一聚晶金剛石(PCD)刀具和立方氮化硼(CBN)刀具為難加工材料的切削困難提供了解決方案。不同設計的CBN刀具被用于對淬硬玄色金屬進行連續或斷續切削，以及切削加工焊接金屬和復合金屬。而PCD刀具被廣泛應用于銑削有色金屬、復合材料、塑料以及極其難加工的超級合金。
聚晶金剛石(PCD)刀具和立方氮化硼(CBN)刀具為難加工材料的切削困難提供了解決方案。對切削刀具材料中這兩種先進概念刀具的加工挑戰已盡人皆知。不同設計的CBN刀具被用于對淬硬玄色金屬進行連續或斷續切削，以及切削加工焊接金屬和復合金屬。而PCD刀具被廣泛應用于銑削有色金屬、復合材料、塑料以及極其難加工的超級合金。
選擇恰當的刀具材料取決于對以下各種因素的綜合考慮：金屬的硬度或材料的種類；切削加工的性質(連續切削、輕載或重載斷續切削)以及采用的加工工藝(如單點車削或銑削)。其他一些加工工藝(如鉆削、鉸削和切斷加工)也可以通過正確應用刀具技術而獲益。
PCD復合片是在高溫高壓下利用金屬基粘結劑對金剛石顆粒進行燒結而生產出來的。PCD刀尖可通過放電加工或激光進行切割，并焊接到硬質合金或鋼基體上，然后通過刃磨形成PCD刀具，這種刀具在高速加工有色金屬(如鋁)以及高磨蝕性合成材料和塑料時特別有效。
立方氮化硼(CBN或PCBN)是一種人工合成材料，其硬度僅次于金剛石，具有良好的高溫穩定性(在加工淬硬玄色金屬和超級合金材料時，會產生很高的溫度)。CBN刀片被廣泛應用于硬材料(如鑄鐵)的車削加工，由于具有更高韌性的CBN牌號以及專用刀柄的開發，CBN刀片也被應用于銑削加工?？商鎿Q磨削的硬車削加工得益于機床技術的進步，尤其是CNC車削中心剛性和功率的進步。
山特維克可樂滿公司已確定了持續開發CBN和采用金剛石刀尖的金屬切削刀具的目標，這要回功于對Diamond Innovations(DI)公司的收購以及其母公司山特維克工具團體(Sandvik Tooling Group)。山特維克美國公司總裁Rick Askin解釋說，此次收購就是考慮通過將DI公司在CBN和PCD領域的專業技術與山特維克可樂滿在硬質合金刀具和材料界面領域的專業技術和研究成果結合起來，開發新型刀具。
DI公司是一家開發產業用人工合成金剛石的著名先驅企業。人工合成金剛石是生產PCD和CBN產品的基礎材料。除了金屬切削刀具以外，人工合成金剛石還可用于磨削、鑿巖、金屬拉絲模、拋光以及其它需要超硬材料工具的應用領域。
Askin解釋說，從切削加工的觀點來看，在采用PCD或CBN刀尖作為切削刃的刀具中，約有95%是以硬質合金作為基底的。有很多屬性會影響刀具的性能，一方面是PCD或CBN的性能，另一方面是硬質合金的性能，此外還有PCD與硬質合金界面的性能。這就給予我們一個巨大的機遇，可利用我們在硬質合金、金剛石技術以及控制金剛石與硬質合金間界面等方面的專業技術來開發金剛石刀具。
山特維克可樂滿公司的材料牌號開發專家Doug Evans介紹說，“隨著航空產業和能源產業的快速發展，對材料的要求已經改變了我們開發創新和治理超過25000種產品的方式。對整個制造過程(從生產聚晶金剛石和CBN材料到加工出終極成品)的控制能力使得我們能夠為用戶提供真正進步了性能的產品?！?/div>
DI公司的產品覆蓋了廣泛的應用領域，其中包括：
1用于磨削加工淬硬工具鋼、模具鋼、合金鋼以及鎳基和鈷基超級合金的氮化硼CBN；
2用于加工玄色金屬(包括珠光體鑄鐵、鉻鎳鐵合金、淬硬鋼、粉末金屬、表面硬化合金和超級合金)的BZN復合片刀坯和刀片；
