導讀：制造業在大力推進以多功能化、高性能化為主的產品開發；近年來，環保型產品的開發也變得日益必要；同時，產品使用的材料也在逐年變化……

　　當前，制造業在大力推進以多功能化、高性能化為主的產品開發；近年來，環保型產品的開發也變得日益必要；同時，產品使用的材料也在逐年變化。在代表制造業的汽車工業、航空工業以及半導體工業，雖然過去主要使用鐵系材料作為產品的構件材料，但目前高強度、輕量化的非鐵質復合材料的使用量已呈現出增加趨勢。使用這些材料的最大目標是：在保持產品強度的同時，又能實現產品的輕量化，從而在使用時能減少能源消耗。

　　在復合材料加工方面，相關的切削刀具及使用方法與過去已有很大不同。復合材料的典型代表--碳纖維增強塑料（Cabron Fiber Reinforced Plastics,CFRP）和金屬基合成材料（Metal Matrix
Composites,MMC）在可切削加工性良好的母材中都含有難加工的硬質材料，故刀具磨損嚴重。在加工含有硬質材料的復合材料時，從抑制磨料磨損的角度來看，采用目前地球上最堅硬的金剛石作為刀具材料是相當有效的。本文主要介紹用金剛石涂層刀具切削難加工復合材料的加工實例。

　　CFRP的加工

　　目前世界上投入運營的噴氣式客機約有14300架，預計到20年后的2024年，將會增加到31700架。受到近來石油價格高漲的影響，以及為了滿足航空需求的不斷增加，人們力求飛機輕量化，以達到高效運輸和降低能耗的目的。波音公司使用的復合材料以CFRP為代表，在其新機種波音787中，其使用率大約占到機身重量的50%,今后還有進一步增加的趨勢。

　　CFRP是由具有方向性的碳纖維在母體樹脂中反復層疊后燒制而成的復合材料。碳纖維的主要作用是提高材料強度。在實際的產品制造過程中，需要將層疊的CFRP板進行切斷、鉆孔后加工為成品形狀。加工這種復合材料時，會出現因纖維不能被完全切斷而引起毛刺或由硬質材料導致刀具壽命縮短的問題。

　　以用φ10mm硬質合金立銑刀切斷厚度為5mm的CFRP層疊板為例（切削條件：6000r/min,1200mm/min,切削長度0.5m,吹氣冷卻）。用傳統的常規形狀立銑刀加工時CFRP工件上通常會出現毛刺。與此相比，將刀具螺旋角由常規形狀的30°改為試驗刀具的10°后，有效抑制了毛刺的產生。一般認為，螺旋角較大時，由于其向上的分力拉起碳纖維的作用較大，因此容易產生毛邊；通過減小螺旋角，就能抑制這種現象的發生。

　　第二個加工實例是用4種φ10mm立銑刀對厚度5mm的CFRP層疊板進行切斷加工（切削條件同上例）。按0.5m切削長度來考核，未涂層立銑刀的外周兩面磨損都很大；TiAIN涂層立銑刀和DLC類金剛石涂層立銑刀也出現了較大磨損，刃口部位的涂層因完全磨損而露出了基體材料，磨損程度與未涂層立銑刀差別不大。而金剛石涂層立銑刀的磨損很小，基體完全沒有露出來。由此可見，加工CFRP時，刀具磨損嚴重，TiAIN涂層刀具及DLC涂層刀具的耐磨性都較差，因此，選擇金剛石涂層刀具是有效的解決方案。

　　MMC的加工

　　汽車零部件、半導體裝置零部件以及熱交換器等主要采用高性能的MMC材料，但是，由于生產成本和產品形狀自由度的原因，其發展滯后于合金材料的改良。盡管如此，由于節能意識的增強，對高強度、輕量化MMC材料的需要量有不斷增加趨勢。

　　MMC是以陶瓷為強化材料、金屬為基體制成的復合材料，可以采用多種材料組合。其中，以鋁為合金中的主要成分且含有百分之幾十的氧化鋁和碳化硅的MMC的使用正在增加。加工MMC時，材料中所含高硬度的陶瓷成分易導致刀具磨損是主要問題所在。

　　實際的加工實例包括從形狀加工到鉆孔的各種加工。以下為鉆孔加工實例：用三個企業生產的φ2.6mm金剛石涂層鉆頭對Al-30%SiC的MMC工件進行鉆孔加工試驗（切削條件：5000r/min,500mm/min,孔深7.8mm,水溶性切削油）。加工50個孔后，A公司和B公司的金剛石涂層鉆頭前端的兩個面磨損很大，可以明顯看到涂層剝落。A、B兩家公司的鉆頭在分別加工了127個孔和140個孔之后失效。而三菱公司的金剛石涂層鉆頭在加工50個孔后，刃口也只有常規的磨損，金剛石涂層仍緊貼于刀具基體上。刀具繼續加工鉆到256個孔才失效。而用未涂層鉆頭和TiAIN涂層鉆頭等加工時，鉆了幾個孔后就因磨損劇烈而無法再加工。由此可知，加工MMC復合材料時，刀具磨損嚴重是最大難題，采用金剛石涂層是有效的解決途徑。三菱公司的涂層與基體具有很高的結合力，是刀具壽命長的關鍵。

　　為了穩定地切削加工以CFRP和MMC為代表的復合材料，本文以金剛石涂層刀具的加工實例予以說明。我們認為，為了滿足產品多樣化的需求，在加工難切削材料的過程中，有效利用金剛石刀具將變得越來越重要。