CFRP/Ti-6V-4V合金疊層材料的鉆孔加工

碳纖維增強復(fù)合材料具有輕質(zhì)高強等優(yōu)點，近年來在航空航天領(lǐng)域多有應(yīng)用。鈦合金具有強度高、密度低、耐熱性好等優(yōu)良性能。在航空制造領(lǐng)域，往往將CFRP和Ti-6V-4V合金疊加在一起使用，而二者需用螺栓連接，因此就需要鉆孔加工，而這種材料鉆孔加工的研究報告極少。為此采用超硬鉆頭對CFRP和Ti-6V-4V合金的疊層材料進(jìn)行了鉆孔加工，研究切削條件、刀具涂膜種類與刀具磨損的關(guān)系，探討最優(yōu)的切削條件。

實驗采用4種涂膜的超硬鉆頭(φ6 mm)，分別為TiAlN涂膜超硬鉆頭、TiAlCr/TiSi涂膜超硬鉆頭、TiSiN涂膜超硬鉆頭以及AlCrSiN涂膜超硬鉆頭。被加工材為CFRP(厚度3 mm)和Ti-6V-4V合金(厚度9.5 mm)的疊層材料。切削速度為18.8 m/min，進(jìn)給量為0.2 mm/r，實驗在干式及濕式2種條件下進(jìn)行，濕式切削時水霧的流量為100 mL/h。從鉆頭內(nèi)部施加的壓力為0.35 MPa。測量在鉆孔加工中被加工材上的推力、力矩及鉆頭切削面的磨損量，并觀察加工孔的表面狀況。當(dāng)鉆頭切削面磨損達(dá)0.2 mm時定義為工具壽命結(jié)束，并終止實驗。

實驗表明對CFRP鉆孔時，其推力和力矩隨切削條件的變化不大;對鈦合金鉆孔時，在濕式條件下切削時其推力比干式切削要小。鈦合金鉆孔時的力矩在切削距離小于375 mm(N=30，N為孔數(shù))時變化不大，而當(dāng)切削距離大于1125 mm(N=90)時，濕式條件下的力矩急劇增大。對刀具磨損狀況的觀察表明，TiAlCr/TiSi涂膜的超硬鉆頭磨損最小，其次為AlCrSiN涂膜鉆頭。干式與濕式條件相比較可以看出，濕式鉆孔時工具壽命要長，這是由于使用水霧降低了切削溫度，從而減輕了工具的磨損現(xiàn)象。對鉆孔的表面及孔內(nèi)壁的觀察表明，干式鉆孔時CFRP內(nèi)壁出現(xiàn)層間剝離現(xiàn)象，濕式鉆孔時CFRP與鈦合金的連接側(cè)呈現(xiàn)燒傷現(xiàn)象，這是由于鈦合金切削溫度的上升引起的。另外在濕式鉆孔中鈦合金的孔內(nèi)壁有損傷，這是由于所用的雙刃鉆頭隨著工具磨損的增大，二片刃的切削抗力平衡被破壞，使第二刃在加工內(nèi)壁引起跳動，這樣在第二切削面上就有鈦的粘著，這是采用雙刃鉆的現(xiàn)象。而用單刃鉆干式切削時就沒有出現(xiàn)這種鈦合金的粘附現(xiàn)象。