航空工業(yè)用材料的特點(diǎn)是要求質(zhì)量輕，在高溫和低溫條件下，比強(qiáng)度高，綜合性能好，化學(xué)穩(wěn)定性好。為此目的人們開(kāi)發(fā)了許多新的材料。當(dāng)代作為金屬航空材料有鋁合金，鈦合金，超耐熱合金。作為航空用復(fù)合材料的有CFRP（碳纖維復(fù)合材料）等。它們大多數(shù)都是難加工材料。 以先進(jìn)的美國(guó)波音飛機(jī)為例，三十年間原有的747型飛機(jī)，目前已發(fā)展到787型，其機(jī)體部分材料構(gòu)成為；開(kāi)始廣用的鋁合金由81﹪降為20﹪，鋼由13﹪降為5﹪，而鈦合金由4﹪增加到15﹪，復(fù)合材料則由4﹪大幅度增加到50﹪。同樣歐洲的最新型空客A350XWB現(xiàn)鋁合金只占20﹪，鋼僅占7﹪，而鈦合金增至14﹪，復(fù)合材料更高達(dá)52﹪。 在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中，低溫低壓部分一般用鈦合金，最近也有部分使用復(fù)合材料CFRP。高溫高壓部分多用的是鎳基等超耐熱合金如Inconel718，Hastelly,Waspaloy,Rene41等。 屬難加工金屬材料的鈦合金和超耐熱合金，難切削程度若以含硫易削鋼易削指數(shù)為100計(jì)。奧氏體不銹鋼為45，鈦合金中的Ti-6Al-4V為26，Inconel718為12，Rene41則在5以下，可知難削性依次以2倍多，2倍多的增加。 鈦合金及其加工特性為；（1）切削過(guò)程中生成的切削熱高，且導(dǎo)熱性差（約為鋼的1/7，鋁的1/16），從而使溫度集中在刀尖刃口，常高達(dá)1000℃以上，故易使刀具因高熱而損傷。（2）鈦合金彈性模量小，切削受力后，彈性恢復(fù)，會(huì)加劇刀具前后刀面的摩擦，進(jìn)一步增加切削溫度，加速刀具磨損。還易振動(dòng)。⑵易被工硬化，且自身化學(xué)活性大，易與空氣中氧等反應(yīng)，使表面變硬，加劇刀具的磨損。⑶鈦與耐熱合金的切屑易黏結(jié)在刀具上，在加工中粘結(jié)物被持續(xù)的后加工強(qiáng)制除去時(shí)，刀具會(huì)造成粘結(jié)損傷，而降低刀具壽命。最廣用的鈦合金是α-β相的Ti-6Al-4V。波音787型用的鈦合金是β相的Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr，更難加工。 鎳基超耐熱合金及其加工特性為；其含合金成分比率多，合金元素與碳構(gòu)成各種碳化物和復(fù)雜碳化物，這些碳化物不溶于合金，而是以極細(xì)顆粒形式彌散分布在晶界，強(qiáng)化晶界，阻止在外力作用下滑移，使得合金顯示超強(qiáng)硬的性質(zhì)，比強(qiáng)度大，要加工它們，必須作更大的功，產(chǎn)生更多的熱。導(dǎo)熱性又差，切削中生成的熱量不易排出，使溫度達(dá)到更高。鈦合金的難加工特點(diǎn)許多在超耐熱合金中顯示得更劇烈，其機(jī)械，粘結(jié)，擴(kuò)散和氧化磨損更嚴(yán)重，因此它們比鈦合金更難以加工。為開(kāi)發(fā)鈦合金與超耐熱合金加工用的優(yōu)秀刀具，應(yīng)該研究改善影響切削力，熱的各因素，提高冷卻效果，使切削力，熱下降，熱加快導(dǎo)出；提高工藝系統(tǒng)各部分剛性，以抑制振動(dòng)；減少黏結(jié)，加速排屑等。這些原則如何在切刀，立銑刀，面銑刀，鉆頭具體設(shè)計(jì)，選材和切削條件設(shè)定上落實(shí)，以國(guó)外的SIMTEK，SGS公司為例，說(shuō)明如下 先介紹他們?yōu)榇碎_(kāi)放的新材料和涂層，德國(guó)SIMTEK公司開(kāi)發(fā)了車削切內(nèi)外槽的GT45，F(xiàn)T45，HT45，GX79。用于銑槽的GT42和GT79。它們既可用于鈦合金也可用于超耐熱合金的加工。美國(guó)SGS公司開(kāi)發(fā)了特殊的涂層Ti-NAMITE-A(AlTiN)，由于其特殊的沉積技術(shù)與組織結(jié)構(gòu)加工鈦合金和超耐熱合金取得了很好效果。