孫會(huì)來(lái)，陳寧，于欣欣（天津工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300387）

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基于硬質(zhì)合金開(kāi)孔器對(duì)碳纖維復(fù)合材料的制孔

孫會(huì)來(lái)，陳寧，于欣欣
（天津工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，天津 300387）

為更好地避免碳纖維復(fù)合材料（CFRP）的制孔缺陷，選擇硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制孔，在相同工藝參數(shù)下對(duì)2種刀具制孔過(guò)程中的軸向力大小以及制成孔的出口質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比分析，討論制孔加工過(guò)程中的受力情況.試驗(yàn)結(jié)果和分析表明：在主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min、進(jìn)給速率為150 mm/min時(shí)，硬質(zhì)合金開(kāi)孔器加工的孔出口處質(zhì)量較平整，幾乎沒(méi)有撕裂出現(xiàn)，而釬焊金剛石套料鉆加工的孔出口處有些許撕裂，而且對(duì)比前者，其崩邊缺陷較為嚴(yán)重，崩邊因子為0.10.同等條件下，硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制成孔的孔壁粗糙度為0.213，釬焊金剛石套料鉆制成孔的孔壁粗糙度則為0.621，較粗糙，所以選擇硬質(zhì)合金開(kāi)孔器對(duì)碳纖維復(fù)合材料制孔更優(yōu).

碳纖維復(fù)合材料（CFRP）；制孔工藝；硬質(zhì)合金開(kāi)孔器；制孔質(zhì)量

碳纖維復(fù)合材料（carbon fiber reinforced plastic，CFRP）是一種以環(huán)氧樹(shù)脂為基體材料、碳纖維為增強(qiáng)體的先進(jìn)材料.從其結(jié)構(gòu)及性能來(lái)說(shuō)，它不僅具有碳材料的固有特性，即高比模量和比強(qiáng)度、抗高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、傳熱以及熱膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，還具備紡織纖維的柔軟可編織性，所以在航空航天領(lǐng)域被廣泛使用［1-8］.但另一方面CFRP屬于難加工材料，盡管近年來(lái)其凈成型制造已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)，對(duì)于大多數(shù)航空應(yīng)用領(lǐng)域中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)而言，機(jī)械連接依然還是一個(gè)不可缺少的工藝過(guò)程［9］.

CFRP因其特殊的成型工藝，常以層合板形式出現(xiàn)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，其性能表現(xiàn)為各向異性，制孔加工中常出現(xiàn)毛刺、分層與撕裂的制孔缺陷，這些缺陷對(duì)制孔的尺寸精度產(chǎn)生嚴(yán)重影響［10-11］.Koplev等［12］對(duì)CFRP進(jìn)行切削試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)纖維最終被切斷是因?yàn)榍邢鬟^(guò)程的刀具進(jìn)給中，垂直于CFRP自身軸線的剪切應(yīng)力超過(guò)材料的極限剪切強(qiáng)度所致.張厚江等［13］做了單向碳纖維復(fù)合材料（UCFRP）直角自由切削力的研究，將直角自由切削的切削區(qū)劃分為3個(gè)變形區(qū)，再?gòu)牧W(xué)角度出發(fā)分別計(jì)算得到相應(yīng)切削力，總切削力即為3個(gè)變形區(qū)的切削力的代數(shù)和，而且他提出的切削力計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)定值具有較好一致性. Mohan等［14］建立了扭矩和軸向力關(guān)于刀具直徑和進(jìn)給速度的半經(jīng)驗(yàn)公式.Chen［15］做了大量麻花鉆制孔試驗(yàn)，研究刀具的幾何參數(shù)和切削速度、進(jìn)給速度對(duì)鉆削中的軸向力及扭矩的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)優(yōu)化刀具幾何參數(shù)和切削參數(shù)減小切削力，避免復(fù)合材料的分層損傷.本文探討不同主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度下刀具制孔中軸向力的變化規(guī)律.Jain等［16］和Tsao等［17］設(shè)計(jì)出了一種中空結(jié)構(gòu)的孕鑲金剛石磨削刀具對(duì)復(fù)合材料制孔，其機(jī)理為磨削加工即“以磨代鉆”.因?yàn)榈毒叩闹锌帐浇Y(jié)構(gòu)，加工面積小，相較于麻花鉆頭，消除了橫刃部分的不利因素，切削過(guò)程較平穩(wěn)，且切削力的波動(dòng)不大.但在之后研究中發(fā)現(xiàn)“以磨代鉆”的磨粒很難實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格有序的排布，單顆磨粒的切削厚度難以準(zhǔn)確控制，所以借由此種制孔方法的孔口表面質(zhì)量不優(yōu)［18］.本文嘗試用硬質(zhì)合金開(kāi)孔器對(duì)CFRP進(jìn)行制孔，對(duì)比其與“以磨代鉆”的釬焊金剛石套料鉆的軸向力大小及孔出口質(zhì)量，分析其制孔成型過(guò)程，得到更優(yōu)的制孔工藝.

