金剛石材料的品種必須根據(jù)所加工材料的性質(zhì)和加工要求來選擇，除滿足技術(shù)要求外，還應(yīng)滿足經(jīng)濟和環(huán)保性能的要求。

    PCD和PCD/CC材料

    PCD和PCD/CC是生產(chǎn)中最常用的金剛石材料，它不僅適用通常機械加工領(lǐng)域，還廣泛地應(yīng)用在汽車、摩托車、高速列車、石油、化工、建筑、木材加工以及航空航天等工業(yè)部門。在汽車和摩托車領(lǐng)域中，PCD和PCD/CC適用于加工發(fā)動機鋁合金活塞的裙部、銷孔、汽缸體、變速箱、化油器等耐磨零部件。而這些零部件大多是含矽量較高（Si>12%）的鋁基復(fù)合材料，其內(nèi)高硬度的硬質(zhì)顆粒（如SiC的硬度高達3000~3500HV）分布在鋁合金基體中，猶如砂輪中的磨粒一樣會對刀具的切削刃起刮磨和沖擊作用，而使切削刃很快磨損。硬質(zhì)顆粒的硬度越高、顆粒的尺寸越大、顆粒的數(shù)量越多，則刀具磨損越快。因此，用傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具很難進行加工，刀具壽命很低或根本無法使用。金剛石是世界上已知的最硬物質(zhì)，實際使用證明，它是加工鋁基復(fù)合材料的最佳刀具材料。

    用PCD金剛石加工鋁基復(fù)合材料，其切削速度可達800~1000m/min，刀具壽命可比硬質(zhì)合金高幾倍甚至幾十倍，加工表面粗糙度值可達Ra0.025~0.012μm。圖2所示為用PCD刀具鉆加工20%SiCυ的鋁基復(fù)合材料螺旋泵殼的應(yīng)用實例。

    用PCD（或PCD/CC）刀具加工碳纖維和玻璃纖維增強塑料（FRP）時，切屑成粉狀，切削溫度低，且切削長度為K類硬質(zhì)合金刀具的10倍，而磨損卻不到硬質(zhì)合金刀具的1/3。

    PCD（或PCD/CC）刀具也適用于加工預(yù)燒後的硬質(zhì)合金和耐磨的非金屬材料，如陶瓷、橡膠、石墨、玻璃和各種耐磨木材等。

    PCD刀具的性能主要取決于它的應(yīng)用場合和所涉及的加工過程，但選擇適當(dāng)?shù)呐铺柡皖w粒尺寸也會對其產(chǎn)生影響。不同品種的PCD刀片，由于其組成成份不同，切削性能有很大的差異，選用時須加以注意。

    目前PCD刀片不像硬質(zhì)合金那樣在國際上有統(tǒng)一的分類，各生產(chǎn)廠都有各自的品種與牌號，使用時須參照廠家樣品來選擇。

    DeBeers公司生產(chǎn)的PCD刀片有002、010和025幾種，晶粒的平均尺寸分別為2μm（細晶粒）、10μm（中晶粒）和25μm（粗晶粒）。晶粒尺寸越大則磨性越好，刀具壽命越高，但切削刃較粗糙，刃口質(zhì)量差，難以制成高精度刀具；中晶粒一般作為機械加工的通用牌號；細晶粒刀具的切削刃的刃口鈍圓半徑小，易加工出良好的表面質(zhì)量。因而目前聚晶的晶粒不斷細化，并已有1μm甚至有0.5μm以下的細晶，需根據(jù)粗、精加工等不同工序要求，選用不同大小的晶粒。
單晶金剛石刀具材料

    單晶金剛石與PCD（或PCD/CC）以及PCD（或PCD/CC）與CVD金剛石之間能很好地相互補充，也存在著一些相互交叉的應(yīng)用領(lǐng)域。

    單晶金剛石切出的工件表面呈連續(xù)狀，而用PCD切出的工件表面呈現(xiàn)出微米量級的不連續(xù)狀態(tài)，因此PCD只適用于普通的機械加工領(lǐng)域，對于一些有特殊要求的拋光工藝，如制備Al2O3鏡面時，只有使用天然單晶金剛石才能達到所要求的表面粗糙度和尺寸公差。

    天然金剛石中較少見大尺寸金剛石，但人工合成大尺寸金剛石目前已經(jīng)成為可能。用其加工高耐磨的層狀木板時，其性能要優(yōu)于PCD金剛石，不會引起刃口過早鈍化。在加工鋁基復(fù)合材料時，既可采用PCD也可使用TFD(CVD厚膜)。圖3所示為用PCD與TFD兩種金剛石加工40%SiCυA356MMC材料時的刀具磨損曲綫。圖3試驗時采用的切削條件為：切削速度400m/min，進給量為0.05mm/r，背吃刀量（切削深度)0.5mm，加切削液。由實驗可知，加工40%SiCυ鋁基復(fù)合材料，使用厚膜金剛石TFD的效果最好，PCD025次之，PCD002刀具的使用壽命最低。

