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隨著復(fù)合材料、鈦合金以及由兩種材料構(gòu)成的疊層材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)用日益增多，飛機(jī)機(jī)身制造業(yè)正在發(fā)生巨大的變化，同時(shí)也對(duì)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(jī)身制造技術(shù)的變化
為了提高飛機(jī)的飛行效率，降低其生命周期成本，飛機(jī)制造商正在越來(lái)越多地使用復(fù)合材料和鈦合金。例如，波音787和空客A350的機(jī)身大部分將用復(fù)合材料制成（按重量計(jì)）。在商務(wù)客機(jī)市場(chǎng)上，豪客比奇（Hawker Beechcraft）公司的Premier IA型和Hawker 4000型客機(jī)的機(jī)身將全部采用復(fù)合材料制造；Eviation公司的EV-20 Vantage型飛機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身也將采用全復(fù)合材料。
復(fù)合材料的使用推動(dòng)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(dòng)化工序加工的大量小直徑緊固件。因此，保留下來(lái)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(fù)合材料與鋁之間的接觸可能會(huì)引起化學(xué)電流腐蝕，而安裝在石墨復(fù)合材料上的結(jié)構(gòu)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(jìn)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(diǎn)
碳纖維復(fù)合材料的加工難點(diǎn)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(qiáng)纖維時(shí)，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(guò)大（如強(qiáng)力鉆削時(shí)），工件的疊層結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)各層分離現(xiàn)象；
�。�6）加工時(shí)會(huì)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(diǎn)
鈦合金材料所特有的加工難點(diǎn)包括：
�。�1）鈦的彈性模量低，由于切削加工時(shí)材料被刀具推開(kāi)，然后又回彈，因此刀具需要采用較大的后角；
�。�2）鈦的導(dǎo)熱性差，導(dǎo)致切削溫度很高（80％的切削熱被傳入刀具，而切削鋼時(shí)僅為50％）；
（3）鈦在高溫下化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)，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(jìn)給率加工時(shí)）；
�。�5）溫度升高時(shí)仍能保持高強(qiáng)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(shí)，材料表面損壞的可能性較大，從而會(huì)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(fù)合在一起的新型材料的挑戰(zhàn)外，目前的飛機(jī)機(jī)身裝配對(duì)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(fù)合材料上鉆削直徑更大的孔；
�。�2）為了縮短機(jī)身裝配時(shí)間，對(duì)“一次過(guò)”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(dòng)化加工的應(yīng)用日益增多，但在最終裝配工序仍然主要使用氣動(dòng)鉆機(jī)；
�。�4）精益加工原則的應(yīng)用越來(lái)越多。
上述這些因素都會(huì)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(shí)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(biāo)流程時(shí)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(biāo)流程時(shí)間則是每天裝配出一架飛機(jī)。與此對(duì)照，波音737目前該流程時(shí)間為10天（2000年時(shí)為22天，今后的目標(biāo)為8天）；波音777的流程時(shí)間則為25天。波音787的流程時(shí)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(dá)裝配工序的各個(gè)部件都預(yù)裝好了飛機(jī)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(lái)說(shuō)，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(qiáng)度和斷裂韌性），從而能在動(dòng)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(dǎo)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(xué)親合力或反應(yīng)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(jìn)行權(quán)衡取舍。但是，這兩種特性對(duì)于碳纖維增強(qiáng)聚合物和鋁基復(fù)合材料的加工都必不可少。
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（如CFRP）的鉆削加工與鉆削木料比較類(lèi)似。加工的關(guān)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
