　　銑削玻璃的PCD螺旋內排液面銑刀，直徑有10mm、12mm、16mm、20mm多種規格，在玻璃深加工中得到廣泛應用。
　　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，為該類刀具的實際應用提供了有益的參考數據[8，9]。
　　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 Mikron Nidau 高速切削銑床上。一次裝夾刀具加工20件牙刷電極，仍可達到形 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。
　　1.3在鏜削加工中的的應用
　　目前國內已有較多發動機制造廠用PCBN刀具對氣缸缸V套精加工，如上海大眾和一汽集團的發動機廠，缸孔精鏜均采用PCBN刀片，且可自動補償(V=500m/min，ƒ =0.2mm/r，ap=0.1mm )。刀具壽命長，加工精度高、尺寸穩定， 生產效率高。
　　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 42，500件，是硬質合金刀具的90倍；加工表面粗糙度Ra值由原來的1.12降為0.15；每班可減少裝調刀具等輔助時間30min，成本比硬質合金刀具下降約85％。
　　PCBN刀具耐磨性比硬質合金刀具高50倍，比涂層的硬質合金刀具高數倍，比陶瓷刀具高25倍，是加工非金屬材料唯一的高效刀具。最高切削速度達7，000m/min；效率顯著提高。
　　CVD刀具用于鏜削鎢硬質合金(含25%Co)的汽缸（內徑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%；抗拉強度>230MPa，硬度110～130HB，延伸率>1%)制冷壓縮機連桿進行高速干式鏜削孔, 切削速度140～180m/min , Ra0.02～0.32µm，精度可達5～7級[11] 。
　　1.4在拉削加工中的的應用
　　用復合式漸開線跳齒內孔超硬材料拉刀加工工件孔，優點為：(1) 由于能夠可靠保證工件內孔各形面間的同軸度，因而可以后續加工工序中統一用小徑圓面作為定位基準，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隙的刀齒結構，保證了拉刀的制造質量，且制造方便，成本幾乎和普通復合式漸開線拉刀相同。
　　1.5在鉸削加工中的的應用
　　PCBN電鍍鉸刀在淬硬鋼或硬鑄件小孔的鉸削加工中已發揮作用。此類鉸刀以硬度為42HRc的45鋼或9CrSi鋼作基體，具有前后導向和切削部分。其基體制造精度要高，設計要合理，前導向部分直徑要比切削刃部分直徑小0.04mm，切削區長度要大于工件孔深；后導向長度要大于切削區長度，直徑應比切削刃部直徑小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，取得較好經濟效果[12]。
　　有的發動機制造廠用PCD或PCBN電鍍鉸刀對氣缸體的主軸承孔進行珩鉸，代替珩磨，加工效率提高了數倍，且質量穩定。
　　現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、無毛刺等質量要求非常嚴格。為滿足高效、高精度加工成型孔的需要，日本公司開發了一種PCD成型階梯鉸刀。選用優質PCD刀片材料，用高精度成形磨削技術來保證切削刃形狀，獲得優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荷下具有優良的切削性能。該刀具可獲得滿意的加工質量，消除了粘刀弊病，延長了刀具壽命，加工成本可降低一半。
　　1.6在鉆削加工中的的應用
　　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，加工質量好。
　　金剛石電解鉆削可用來成形各種難加工導電材料(大多為燒結硬質合金)上的圓柱孔(通孔和盲孔)、圓錐孔和特形孔。可在一臺機床上用同一工具進行加工,無需重調工具和毛坯[13]。
　　最值得一提的是在Z5125立式鉆床上用釬焊金剛石套料鉆鉆削“凱芙拉復合材料-特種陶瓷-鋁合金”復合層板通孔。該材料是近幾年出現的一種新型輕質復合材料,既具有凱芙拉復合材料的高強度、高斷裂韌性、高吸能緩沖防護能力,又具有陶瓷的高硬度、高模量、高抗壓、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫等優良性能,同時兼具鋁板的防銹、防滲透、高韌性等優點。用釬焊金剛石套料鉆，連續鉆削10個孔,切削部位無明顯變化。