    由于各類金剛石在適應(yīng)面上的互補性，金剛石刀具可加工范圍有所擴展，人工合成金剛石替代天然金剛石，CVD金剛石替代PCD金剛石的趨勢也日漸明顯。切削加工也由此而進入了一個可實現(xiàn)高效、經(jīng)濟加工的新時期，其替代程度決定于技術(shù)和經(jīng)濟兩方面因素，尤其是刀片的成型、刃磨和焊的難易程度將直接影響金剛石刀具的價格和性能。

    通常PCD刀具適合于粗加工和要求刀具有較高斷裂韌性的生產(chǎn)中，CVD厚膜和單晶金剛石刀具多用於高速精加工和半精加工。
在加工非鐵材料(如硅鋁合金)時，一般不采用單晶金剛石刀具(SCD)進行加工，而采用壽命高的聚晶金剛石刀具(PCD)進行加工。

　　但在某些情況下，即當(dāng)加工表面粗糙度參數(shù)要求較嚴(yán)時，則應(yīng)采用單晶金剛石刀具(SCD)進行加工。例如采用聚晶金剛石刀具(PCD)車削鋁制活塞時，表面粗糙度Ra可達15～50μm，而用單晶金剛石刀具(SCD)加工，其表面粗糙度可達Ra4μm。

　　此外，使用SCD刀具可節(jié)省加工時間，如加工鋁制輪子，過去是用PCD刀具粗加工，然后進行拋光，改用SCD代替PCD刀具加工，其工件可達到鏡面的表面粗糙度，省去了拋光工序。

　　嚴(yán)密的檢查

　　在汽車和航空工業(yè)的高生產(chǎn)加工工序(包括對非鐵材料的加工)中，其表面粗糙度的平均值通常是用于確定被加工工件的光潔度，當(dāng)加工工件表面粗糙度值Ra值要求低時，一般都應(yīng)采用金剛石刀具，這種刀具的刀刃在放大倍數(shù)較高的情況下進行觀察不能有缺口。

　　大多數(shù)PCD刀具經(jīng)研磨后，將其刀刃部位放大(＜50X＝進行檢查，通過觀察可以看出，PCD刀具的單個顆粒的孔隙及刀刃呈鋸齒不平狀態(tài)。要想達到最好的加工表面粗糙度(15～50μm)，可選取合適的幾何參數(shù)(切削速度、進給量及切削深度等)。

　　然而，在某些應(yīng)用場合，要求PCD刀刃(放大150倍)不得有缺口，這種要求是能夠達到的，只不過按上述要求制作PCD刀具比較困難，而且制造的費用要比標(biāo)準(zhǔn)的PCD刀具高3～5倍，其刀具加工表面粗糙度可以達到10～14μm。

　　將SCD刀具刀刃放大1500倍，進行觀察，刀刃無缺口，所以采用這種刀具在精密車床上進行加工，其工件可達到鏡面的表面粗糙度。

　　在采用PCD刀具加工非鐵和非金屬材料不能達到所要求的加工表面粗糙度時，可在加工中心上用SCD刀具加工，省去以住的拋光工序。

　　金剛石刀頭

　　如其它刀具材料一樣，SCD刀具不是對每種加工都適合，在選擇時應(yīng)考慮以下幾點：

　　切削深度：SCD刀具刃口很鋒利，當(dāng)采用大切深進行加工時，其加工效果不夠明顯，這在很大程度上取決于工件材料、切削速度和進給量，所以切削深度大于0.02mm時，不宜采用SCD刀具進行加工，最好先用PCD刀具進行粗加工，然后用SCD刀具進行精加工。
　　工件材料：加工非鐵金屬(鋁、紫銅、黃銅)和非金屬材料(塑料、木材等)時，最好采用SCD刀具，任何鐵系材料都不宜采用SCD進行加工。

　　價格：SCD刀具性能超過其它先進刀具材料，利用這種材料進行加工可獲得巨大的經(jīng)濟效益，但其價格很貴，如一把SCD刀具的價格超過PCD刀具4倍以上，盡管SCD刀具價格高，但如果正確使用 SCD刀具，它可減少加工工序成本并可使生產(chǎn)效率大大提高。


　 裝卸：金剛石是最硬的材料，也是極脆和耐熱震很敏感的材料。SCD刀刃鋒利，任何實發(fā)性的沖擊(如刀具裝卸不細心或刀具落地)都會使刀刃產(chǎn)生缺口、裂紋或損壞，所以應(yīng)對操作者進行培訓(xùn)。為避免精微的刀刃碰壞，一般應(yīng)在金剛石刀具和其它零部件之間放置一薄膜件。

　　總之，盡管SCD刀具價格昂貴，而且只局限于某些材料的加工，但由于其加工效率高，良好的表面粗糙度及刀具壽命長等優(yōu)點，從而彌補了該刀具價格昂貴的不足。