JC35導讀：作為一種合金材料，鋼一直被認為是制造刀具夾頭和鏜桿的材料。而Suprock技術公司正在嘗試改變這種現(xiàn)狀。該公司已開發(fā)出了用復合材料制造的刀具夾頭和鏜桿原型。
　　
　　復合材料的成分構(gòu)成與金屬合金有類似之處，設計者可將不同的纖維、纖維取向和比例，以及樹脂混合在一起，以獲得所需要的材料特性。據(jù)Suprock技術公司負責人/創(chuàng)始人ChristopherSuprock介紹，該公司采用了不同類型的復合材料來制造工具，包括碳纖維、aramid纖維和玻璃纖維增強型復合材料。他說，“例如，在剛性至關重要的加工場合，可以在橫截面的大圓角處采用高濃度的碳纖維。”為提高剛性而設計的復合材料可以達到379GPa的彈性模量（與之相比，鋼的彈性模量為200GPa）。這種特性使復合材料工具能夠承受的切削力比鋼制工具幾乎大一倍，并與鋼具有相同的抗撓曲能力，從而使用戶可以增大切屑負荷。
　　
　　與鋼制工具相比，復合材料工具還有助于更有效地減輕切削加工中的振動和顫振。這是因為分散的纖維之間的聚合物結(jié)合劑能有效地衰減振動能量，并將其轉(zhuǎn)化為低水平的熱量。Suprock舉例說，“賽車和重型機械就常常采用碳纖維驅(qū)動軸，以防止傳動系統(tǒng)損壞。”
　　
　　復合材料的重量通常比鋼輕3－4倍（取決于復合材料的成分），而且，工具的質(zhì)量越輕、剛度越高，其固有頻率就越高，而這對工具非常有利，因為這意味著可以更容易地控制顫振。例如，通過提高鏜桿的固有頻率，就可以用一根長徑比為10∶1的鏜桿替代一根長徑比8∶1的鏜桿，而不會降低切削性能。也就是說，長徑比10∶1的復合材料鏜桿具有比長徑比8∶1的鋼制鏜桿更高的固有頻率。對于直徑可調(diào)的鏜桿，較高的固有頻率可顯著提高其使用性能。鏜桿重量越輕，調(diào)節(jié)直徑就越容易。
　　
　　復合材料的熱性能也對工具非常有利。復合材料的熱膨脹可以控制到幾乎為零，而且這種材料受熱時往往會收縮。例如，具有很高彈性模量的碳纖維復合材料的熱脹率數(shù)量級為-1×10-7（in./in.°F），而鋼的熱脹率數(shù)量級為6×10-6－7.3×10-6（（in./in.°F）。這就意味著，如果加工環(huán)境溫度上升，復合材料工具保持其尺寸的能力比鋼制工具好60倍，而且，其尺寸是向危害較小的方向變化——收縮而不是膨脹。
　　
　　隨著航空工業(yè)對批量生產(chǎn)的需求增加，復合材料的價格在不斷下降，而鋼價將會保持穩(wěn)定或上漲。同時，在競爭激烈的材料市場上，新的復合材料牌號也被不斷開發(fā)出來。此外，由于制造復合材料工具是采用加成工藝，因此其生產(chǎn)成本將低于加工鋼制工具（尤其是大規(guī)格工具，如鏜桿）的成本。鋼制工具的內(nèi)冷卻通道必須進行鉆削加工，并有可能發(fā)生角度偏斜（取決于工具裝配的前端形狀），而復合材料工具的冷卻液通道可在設計時就嵌入其中，并在加成制造時制作出垂直的冷卻孔，或采用一種可分解的材料來制作冷卻孔。另外，如果需要在工具上配備傳感器，可以在層壓制作復合材料時，將其預先置入工具內(nèi)部，使其成為材料的一部分。Suprock說，“例如，我們不必在鋼制鏜桿頂部增加材料，以保護傳感器，因為傳感器已植入復合材料之中了。”
　　
　　Suprock補充說，“zui終，我們的復合材料工具技術將逐步成熟，從而使復合材料工具在機械性能和物理性能上都成為超過鋼制工具的。”目前，Suprock技術公司正尋求與工具制造商合作，將這些已申請（待批）的技術轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品線，并尋求產(chǎn)品測試合作伙伴，對這些產(chǎn)品在實際加工中的使用性能進行試驗和改進。