碳纤维增强复合材料钻孔加工中刀具磨损试验研究
中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司孙忠海翟南郭志涛【摘要】摘要碳纤维增强复合材料属于典型的难加工材料。钻孔加工过程中，钻头磨损严重，影响CFRP的表面质量，降低加工效率，需要降低钻孔过程中刀具的磨损。通过使用2种不同材质的钻头钻削CFRP，研究钻头材质对刀具磨损值、钻削轴向力的影响，得到：钻头主要磨损形式为磨粒磨损、粘着磨损、崩刃；PCD钻头的加工效率和耐磨性远高于硬质合金钻头。【期刊名称】航空制造技术【年卷期】2015000019【总页数】3【关键词】碳纤维增强复合材料磨损机理VB值钻削力碳纤维增强复合材料（CFRP）的高比强度、高比模量等优点使其可以在航天航空业大幅度减轻机体结构质量、改善气动弹性，提高飞机的综合性能，因此，先进复合材料在航天航空业上的应用不断得到扩大1。碳纤维的高硬度、高强度及导热性差等特点使其成为典型的难加工材料。CFRP钻孔过程中，刀具磨损严重。刀具磨损会造成钻孔质量下降，孔口处出现撕裂、起毛、分层等加工缺陷，孔壁表面粗糙度高；同时，磨损过快将导致刀具报废，影响加工效率、提高经济成本，使批量加工CFRP成为难题。目前，国内外学者对CFRP的钻孔加工过程中刀具的磨损进行研究，从而得到结论：大连理工大学的高航、刘国兴等2采用电镀金刚石组合刀具钻削CFRP，得出金刚石磨粒磨损可分为3个阶段，磨损形态与轴向力相关；南京航天航空大学的贺虎3使用金刚石套料钻钻削CFRP，通过对比轴向力和磨损值得出，
f套料钻更适合钻削CFRP；武汉设计研究院的张毅等4采用超声波振动铣削CFRP研究刀具磨损，得出超声振动条件下，刀具磨损较弱，刀具的使用寿命高，相对于传统切削更适合复合材料的加工；法国的Iliescu和西班牙的DGehi、MEGutierrez等5使用金刚石涂层硬质合金钻头和未涂层的硬质合金钻头钻削CFRP，建立了进给速度、切削速度、刀具磨损值和轴向力之间的数学模型。钻削加工中，切削刃的锋利性随着切削力、高温和滑动磨损的改变而改变，刀具磨损依赖于刀具类型、加工材料、切削条件和润滑剂的选择。随着加工时间的延长，刀具的切削刃越来越钝，工件的加工质量也严重下降。许多学者证实了切削力是反应加工状况的高度敏感的信息载体，所以测量切削力是间接测量刀具磨损的一种有效方法，切削力的变化能精确可靠地评价刀具磨损和失效69。目前，国内外普遍使用PCD刀具作为加工CFRP的主流刀具，但是PCD刀具的价格较高r