碳纤维复合材料是典型的难加工材料，其难加工特征之一就是刀具磨损严重，耐用度低。碳纤维复合材料切屑形成过程是一个基体破坏和纤维断裂相互交织的复杂过程，因此，在此过程中，碳纤维作为切削硬质点连续磨耗刀具，因纤维断裂和基体剪切，以及切屑与前刀面、后刀面与已加工表面之间的摩擦而产生大量的切削热，加之碎屑带走的热量较少，切削热主要传向刀具和工件，导致刀具的快速磨损，在普通加工方式下，许多刀具都难以完成复合材料构件的切削全过程。为了解决这一难题， 将超声振动引入普通切削加工中，用于减少刀具磨损、提高工件表面加工质量。

　　以硬质合金铣刀为例，对超声切削和普通切削两种加工方式进行对比试验，并对刀具磨损表面进行了微观形貌的扫描电镜(SEM) 分析，试验结果表明，在两种加工方式下，硬质合金铣刀的磨损均为后刀面的磨粒磨损，前刀面的粘着磨损和刀刃的破损。

　　1.刀具的破损

　　在两种加工方式下，在切削过程中都发生了靠近刀尖的主切削刃的崩刃磨损，且两种加工方式下没有太大的差别。因为碳纤维复合材料属于硬脆材料，切削时形成崩碎切屑，切削力集中在切削刃附近很小的面积上，使得靠近刀尖刀刃附近的碳纤维与刀刃的局部接触压力较大，同时是不连续切削，切削力的不稳定对刀刃存在一定的冲击性，由于硬质合金铣刀的抗弯强度和韧性较差，所以刀刃磨损较快，特别是当进给量较大，或者是机床主轴转速较高时，极易发生靠近刀尖的主切削刃的崩刃磨损。

　　2.磨粒磨损

　　磨粒磨损是由于工件材料中所含有的硬质点引起的，而碳纤维复合材料属于硬脆材料，硬脆的碳纤维就属于硬质点，所以在切削碳纤维复合材料时，从磨损机理上说主要是磨粒磨损，反映在刀具上就是后刀面的磨损。 产生的原因主要是由于被切断的碳纤维弹性恢复而摩擦后刀面引起的。碳纤维的硬度很高(HRC=53~65)， 在切削过程中，切断的碳纤维发生弹性恢复而挤压后刀面，使后刀面与被加工材料的接触压力增大，所以切断的碳纤维对刀具后刀面产生强烈的摩擦，产生近乎磨削作用的微切削，在铣刀的后刀面划出一道道沟槽，使铣刀产生磨粒磨损。另外，在电镜下可以明显看到超声切削的后刀面磨损带远远小于普通切削的后刀面磨损带。

　　3.粘着磨损

　　应当说用硬质合金铣刀铣削碳纤维复合材料时，粘着趋势较切削钢铁时小很多，但是仍然会发生粘着磨损。在切削加工时，刀尖楔入被加工材料，断续崩脆切屑流经刀具前刀面，已加工工件表面连续摩擦刀具后刀面。新生表面摩擦刀具前后刀面，破坏了刀面表面的污染层，工件的新生表面和刀具表面，即两洁净表面的基体材料直接接触，其相互接触的距离达到了分子和原子的尺度，接触处形成了强烈的粘着点，刀具的表面粗糙度越高，单位面积上的作用力越高。在一般的切削条件下，大气中的水气和氧气能够部分阻止粘着，但是，切削碳纤维复合材料时不便加入冷却介质，水气和氧气的的影响极小。在快速切削的作用下，热量扩散困难，切削区的温度急剧上升，粘着在一起的接触点在某个部位断裂，破坏了刀具的原有表面形貌，造成了刀具的磨损。

　　研究人员发现，两种加工方式下刀具前刀面都有粘着颗粒，但是普通切削时多于超声切削时。这是因为在超声振动切削时，有规律的振动使刀具和切屑之间产生间歇性的切削与分离，刀具与切屑和已加工表面间只有动态的外摩擦，不利于形成牢固的粘结物，而普通加工时会很容易在前刀面上形成牢固的粘结物，并且不会从前刀面上周期性的脱落，这也是刀具前刀面只产生粘结磨损而不会产生磨粒磨损的主要原因。

　　另外，实验中还可以看出刀具前刀面上有少许凹坑，这可能就是粘结处在切削过程中突然断裂而形成的，从而破坏了刀具的表面形貌，造成了刀具的磨损。显然，超声加工方式下，前刀面的磨损好于普通方式下。

　　总之，在两种加工方式下切削碳纤维复合材料时，刀具的磨损形式主要是后刀面磨损、前刀面磨损和刀刃的破损，其中后刀面的磨粒磨损最严重，前刀面的粘着磨损较弱，当进给量加大或者是主轴转速过高时，很容易发生崩刃，所以应尽量避免。超声振动条件下，刀具的后刀面磨损和前刀面磨损均较弱，且呈现一定的规律性，刀具的耐用度高，相对于普通切削更适合于复合材料的加工。