1　實(shí)驗(yàn)條件

實(shí)驗(yàn)中采用的材料為碳纖維復(fù)合材料（CFRP），型號(hào)為T300，厚度為2 mm，鋪層形式為13層［0°/90°/0°］.

建立的CFRP制孔試驗(yàn)平臺(tái)是由漢川XK714D數(shù)控立式加工中心和軸向力動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)組成的. XK714D數(shù)控銑床的主要技術(shù)參數(shù)為：主軸轉(zhuǎn)速范圍60～8 000 r/min；進(jìn)給速度范圍（X/Y/Z）2.5～5 000 mm/ min；行程（X/Y/Z），630 mm/400 mm/500 mm；主軸電機(jī)功率7.5/11 kW；工作臺(tái)面積400 mm×900 mm.軸向力動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)如圖1所示.

圖1　軸向力的動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)Fig.1　Dynamic measuring system of axial force

圖1中，測(cè)力儀為Kistler 9257B測(cè)力儀，電荷放大儀和信號(hào)采集卡分別為5070A電荷放大器和5697A1數(shù)據(jù)采集器，采用Dyno Ware采集軟件對(duì)制孔過(guò)程中的軸向力進(jìn)行采集記錄.

試驗(yàn)所用2種刀具分別為釬焊金剛石套料鉆和硬質(zhì)合金開(kāi)孔器.

（1）釬焊金剛石套料鉆如圖2所示.基體材料是45鋼，由鉆頭、長(zhǎng)孔、刀體、刀柄構(gòu)成，外徑14 mm，壁厚2 mm.刀具結(jié)構(gòu)上的長(zhǎng)孔為防止切屑聚集，方便排屑.鉆頭部分是金剛石磨粒，粒度為40/45目，基體材料跟金剛石磨粒是經(jīng)過(guò)高溫釬焊工藝實(shí)現(xiàn)的.

圖2　釬焊金剛石套料鉆Fig.2　Brazed diamond core drill

（2）硬質(zhì)合金開(kāi)孔器如圖3所示，其外徑為14 mm，有4枚超硬質(zhì)合金組合刃，組合刃的結(jié)構(gòu)為外刃、中刃、內(nèi)刃，每一個(gè)刀刃在整個(gè)切削中都只負(fù)擔(dān)1/4的工作量，使得硬質(zhì)合金開(kāi)孔器在制孔時(shí)不易崩刃.

圖3　硬質(zhì)合金開(kāi)孔器Fig.3　Carbide hole opener

為保證試驗(yàn)中單因素變化，使用刀具的外徑采用同一尺寸大小.

使用2種刀具對(duì)碳纖維復(fù)合材料制孔后，孔出口質(zhì)量的觀測(cè)使用的是SMZ-T4連續(xù)變倍體視顯微鏡及軟件觀測(cè)系統(tǒng)（如圖4所示）和Mahr粗糙度測(cè)量?jī)x.

