轻量化是材料应用的主要方向，高强度钢、轻质合金、复合材料是未来的发展方向，同时复合材料也迎来了良好的发展机遇，碳纤维和玻璃纤维复合材料因其重量轻、强度大、可设计性好、耐冲击及耐腐蚀等优势，其拉伸强度是金属的3～5倍，抗冲击强度大于1500 MPa，满足高强度零件要求；重量比钢件轻50%，比铝件轻30%，轻量化减重效果非常明显，因此已被广泛应用于汽车、航空航天、风力风电等领域。
图1 复合材料的主要应用领域
一、复合材料的切削加工方式
1.复合材料的车削加工
车削加工是在复合材料（CFRP）加工中应用最多的方法也是最基础的方法，通常适用于圆柱表面预定公差的实现。适合车削可以应用的刀具主要材料为：硬质合金、聚晶金刚石。
加工过程中，进刀速度、吃刀深度和切削速度等参数和刀具性能都会影响工件成品表面质量，这也是技术优化的主要目标方向。
2.复合材料的铣削加工
铣削加工通常是对成品工件进项再加工的一种加工方式，加工精度要求较高，是对复杂工件粗加工后的修缮性的铣削过程。
在加工过程中，端铣刀和复合材料（CFRP）之间要进行复杂的相互作用，容易造成CFRP工件存在没切断的纤维纱线以及分层现象。为减少和避免类似缺陷产生，需要在加工前期科学预测切削力和轴分层、未切断的纤维纱线毛边等现象的发生，控制加工工艺参数设置，如纤维取向、轴向和切向进给速度、切削速度等，需要反复实验纤维取向、轴向和切向进给速度，形成最佳参数，进行铣削加工。另外，刀具材质的选择，也会对工件表面粗糙度产生显著影响，选择合适的刀具材质，设置合理的工艺参数，将会有效减少毛刺毛边的产生。
图2 华菱超硬PCD铣刀（可定制）
3.复合材料的钻孔加工
钻孔加工时复合材料工件常用的加工方式，也是主要难点，如在复合材料（CFRP）钻孔过程中，材料的离层现象、刀具的磨损以及孔内壁的质量问题等。
经实验分析，设置的切削参数、钻头的几何形态以及切削加工的质量对复合材料的钻孔加工均产生明显影响。通常把损伤区最大直径和孔径比率称为损伤因子，也是表示分层现象的程度，分层因子越大，表示分层问题越为严重。通过实验可以推理，切削过程中推力和分层现象产生也有相互关系，推削力的大小也可表示分层程度。基于相同的钻孔材料，不同于其他加工方式，钻孔加工中切削速率不会给切削力产生很大影响。
在同一切削参数下，与麻花钻头相比，参数对复合型特殊钻头的分层影响较低。对于成型的非标钻头，较大的进给速度和钻头直径可以减少分层，并且钻孔切削力会随着直径比的减小而增大，随着进给速度的增大而增大。
二、复合材料的切削加工难点
复合材料的切削加工难点主要体现在：
（1）复合材料层间强度低，易在切削力的作用下产生分层；
（2）纤维复合强度高，均匀性较差，难切削；
（3）精度要求高，不能容忍加工过程中的一点点异常偏差；
（4）预加工附加值高，不允许废品的产生。
三、复合材料的切削加工刀具材质选择
合理选择刀具材质，是加工复合材料的重要条件，根据复合材料的加工特点，要求刀具材料和刀具几何参数相对合理，既要耐磨、锋利，又要散热条件好，才能有效地切断纤维，达到合理的刀具寿命。
1.高效切削加工复合材料的刀具材质——PCD和CVD金刚石刀具
金刚石的硬度可达9000HV，是硬质合金的4～6倍，具有很高的耐磨性（是硬质合金的几百倍），如华菱超硬CDW010材质，具备优异的耐磨性，同时保持锋利的刃口，可有效地切断纤维，保证较高的表面光洁度，减少刃磨刀具、抛光等辅助时间，减轻操作者的劳动强度，大大提高生产效率。
2.PCD牌号CDW010的性能
如图3所示，PCD的耐磨性和抗崩刃性能很大程度上取决于其粒度的大小。其中CDW025的粒度最粗，CDW302为2微米和25微米的混合粒度，他们的的耐磨性能最好，CDW850的粒度最小，耐磨性和抗崩刃性能都很好；CDW010为中等粒度，耐磨性和抗崩刃性能匹配平衡，性能优异，加工复合材料时通常采用CDW010材质。
图3 PCD牌号的性能
图4为华菱超硬6种不能粒度的PCD——CDW850/CDW002/CDW005/CDW010/CDW025/CDW302的性能特点及其微观结构。
图4 PCD牌号的性能特点
3.复合材料典型应用之风电叶片刀具方案
采用玻璃纤维增强复合材料的风电叶片，无论从性能方面、还是耐磨性、耐高温性、抗腐蚀性方面都比传统的铝材、钢材、木材之类的好很多，深受风电行业的欢迎。其中加工玻璃纤维风电叶片用金刚石刀具方案如下：
（1）叶片根部加工：用金刚石刀具CDW010材质铰孔刀片，常用型号有：WCMT06T3，WCMT0905
（2）叶片根部端面铣削：叶片根部被锯切后，表面不平整，需用金刚石铣刀片对风电叶片根部端面进行铣削加工，常用刀片型号：CDW010材质SEHT1204和SPMT16T4。
（3）风电叶片钻孔刀具：金刚石电镀铰刀
图5 风电叶片加工刀具方案
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