大量采用高性能復(fù)合材料是航空飛行器發(fā)展的重要方向，復(fù)合材料用量已成為目前衡量飛機(jī)先進(jìn)性的一個(gè)重要標(biāo)志。飛機(jī)上的復(fù)合材料由小到大，由少到多，由弱到強(qiáng)，由結(jié)構(gòu)到功能，其需求量越來越大，飛機(jī)結(jié)構(gòu)也一步一步地走向材料復(fù)合化。復(fù)合材料正由次承力結(jié)構(gòu)材料發(fā)展到主承力結(jié)構(gòu)材料。由于復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、性能可剪裁等諸多優(yōu)點(diǎn)，美國(guó)科學(xué)院一項(xiàng)研究報(bào)告中指出，未來20～30 年，唯一能使飛行器性能提升20%～25%的只有復(fù)合材料。
復(fù)合材料已經(jīng)成為航空材料的“新寵”
美國(guó)貝奇飛機(jī)制造公司曾制造出世界上第一架全復(fù)合材料飛機(jī)。它使用了耐熱性能好的碳纖維層，中間夾有環(huán)氧化物。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)要比目前普遍使用的鋁、鋼和鈦的合金材料輕一半，強(qiáng)度和耐熱性幾乎相同。正是因?yàn)閾碛羞@些優(yōu)點(diǎn)，世界民機(jī)制造巨頭波音和空客都在逐步加大復(fù)合材料在飛機(jī)上的使用比例，并且在復(fù)合材料的研發(fā)和生產(chǎn)上進(jìn)行了大量的投入。波音最新研制的波音787夢(mèng)想客機(jī)所使用的材料中，復(fù)合材料占比有很大提升，達(dá)到50%，遠(yuǎn)超過鋁所占的20%，其中主要以碳纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料（CFRP）為主?？湛惋w機(jī)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)重量日益增加，從最初的空客A300飛機(jī)的不足5%，到空客A380飛機(jī)的25%，再到空客A350XWB的53%?？湛惋w機(jī)上第一次實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料的用量超過了金屬材料。
BOEING 787 先進(jìn)復(fù)合材料使用率達(dá)到50%
AIRBUS A350 XWB 先進(jìn)復(fù)合材料使用率達(dá)到52%
復(fù)合材料加工難點(diǎn)及對(duì)策
復(fù)合材料雖然已經(jīng)成為飛機(jī)制造中的新寵兒，但是在加工制造過程中存在著諸多的困難。在飛機(jī)制造中，將先進(jìn)碳纖維強(qiáng)化塑料（CFRP）復(fù)合材料與金屬疊層（如CFRP鈦和CFRP鋁等）結(jié)合使用的情況越來越多，這對(duì)鉆孔加工提出了特別的挑戰(zhàn)。在這些材料上鉆孔會(huì)造成孔公差、排屑、熱積聚、潤(rùn)滑等方面的困難，并會(huì)產(chǎn)生飛邊、刀具磨損、分層和CFRP毛刺等問題。
針對(duì)復(fù)合材料難加工的問題，金屬加工小編查找了相關(guān)資料，總結(jié)了切削纖維增強(qiáng)型樹脂基復(fù)合材料的具體措施。
措施
說明
刀具材料選擇
要選擇耐磨和導(dǎo)熱性好的刀具材料
高速鋼刀具可選用粉末冶金高性能高速鋼和氮化鈦涂層的高速鋼
硬質(zhì)合金刀具可選用導(dǎo)熱性好的YG類硬質(zhì)合金或涂層硬質(zhì)合金
超硬刀具材料可選用PCD復(fù)合片刀具和人造金剛石厚膜刀片
刀具幾何角度的選擇
