隨著復合材料、鈦合金以及由兩種材料構成的疊層材料在飛機結(jié)構件中的應用日益增多，飛機機身制造業(yè)正在發(fā)生巨大的變化，同時也對需要使用高硬度、高韌性刀具材料的切削加工提出了具有挑戰(zhàn)性的要求。

　　機身制造技術的變化

　　為了提高飛機的飛行效率，降低其生命周期成本，飛機制造商正在越來越多地使用復合材料和鈦合金。例如，波音787和空客A350的機身大部分將用復合材料制成（按重量計）。在商務客機市場上，豪客比奇（Hawker Beechcraft）公司的Premier IA型和Hawker 4000型客機的機身將全部采用復合材料制造；Eviation公司的EV-20 Vantage型飛機的機翼和機身也將采用全復合材料。

　　復合材料的使用推動了零件的合并和連接，減少了所需緊固件的數(shù)量。但是，大多數(shù)被取消的緊固件都屬于“面積緊固件”——即可用自動化工序加工的大量小直徑緊固件。因此，保留下來的大部分緊固件的安裝孔直徑和厚度都較大，并由多種材料疊合而成，加工難度也更大。由于石墨復合材料與鋁之間的接觸可能會引起化學電流腐蝕，而安裝在石墨復合材料上的結(jié)構件通常都是鋁制件。這兩種材料的鉆削加工都很困難，而將它們組合為疊層后進行鉆削加工難度就變得更大。因此，除了鉆削參數(shù)與加工傳統(tǒng)工件材料不同以外，還需要采用不同的刀具材料。

　　碳纖維的加工難點

　　碳纖維復合材料的加工難點包括：

　　（1）材料具有很高的磨蝕性，使刀具的磨損率很高；
　�。�2）材料具有各向異性（由較軟的基底與按不同方向排列的硬質(zhì)纖維組合而產(chǎn)生），意味著刀具必須承受不同的切削抗力；
　�。�3）塑性基底限制了切削溫度；
　�。�4）加工增強纖維時，為了獲得干凈整齊的孔口，需要采用鋒利的切削刃、高剪切刀刃幾何形狀和高轉(zhuǎn)速；
　�。�5）如切削力過大（如強力鉆削時），工件的疊層結(jié)構可能出現(xiàn)各層分離現(xiàn)象；
　　（6）加工時會產(chǎn)生粉塵（而不是切屑），需要采用真空吸塵或加注冷卻液加以控制。

　　鈦合金的加工難點

　　鈦合金材料所特有的加工難點包括：

　�。�1）鈦的彈性模量低，由于切削加工時材料被刀具推開，然后又回彈，因此刀具需要采用較大的后角；
　�。�2）鈦的導熱性差，導致切削溫度很高（80％的切削熱被傳入刀具，而切削鋼時僅為50％）；
　�。�3）鈦在高溫下化學反應性強，容易與刀具發(fā)生融焊現(xiàn)象，造成刀具崩刃和失效；
　�。�4）容易產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象（尤其在低進給率加工時）；
　�。�5）溫度升高時仍能保持高強度；
　�。�6）產(chǎn)生分段切屑，使刀具循環(huán)受力，易發(fā)生金屬疲勞；
　�。�7）在加工時，材料表面損壞的可能性較大，從而會略微降低工件的疲勞壽命。

　　除了鉆削加工這些由不同材料復合在一起的新型材料的挑戰(zhàn)外，目前的飛機機身裝配對鉆削加工的性能和質(zhì)量也提出了新的挑戰(zhàn)：

　　（1）需要在厚度更大的疊層復合材料上鉆削直徑更大的孔；
　�。�2）為了縮短機身裝配時間，對“一次過”鉆削、干式或近干式鉆削以及高效裝配的需求日益增加；
　�。�3）盡管大規(guī)模和小規(guī)模的自動化加工的應用日益增多，但在最終裝配工序仍然主要使用氣動鉆機；
　�。�4）精益加工原則的應用越來越多。

　　上述這些因素都會大幅縮短刀具的使用壽命。因此，為了降低每孔加工成本、提高生產(chǎn)率，就需要采用新的刀具材料。此外，為了縮短最終裝配工序的流程時間，也必須提高刀具的使用壽命。例如，波音787最終裝配工序的目標流程時間僅為3天；洛克希德馬丁公司F-35閃電II的最終裝配工序目標流程時間則是每天裝配出一架飛機。與此對照，波音737目前該流程時間為10天（2000年時為22天，今后的目標為8天）；波音777的流程時間則為25天。波音787的流程時間可以縮短到3天，部分原因是將某些加工操作轉(zhuǎn)移到了上游工序，到達裝配工序的各個部件都預裝好了飛機的各種系統(tǒng)。但是，正如前面所指出的，鉆孔是最終裝配工序中最具挑戰(zhàn)性的加工。

[$page]　　理想的刀具材料

　　一般來說，我們所希望的刀具材料特性包括：

　　（1）晶粒尺寸較小，從而能制造出更鋒利的切削刃；
　�。�2）具有高硬度（包括高的熱硬性），從而能提供優(yōu)異的耐磨性能；
　�。�3）具有良好的韌性（高的抗拉強度和斷裂韌性），從而能在動態(tài)變化的切削力作用下，保持鋒利的切削刃不發(fā)生崩刃或變形；
　　（4）具有良好的熱傳導性，從而能使切削區(qū)迅速散熱；
　�。�5）具有良好的熱穩(wěn)定性，從而能使刀具在切削高溫下保持完整性；
　　（6）與工件材料之間具有較低的化學親合力或反應活性。

　　刀具材料所需要的每一種特性的優(yōu)劣程度都取決于工件材料。要求同一種刀具材料具有以上所有特性非常困難，因此，通常需要在硬度與韌性之間進行權衡取舍。但是，這兩種特性對于碳纖維增強聚合物和鋁基復合材料的加工都必不可少。

　　碳纖維增強復合材料（如CFRP）的鉆削加工與鉆削木料比較類似。加工的關鍵是干凈整齊地切削碳纖維（尤其是在孔的出口處），刀具需要有高剪切力的幾何形狀和很高的切削速度。CFRP還具