另一種Ti-NAMITE-B(TiB2)涂層，硬度達(dá)到HV4000，可用于加工鋁硅合金。他們用于制造刀具基體的材料都是超微粒硬質(zhì)合金，加以獨(dú)自開(kāi)發(fā)的專用涂層，實(shí)現(xiàn)了硬度和韌性綜合機(jī)械性能的進(jìn)一步提高。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件上有許多槽加工它們需要性能優(yōu)異的切槽刀（圖1）。槽加工由于三面受力，切削阻力大，切削熱高，散熱，冷卻，排屑，剛性等條件差。德國(guó)SIMTEK公司開(kāi)發(fā)了多種V形塊定位夾緊模塊化結(jié)構(gòu)，大為提高了刀片的安裝剛性。它們除可加工各種槽外，換上別的刀頭還可以加工各種孔，不同標(biāo)準(zhǔn)的螺紋。這對(duì)航空零件整體制造，保證在一次安裝中能加工出許多表面，要求保證相互位置精度高的零件非常有利。針對(duì)航空難加工材料包括鈦合金和超耐熱合金，SIMTEK公司的優(yōu)質(zhì)刀片材料車削切槽時(shí)。切鈦合金為60-110米/分。切鎳基耐熱合金為30-50米/分。車削切槽所用刀片對(duì)應(yīng)不同加工有適合的斷屑槽 對(duì)一般的立銑刀而言，刀齒的進(jìn)人，退出是周期性的，這可能形成破壞性的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，并進(jìn)而造成整個(gè)刀具的共振損傷。美國(guó)SGS公司由于他們的專利特色設(shè)計(jì)，其多款立銑刀很大程度抑制了加工中的振顫。如Z-CARB-AP型除具有不等齒槽螺旋角外，齒槽間的間距也不等，還具有專利的可變前角結(jié)構(gòu)等，從多方面來(lái)抑制振動(dòng)，減少并穩(wěn)定切削力，使加工質(zhì)量，效率，刀具壽命均得以提高。（圖2）。圖中指明的諸功能，均由特殊設(shè)計(jì)的幾何結(jié)構(gòu)所保證。它們切削鈦合金切削速度為91-104米/分，切超耐熱合金（硬度≤300）切削速度為24-30米/分。Z-CRAB-HTA系列立銑刀則專門針對(duì)高溫合金的加工進(jìn)行了獨(dú)特的幾何形狀設(shè)計(jì)，也具有專利的多種螺旋角，可變的螺距，可抑制諧振，其螺旋角較大，從而改善對(duì)耐熱合金的剪切和切離功能，也使加工的平衡和穩(wěn)定性得以提高，又精心地設(shè)計(jì)了其芯部結(jié)構(gòu)，使它在嚴(yán)酷的加工環(huán)境中，提高了強(qiáng)度和剛性。在工件硬度≤300時(shí)，切削速度達(dá)27-40米/分。硬度≥300時(shí)，切削速度達(dá)24-37米/分。 V-CRAB5刃立銑刀由于具有奇數(shù)刃，變化的齒距和齒形，可降低諧振，提高加工光潔度，減少切削力，增強(qiáng)剛性，提高生產(chǎn)效率。奇數(shù)多刃齒的立銑刀若再增加齒數(shù)，例如增加到7刃，9刃，11刃等，除保持上述優(yōu)點(diǎn)外，因?yàn)槊糠昼姷倪M(jìn)給量；F=N（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）×fz(每刃齒進(jìn)給量)×Z（刃齒數(shù)）。因刃齒數(shù)的增加，直接按比例地能增加每分鐘進(jìn)給量與生產(chǎn)效率。多刃齒立銑刀一般齒槽多，但齒槽淺，芯部較粗，刀具剛性高，加工精度，穩(wěn)定性，刀具壽命均得以改善。SGS的許多立銑刀都采用專利的冷卻射流技術(shù)（圖3 ）通過(guò)可中心供冷卻液的機(jī)床主軸，使冷卻液沿立銑刀外四條相互成90°油槽和螺旋槽一直通達(dá)切削部位。它能更好地實(shí)現(xiàn)冷卻效果，保持恒定適當(dāng)切削溫度，防止過(guò)熱，減少黏附和積屑瘤，提高切削速度，刀具壽命，加速排屑，防止切屑損傷工件，并提高加工精度和表面質(zhì)量。 