航空碳纖維復合材料構件無缺陷制孔方法的研究

       電鍍金剛石鉆頭切削原理和普通的鉆頭不同，電鍍金剛石鉆頭鉆孔的本質為“以磨代鉆”，制孔時每一個磨粒的運動軌跡是螺旋線。刀具端面上的磨粒為主切削部分，這些磨粒大多數是負前角，一個具有很大負前角的切削刃以很高的速度切入復合材料表面，磨粒切削刃和纖維之間產生摩擦、擠壓作用，并且克服碳纖維和基體的彈性變形的阻力形成切屑。

       碳纖維增強復合材料(CFRP)作為一種先進的復合材料已經在飛機結構中得到了越來越廣泛的應用，并不斷地從非承力構件向次承力構諸如制孔毛刺、撕裂、分層缺陷等問題也越來越多，一直以來采用硬塑料板或鋁板頂緊鉆頭出口處，防止復合材料孔出口面撕裂，嚴重影響了產品強復合材料加工問題，開發了一種貫穿全長的單向四槽螺旋硬質合金銑刀，較好地解決了切削熱問題。美國堪薩斯州立大學Z.C. Li等人利用超聲振動加工工藝，采用金屬結合劑燒結金剛石鉆頭進行碳纖維復合材料鉆孔研究，取得了較好的效果。波音公司針對碳纖維復合材料和鈦合金鉆削加工而研制的金剛石復合鉆頭可以實現復合材料與鈦合金構件的一次加工，刀具壽命得到了大大的提高，鉆孔質量也有所改善，同時提高了加工效率。

       目前我國裝配制孔仍然以傳統的硬質合金刀具為主，不僅刀具磨損嚴重，而且加工效率低下、加工質量不穩定。本文結合生產實踐，從制孔缺陷形成過程的分析人手，分析了切削力對制孔缺陷的影響規律，探討了“以磨代鉆”工藝的實用價值，為改善和提高企業碳纖維復合材料構件制孔質量和效率提出了一條有效的技術途徑。

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