RESEARCH

学术论文

碳纤维复合材料与钛合金结构制孔工艺研究

Investigation of Drilling Process for Carbon Fibre Reinforced Plastic (CFRP) and Titanium Sandwich Structure

西北工业大学

于晓江 曹增强

上海飞机制造有限公司 蒋红宇 龚佑宏

[摘要] 针对碳纤维复合材料（CFRP）与钛合金夹层结构钻削中存在的问题，进行了系统的工艺研究。主要从钻入侧的选取、钻削参数、制孔中存在的问题以及大直径孔加工工艺等几个方面进行试验研究，结果表明目前的钻削工艺需要改进。提出了适合实际操作的工艺方法，解决了夹层结构制孔中出现的问题，并对钻削刀具进行分析。

关键词： 碳纤维复合材料 钛合金 夹层结构 钻削工艺

[ABSTRACT] The intensive study on the dam-ages of drilling process for carbon bre reinforced plastic (CFRP) and titanium sandwich structure is carried out. The experimental investigations on drilling sides, drill-ing parameters, damages in the drilling and large diameter hole drilling process are put forward. The results show that the current process needs to be improved. Practical drill-ing process is presented and the damages in the drilling is solved. The drilling tools are analyzed.

Keywords: CFRP Titanium alloy Sandwich structure Drilling process

碳纤维复合材料（简称复合材料）和钛合金都是典型难加工材料。钻削碳纤维复合材料一般采用高转速和小进给量，由于切削液对复合材料的性能有不良的影响[1]，一般采用干切加工。复合材料热导率小，线胀系数和弹性恢复都较大，导致复合材料存在缩孔现象。钻削钛合金一般采用低转速和适量进给量，钻削过程中，需加切削液（32号机油加煤油，比例为3∶1）。钛合金导热系数小，弹性恢复大，冷硬、粘结、扩散现象严重且易于氧化，导致钛合金钻削性能差，钻削中有回弹，尺寸不稳定[2]。

由于钻削碳纤维复合材料和钻削钛合金所采用的钻削参数（转速、进给量）和加工条件不同，有时为了保障孔配合精度，不准许单独加工。因此，生产中对这种夹层结构的钻削工艺及加工条件要求都比较高。目前，这种夹层结构的制孔，一直是生产中的难题。

波音公司针对碳纤维复合材料与钛合金夹层结构

钻削，花费大量的人力和物力专门研制了适合这种夹层结构钻削的组合钻头[3]，钻孔数量得到了较大的提高，质量也有所改善，提高了加工效率。但此类钻头制作工艺复杂，价格昂贵，是普通硬质合金钻头的几百倍。另外，其工艺细节保密。

我国目前钻削碳纤维复合材料与钛合金夹层结构，主要采用整体硬质合金麻花钻，按钻钛合金转速和进给量钻削，直至钻通[4]。这种方法制孔精度差，容易出现钛合金翻边和复合材料烧蚀现象。本研究主要对碳纤维复合材料与钛合金夹层结构钻削工艺进行研究，改进钻削工艺，解决钻削中出现的问题。

1 试验内容

试验是在立式钻床上进行的，钻床具体参数见表1。

表1 钻床参数表 试验中，采用的刀具为Y330（金刚石涂层）整体硬质合金麻花钻。材料为T800碳纤维复合材料和Ti6AL4V钛合金板，如图1所示。

图1 试验材料

Fig.1 Experimental material

2011 年第 3 期·航空制造技术

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