3用于精加工鋁、塑料、貴金屬、綠色陶瓷、石墨及石墨復合材料，以及用于斷續切削陶瓷、粗加工金屬基復合硬質合金(MMC)、切削難加工材料(如玻璃纖維、MMC以及木質層壓材料)的各種不同牌號的Compax金剛石刀坯(PCD)。
隨著CIMtek團體開發的TiroWave系列PCD和CVD刀具引進了三維斷屑器和整潔平直的切削刃，采用激光對具有金剛石刀尖的刀具進行加工獲得了新的用武之地。CIMtek團體的合伙人Brian Nowicki介紹說，采用激光切割，能在刀片上加工出四種斷屑器中的一種。該系列斷屑器適用于從精加工到重載粗加工的加工范圍。通過對斷屑器進行優化，可將切屑分斷為通常在加工鋼時才能得到的6－9種屑形，甚至在加工最難加工的鋁時，也能獲得可控的細小切屑。
據稱，在加工鋁合金時，TiroWave系列PCD刀具的壽命可比常規刀具進步10倍，且該刀具非常適合加工鎂合金、所有的玄色金屬、復合材料、增強型塑料和采用磨蝕性粘結劑的材料。
采用七軸激光加工技術，位于奧地利因斯布魯克的Tiro Tool公司還能生產CVD厚膜金剛石刀具。CVD厚膜金剛石可以切割成形并像PCD刀尖那樣焊接在刀頭上。不同之外在于，CVD厚膜的金剛石純度為99.9%，而PCD的金剛石純度為90%。CVD金剛石膜的厚度可達1－2mm，而且是一塊整體材料，可以制成所需要的刀具外形。據稱，這種新型CVD金剛石材料的硬度比PCD幾乎高出50%，因此只能采用Tiro公司的激光技術進行加工。在歐洲的加工驗證結果表明，CVD厚膜金剛石刀具的壽命可比PCD刀具進步7倍。該刀具在IMTS展會上被引進美國，適用范圍為車削、鉆削、鉸削和沉孔加工刀具，包括航空產業加工復合材料所需的刀具。
由于采用了激光加工，TiroWave刀具可以獲得更規則整潔的表面，無論用于粗加工還是精加工，都可以獲得更高的表面光潔度，并能防止切削材料粘結在切削刃上。TiroWave可提供ANSI和ISO標準刀具，包括80°、55°、35°刀片，方形刀片、三角形刀片和圓刀片。該技術也適用于鉆頭、立銑刀和可轉位面銑刀。
伊斯卡公司確定的硬材料包括硬度范圍HRC55－68的淬硬鋼和冷硬鑄鐵，這些材料是汽車產業生產軸承和加工模具常用的典型材料。
加工硬材料的難度各不相同，取決于其硬度及硬化層的深度(加工表面硬化材料時)，以及工件材料的微觀結構。成功的加工來源于工件的剛性和幾何外形與機床剛性及其振動阻尼特性的良好結合。
伊斯卡公司先進的刀具材料覆蓋了多種加工領域，如采用CBN、陶瓷和亞微米顆?；w(通常涂覆專用涂層)，對硬材料進行各種斷續切削(銑削、切斷和鉆削)和連續切削(車削和螺紋加工)。采用各種刀具幾何結構和斷屑槽成為進步加工表面質量、延長刀具壽命和進步生產率的必然途徑。
伊斯卡公司以為，根據加工經驗，假如玄色金屬材料的硬度范圍在HRC55－68，且硬化層深度大于需要切除材料的深度，采用CBN刀具是最佳選擇。伊斯卡公司可以提供5種CBN牌號，以滿足廣泛的加工需求，其中包括：
高CBN含量牌號(IB90和IB85)：推薦用于高速切削鑄鐵和斷續切削(或粗加工)淬硬鋼。在刀具的硬度與磨損率(韌性和承受斷續切削引起的沖擊載荷的能力)之間，需要平衡兼顧。
低CBN含量牌號(IB55和IB50)：更適適用于半精加工和精加工。刀片刃部的外形決定了在機床和工件剛性的限制范圍內所能達到的表面質量。例如，刀片可設計為在ISO標準刀片上焊接CBN刀尖的形式，刀片可分為三角形、菱形、方形和圓形，也可采用伊斯卡的GRIP刀片。
由于多種因素，PCD和CBN刀具的價格都比較昂貴，這一事實要求在考慮一些加工方案時，必須進行認真分析。在設計無人值守的大批量加工(尤其是在要求刀具壽命較長、停機時間較短的汽車產業)時，采用PCD和CBN刀具通常是不錯的選擇。