切削FRP復(fù)合材料，要求刀具刀刃鋒利，具有一定強(qiáng)度，同時(shí)散熱條件要好，通常選取的刀具前角γo=5°～10°，后角α0=10°～12°，為改善散熱條件，刀尖圓弧宜選大一些，刀具主偏角＜60°
切削用量選擇
切削用量的合理選擇與刀具材料密切先關(guān)，采用高速鋼刀具切削FRP復(fù)合材料時(shí)，切削速度Vc=10～15m/min，硬質(zhì)合金刀具Vc=40～80m/min，人造聚晶金剛石復(fù)合片刀具的切削速度Vc=80～120m/min，進(jìn)給量0.2～0.5 mm/r，在切入和切出時(shí)，為防止分層、崩刃，應(yīng)適當(dāng)減小走刀量或在工件兩端進(jìn)行45°倒角
其他
對(duì)FRP復(fù)合材料的切斷，在一般情況下，可采用薄金剛石鋸片進(jìn)行切割，也可采用超高壓水，壓力為400MPa，由口徑小于φ1mm的噴嘴噴出，以2～3倍聲速的超高速?zèng)_擊被加工表面，進(jìn)行切割加工。在銑削時(shí)，為避免銑時(shí)工件切離處掉渣，應(yīng)采取順銑，并在即將銑完時(shí)，采用手動(dòng)進(jìn)給
復(fù)合材料切削解決方案
航空復(fù)合材料切削加工雖然存在著諸多的困難，但是還是有辦法解決的，金屬加工小編介紹兩款刀具，專門針對(duì)航空復(fù)合材料而設(shè)計(jì)。
山高JPD890 PCD焊片立銑刀
來自瑞典的山高刀具是全球切削刀具的領(lǐng)袖之一，在航空復(fù)合材料切削方面有著獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其代表性產(chǎn)品JPD890 有多種剪切角的PCD焊接立銑刀，先看一段加工視頻：
特性：
包含正剪切角的JPD891，零度剪切角的JPD890，負(fù)剪切角的JPD892，提供選擇
內(nèi)冷卻通道
采用多晶金剛石，切削刃鋒利，硬度高
適用于側(cè)銑，槽銑及中心切削
可修磨多次（視磨損情況而定）
優(yōu)勢(shì)：
零件表面質(zhì)量極佳且產(chǎn)生較少的切削熱量
出色的耐磨性，刀具壽命更長(zhǎng)
精度高，減少后續(xù)加工的需求
加工案例1：
零件：測(cè)試件
材料：碳纖維復(fù)合材料
機(jī)床：Hermle C30V
潤(rùn)滑：無，僅使用空氣輔助排出切屑
加工：側(cè)銑
檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：可視面分層
刀具：JPD890100E2S.0Z2A
切削參數(shù)：Dc=10mm ; Zn=2 ; ap=6mm ; ae=1mm ; vc=470m/min ; fz=0.05mm
結(jié)果：分層
加工案例2：
零件：測(cè)試件
材料：碳纖維復(fù)合材料
機(jī)床：Hermle C30V
潤(rùn)滑：無，僅使用空氣輔助排出切屑
加工：槽銑
刀具：JPD890100E2S.0Z2A
切削參數(shù)：Dc=10mm ; Zn=2 ; ap=6mm ; ae=10mm ; vc=470m/min ; fz=0.05mm
結(jié)果：分層
OSG人字形銑刀DIA-HBC4切削方案
先來欣賞一段勁爆視頻
OSG人字形銑刀DIA-HBC4，獨(dú)特的設(shè)計(jì)適用于加工CFRP材料。金屬加工時(shí)，如果使用很普遍的同款右刃螺旋槽銑刀的話，切削阻力的反力會(huì)剝下CFRP的上面表層，發(fā)生毛刺或起毛。與此相反，使用左刃左螺旋槽的銑刀的話會(huì)壓到CFRP的下面的表層并在不會(huì)剝下它的同時(shí)，也不會(huì)發(fā)生不良現(xiàn)象。即只使用一支銑刀，利用左螺旋將上面的表層壓在母材的刃和利用右螺旋將下面部分拉上來的刃，使這兩個(gè)刃起到作用抑制毛刺的發(fā)生。
加工案例
來源：金屬加工