SGS公司有一種Hi-PerCarb高性能雙刃帶鉆頭的特點(diǎn)是；由于在原螺旋槽外，刃背再開(kāi)出一條螺旋槽而構(gòu)成雙刃帶（圖4）， 雙刃帶結(jié)構(gòu)使導(dǎo)向，定心點(diǎn)增多，加工穩(wěn)定性高，冷卻液暢通，冷卻性能好與排屑性能大為提高，切削熱生成少，加工表面光潔度高，刃口的特殊處理保護(hù)了刀刃。頂部螺旋槽構(gòu)成的前刀面上磨出的兩凹槽修磨了橫刃能分?jǐn)嗲行?，增大進(jìn)給能力，減少軸向力。鉆頭表面有耐高溫特殊的Ti-NAMITE-A(AlTiN)涂層，可提高切削速度，進(jìn)行高效加工。它除適合航空難加工材料鉆削外，也適合一般鋼，鑄鐵，不銹鋼的鉆削。其加工精度高，很多情況下，可省去鉸孔工序。在普通設(shè)備可方便地進(jìn)行磨損后的在重磨。 復(fù)合材料及其加工特性為；，復(fù)合材料是兩種或兩種以上不同特性材料組合起來(lái)，使之成為某種特定性能的材料。其基體材料常用有樹(shù)脂，陶瓷，金屬等。增強(qiáng)材料則主要是纖維材料。過(guò)去玻璃纖維用的很多，它們和樹(shù)脂復(fù)合構(gòu)成的GFRP，被稱為玻璃鋼。還有芳綸復(fù)合材料AFRP用得也很多。當(dāng)今以特殊熱處理工藝制成微細(xì)碳結(jié)晶而構(gòu)成的碳纖維，因其質(zhì)輕又具有優(yōu)良的性能，應(yīng)用日益廣泛。常用的碳纖維復(fù)合材料CFRP是以碳纖維為增強(qiáng)材料，以環(huán)氧樹(shù)脂等為基體材料構(gòu)成。，碳原子固有的特性是低密度，低熱膨脹率，耐熱性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，自潤(rùn)滑性好。CFRP硬度高（HRC53-65）導(dǎo)熱性差（導(dǎo)熱性僅為奧氏體不銹鋼的1/5-1/10）但它的比強(qiáng)度，比剛度高，抗疲勞性好，耐熱性好。切削加工時(shí)，由其導(dǎo)熱性差，局部熱量集中，易發(fā)生燒傷，由于各向異性，層間強(qiáng)度低，加工中易產(chǎn)生分層，撕裂，毛邊，表面質(zhì)量差等缺陷。再加上切屑為粉塵狀，污染環(huán)境，危害人體健康。故屬于難加工材料。 碳纖維等復(fù)合材料和金屬的切削原理和過(guò)程不同。金屬切削是切刃切入使被切金屬產(chǎn)生剪切滑移形成各類切屑的過(guò)程，而碳纖維復(fù)合材料是通過(guò)鋒利的刀刃去強(qiáng)制折斷纖維和切斷環(huán)氧樹(shù)脂層的。纖維如磨料反過(guò)來(lái)摩擦磨損刀具。 碳纖維復(fù)合材料主要用在飛機(jī)機(jī)體，故它的加工多用鉆削，銑削。鉆削通常用的麻花鉆由于頂部存在橫刃，橫刃不產(chǎn)生切削作用，只是擠壓滾卷纖維，是鉆削軸向分力和切削熱的主要來(lái)由。再加上碳纖維復(fù)合材料導(dǎo)熱性極差，很易造成燒傷。 SGS公司的120系列8面4刃雙刃帶特殊鉆頭，載荷分配平滑均勻，加工精度高，加工表面質(zhì)量好，鉆孔進(jìn)出口處分層，起毛很少，磨損磨蝕小，鉆頭壽命長(zhǎng)。特別再加金剛石涂層Di-NAMITE加工質(zhì)量更高，壽命更長(zhǎng)。 SGS公司的20-CCR系列是他們專為航空碳纖維材料設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的立銑刀，在大多數(shù)情況下，可降低甚至消除纖維的破裂。減少分層剝離。它有公制英制兩種。公制的直徑有6-12毫米。刀齒有；帶金剛石涂層Di-NAMITE和不帶涂層兩類 此系列立銑刀同時(shí)具有左右螺旋槽和由它們形成的兩圓周刃。由于左右螺旋對(duì)工件作用力相反，原有的拉扯力量被壓縮力量抵消，最大限度地減少了復(fù)合材料加工中出現(xiàn)的分層，毛邊等損傷。它還帶有金剛石涂層Di-NAMITE,進(jìn)一步提高了立銑刀的硬度和耐磨性，可長(zhǎng)期保持切刃的鋒利性，減少了切削負(fù)荷，延長(zhǎng)了刀具壽命，并提高了加工質(zhì)量