CFRP螺旋銑孔加工中的軸向力抑制方法*

（大連理工大學精密與特種加工教育部重點實驗室，大連 116024）

碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）由碳纖維增強體和樹脂基體構成，具有比強度和比模量高、耐腐蝕性強、抗疲勞性好等優(yōu)點，被廣泛應用于航空領域[1-2]。據(jù)統(tǒng)計，CFRP在波音787和空客A350-XWB 大型客機中的用量分別達到了50%和53%[3]。

CFRP 構件在飛機的制造、裝配過程中，需要加工大量的鉚釘孔和螺栓孔，一架大型飛機需要的制孔數(shù)量通常在數(shù)百萬以上[4]。飛機裝配制孔的精度、質(zhì)量要求都較高，不僅要保證足夠高的尺寸精度、表面質(zhì)量與位置精度，還必須有效抑制加工缺陷的產(chǎn)生[5]。

CFRP 特殊的鋪層結構導致其層間結合強度低，制孔時出口易產(chǎn)生分層、撕裂和毛刺等加工缺陷[6-7]。其中分層會導致孔的強度降低，是最嚴重的缺陷形式之一。據(jù)統(tǒng)計，在飛機裝配中，孔出口分層導致的零件報廢量占報廢總量的60%[8]。大量研究指出，制孔過程中作用在未切除材料上的軸向力是導致CFRP 分層產(chǎn)生的主要原因[9-11]。Tsao[12]及付饒等[13]分析了CFRP 制孔時的分層機理：CFRP層間結合強度低，在制孔時，軸向載荷導致出口附近的材料發(fā)生變形，當力無法繼續(xù)向下傳遞時，則聚集于出口處，而若軸向力大于碳纖維的層間結合力，纖維層之間的樹脂基體會受拉應力作用而產(chǎn)生破壞，進而形成分層缺陷。避免CFRP 分層的關鍵是使加工中的軸向力小于碳纖維的層間結合力，基于此原理，國內(nèi)外學者進行了大量研究，如通過優(yōu)化刀具幾何參數(shù)[14-15]、工藝參數(shù)[16-18]及疊加超聲振動[19]來減小軸向力。……