三菱材料美國公司的產品專家Chris Wills解釋說，該公司開發的“虛擬刀具報告”可用于評估任何刀片(不只是CBN刀片)的本錢效率。它主要用于幫助用戶評估任意一種刀片的價值，而在評估CBN刀片在降低實際加工本錢(它比刀片的初始本錢更重要)方面的價值時尤其有用。
Wills說，該公司正在對CBN刀具相對于陶瓷刀具或硬質合金刀具進行加工本錢對比和評估。加工范圍從高溫合金到高硬金屬，包括汽車產業對鑄鐵零件和日益增多的粉末冶金零件的連續和(或)斷續切削。對于鋼件的加工，則需要采用新的斷屑槽，尤其是在自動化加工條件下(如采用棒料輸送裝置和門架式進料系統)，由切屑造成的表面缺陷可能會損害零件的質量。
住友電工硬質合金公司拓展了其BNC系列PCBN刀具牌號，用于高速加工硬度高于HRC45的合金鋼，以及加工鑄鐵和特殊材料。該公司的四種陶瓷涂層牌號采用了三種切削刃處理方式。
住友公司的Rich Maton指出，盡管CBN已是一種比較成熟的刀具材料，但對于PCBN刀具的加工應用來說，涂層、切削刃制備以及斷屑槽都非常重要。典型的汽車零件車削加工包括車軸、環、小齒輪、各種驅動軸、軸承蓋等類似零件。其它加工對象還包括汽缸體、汽缸蓋和模具等。
BNC300是住友推出的一種新牌號，它將PCBN基體與金色TiAlN陶瓷涂層相結合，在連續和斷續車削淬硬鋼時延可長刀具壽命。為了進步強度，所有的刀尖都是單獨焊接的。Maton說，切削刃的制備對于PCBN刀具的加工特別關鍵，我們增加了三種不同的切削刃制備方式(輕度，標準，重度)，取決于所選的BNC刀具系列。
BNC系列刀具的覆蓋范圍從用于精加工和輕度斷續切削的高耐磨牌號BNC100，到用于精加工的高抗碎裂牌號BNC300(既可用于連續切削也可用于斷續切削)。BNC200牌號推薦用于滲碳感應淬硬軸承鋼的中速加工；而BNC160牌號是為要求表面粗糙度值較低(0.406μm)的特殊加工而開發的。
住友公司還推出了具有優異耐磨性和韌性的PCD刀具——Sumidia DA 1000，該牌號采用了NF型復合片，與以前的PCD復合片相比，其切削長度相同，但厚度只有一半。DA 1000牌號將只提供經濟型刀尖(PCD復合片較薄)，作為一種經濟型刀具，可供醫療、航空、農業和汽車等行業加工非鐵類零件。
萬耐特(Valenite)公司為加工硬度范圍HRC45－62的鋼和合金而提供的ValEDGE硬材料車削系統包括全系列的CBN和陶瓷刀片。該公司應用工程師Darrell Johnson推薦根據加工條件進行特定的切削刃制備?！坝捎诩庸l件各不相同，因此必須對牌號和參數相同的刀具進行不同的切削刃制備試驗，以觀察是否能進步刀具壽命、減少月牙洼天生乃至改善斷屑性能(盡管改善斷屑性能的可能性不大)”。該公司提供的CBN刀尖焊接刀具對切削刃進行了輕度鈍化，其中既有用于輕載切削和可減小切削力的0.13mm×15°T型刀片，也有用于常規加工的0.13mm×25°刀片。
Lach Diamond公司的Jason Lindsey介紹說，與加工鋁合金一樣，采用PCD刀具加工復合材料已成為發展最快和最具挑戰性的加工工藝。諸如碳纖維、石墨、綠色陶瓷、玻璃纖維，以及更難加工的材料(如凱夫拉爾纖維)，都對精密加工提出了挑戰。
Lach公司為復合材料的無毛剌切削加工提供了5種采用專利設計的周邊銑削立銑刀。該公司的Z型立銑刀是一種用于周邊粗銑加工的玉米芯型銑刀，其特點是所有PCD刀尖的分布，其剪切角在直到端齒的全程上都是變化的，該刀具既適用于插銑，也可用于非插銑加工。
