机械工程学报

作者：李树健, 李晴晴, 杨彭, 刘翔宇, 李常平, 李鹏南

单位：湖南科技大学机电工程学院 湘潭 411201

关键词：CFRP,层间钻削,出口损伤,钻头角度,加工参量；

基金：国家自然科学基金资助项目(52475452，51975208，52275423)。

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics, CFRP)因其优异特性在航空航天、军工国防等核心领域得到广泛应用。钻削是实现CFRP制孔的最常用方式。为满足某些特殊场景需求，以钻削方向平行于CFRP层间界面为主要加工特征的新型层间钻削方式开始涌现，其出口损伤形成机制与影响因素成为制约CFRP层间制孔技术的关键。遵从理论与实验相结合的方法，研究了CFRP层间钻削出口损伤的形成机理，探讨了钻头角度、加工参量等因素的影响规律，构建了CFRP层间钻削轴向力和出口损伤的数学预测模型，并进一步以低轴向力、低损伤为目标开展了多参量优化设计。结果表明：层间钻削出口损伤主要受主切削刃和副切削刃影响，而横刃影响较小。在层间钻削出口，0°纤维层主要产生纤维剥离损伤，90°纤维层的纤维断裂模式主要依赖于纤维切削角，在45°或135°纤维层内形成层内撕裂损伤。随钻头顶角增加轴向力增大，出口毛刺和层内撕裂减少。螺旋角对轴向力的影响相对较小，但增大螺旋角会减少出口毛刺。随进给量增加轴向力增大，综合损伤因子减小，而主轴转速的影响则不明显。为获得较低的轴向力和出口损伤，本研究建议采用的刀具角度和加工参量匹配组合为：钻头顶角80.5°、螺旋角15.2°、主轴转速11 385 r/min、进给量0.010 6 mm/r。

来源：2025年第19期

《机械工程学报》期刊编辑部

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