Lach公司的金剛石復合片整體式面銑刀和直角銑刀用于鋁合金的面銑加工，該刀具無需過多調整即可安裝在加工中心上使用。PCD金剛石刀尖被焊接在鋼制刀體上，每個刀齒之間都有內冷卻孔，刀齒的外圓經精磨后處于同一個切削平面上。
用PCD刀具進行加工的關鍵要素之一是具有鋒利的切削刃。英格索爾(Ingersoll)刀具公司的材料經理Robert Sullivan介紹說，實現這一點的基本手段是采用放電加工(EDM)、釬焊和磨削。PCD刀具對于鋁合金零件(如汽車發動機墊圈或變速器箱蓋)的大批量加工非常有效。此類加工主要關心加工的經濟性，因此要考慮換刀及相關的停機時間。英格索爾面銑刀的直徑范圍為76－381mm，用于加工發動機缸蓋、變速箱體，以及加工用于放電加工的石墨電極。
瓦爾特(Walter)美國公司既生產PCD刀具，也生產CBN刀具。該公司的Matthias Goetze表示，CBN刀具在硬車削方面的上風包括較長的刀具壽命、較低的單件本錢以及可減少停機時間。該公司的PCD刀具約有90%是非標專用刀具，而CBN刀具中約有80%是標準刀具。
瓦爾特公司為汽車產業(尤其是為低硅鋁合金工件的加工)開發了PCD刀具用斷屑槽，以便在加工汽車零件(如ABS殼體)以及航空零件時更好地控制切屑。該公司還提供兩種不同的PCD刀具，一種用于加工硅含量小于12%的鋁合金，另一種用于加工硅含量大于12%的鋁合金。2008年，瓦爾特還在美國Waukesha工廠建立了刀具重磨和翻新服務中心，以支持其用戶的PCD刀具更換刀尖和重磨。
埃莫克(Emuge)公司提供了采用PCD和CBN切削刃的超硬立銑刀擴展系列。據稱，該立銑刀在加工各種材料時，其刀具壽命超過傳統硬質合金立銑刀50倍以上，可加工材料包括高磨蝕性的非鐵材料，如石墨、高硅鋁合金、纖維增強型合成材料、銅合金等。該刀具的特點為采用內冷卻設計，以清除粉塵和切屑。埃莫克的PCD和CBN立銑刀采用常用的球頭、環面和平頭設計，尺寸從4mm到12mm。
山高(Seco)刀具公司以為，銑削是一種加工條件惡劣的加工方式，經常涉及大量的斷續切削。因此，必須公道選擇用于銑削的PCBN牌號。典型的加工包括銑削灰鑄鐵(如汽車發動機的缸體、缸蓋、箱體等)以及某些工具鋼。
山高公司選擇PCBN銑削刀具的原則是：PCBN刀片的主要性能——韌性、耐磨性和熱硬性——取決于晶粒尺寸、CBN含量和結合劑。車削刀片與銑削刀片的主要區別在于晶粒尺寸。為了進步韌性，用于銑削的PCBN刀片通常應具有較小的晶粒尺寸。同時，晶粒尺寸、CBN含量和結合劑必須保持平衡，以保持刀片較好的耐磨性和熱硬性。
山高公司的銑刀片可用于很多為PCBN專門設計的面銑刀和方肩銑刀。這些負角銑刀采用了直徑63.5－203mm的整體PCBN刀片。方形和圓形刀片用于面銑刀，而三角形刀片用于方肩銑刀。對于那些必須保持較低刀具壓力以及不能使用負角刀片的加工，山高還有采用整體或整面正角刀片的正角銑刀。這些刀片只有一面可以使用。通過使用近整體刀片，可使每個刀片的切削刃數目最大化。整體PCBN圓刀片用于面銑精加工時，每一邊至少有15個切削刃可用于切削。
在方肩或類方肩銑削加工中，可采用整體式三角形或方形刀片，每個刀片可用的切削刃分別為6個和8個。
應遵循三個基本要求：①用PCBN刀片銑削時，總是采用干切削，由于PCBN是一種脆性材料，當刀片切進和切出時，假如采用冷卻液將促使PCBN刀片產生熱裂紋。②總是采用常規銑削方式，這樣當刀片切進時，可以減小作用于刀片上的沖擊載荷，從而將切削刃崩刃的風險降至最低。③與車削加工相比，可將切削速度進步10%－50%，以對斷續切削的影響進行補償。
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