圖4　SMZ-T4連續(xù)變倍體視顯微鏡及軟件觀測(cè)系統(tǒng)Fig.4　SMZ-T4 continuous zoom stereo microscope and software observation system

在對(duì)CFRP制孔時(shí)，若刀具給定，影響軸向力的主要因素是主軸轉(zhuǎn)速和刀具的進(jìn)給速度.本文遵循正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法建立CFRP制孔試驗(yàn)方案：進(jìn)給速率取值分別為150 mm/min、180 mm/min和210mm/min，主軸轉(zhuǎn)速取值分別為2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/ min和5 000 r/min.為保證采集的數(shù)據(jù)可靠、科學(xué)，相同工藝參數(shù)下都重復(fù)加工4個(gè)孔，軸向力的觀測(cè)取其平均值進(jìn)行.

另外，試驗(yàn)加工中碳纖維復(fù)合材料會(huì)有切屑、粉塵的出現(xiàn)，為減少傷害，用吸塵器收集切削，用防塵口罩避免人體傷害.

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1軸向力

圖5為硬質(zhì)合金開(kāi)孔器與釬焊金剛石套料鉆在不同進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速時(shí)的軸向力對(duì)比圖.

圖5　2種刀具軸向力的對(duì)比圖Fig.5　Comparison of two kinds of tool axial force

由圖5可知，進(jìn)給速度增加，導(dǎo)致軸向力明顯變大，呈現(xiàn)遞增趨勢(shì).例如，在主軸轉(zhuǎn)速n=5 000 r/min時(shí)，通過(guò)對(duì)硬質(zhì)合金開(kāi)孔器在進(jìn)給速率分別為210 mm/min和180 mm/min時(shí)軸向力的對(duì)比計(jì)算，得出結(jié)果：其分別比進(jìn)給速率為150 mm/min時(shí)的軸向力增大了24.4%和19.1%.通過(guò)對(duì)釬焊金剛石套料鉆在進(jìn)給速率分別為210 mm/min和180 mm/min時(shí)軸向力的對(duì)比計(jì)算，得出結(jié)果：其分別比進(jìn)給速率為150 mm/min時(shí)的軸向力增大了20.2%和9.1%.

由圖5還可以看出，主軸轉(zhuǎn)速增加，導(dǎo)致軸向力明顯變小.例如，在進(jìn)給速率vf=180 mm/min時(shí)，對(duì)硬質(zhì)合金開(kāi)孔器在主軸轉(zhuǎn)速分別為2 000 r/min、3 000 r/ min和4 000 r/min時(shí)進(jìn)行軸向力對(duì)比計(jì)算，得出其分別比主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí)的軸向力增大了34.9%、 21.1%和16.5%.對(duì)釬焊金剛石套料鉆在主軸轉(zhuǎn)速分別為2 000 r/min、3 000 r/min和4 000 r/min時(shí)進(jìn)行軸向力對(duì)比計(jì)算，得出其分別比主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí)的軸向力增大了39.5%、27.7%和17.6%.

從以上計(jì)算數(shù)據(jù)比較可知，硬質(zhì)合金開(kāi)孔器受主軸轉(zhuǎn)速的影響，要小于釬焊金剛石套料鉆.說(shuō)明相同進(jìn)給速度下，硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制孔加工的效果更穩(wěn)定，釬焊金剛石套料鉆“以磨代鉆”制孔質(zhì)量更易受主軸轉(zhuǎn)速影響.

從圖5中還可明顯看出，相同制孔工藝參數(shù)條件下，硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制孔加工時(shí)的軸向力要小于釬焊金剛石套料鉆.如在主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí)進(jìn)行軸向力對(duì)比計(jì)算，得出硬質(zhì)合金開(kāi)孔器比釬焊金剛石套料鉆在進(jìn)給速率分別為150 mm/min、180 mm/min和210 mm/min制孔時(shí)，軸向力分別減少了19.1%、9.1% 和14.9%.所以，從以上計(jì)算數(shù)據(jù)可知，硬質(zhì)合金開(kāi)孔器的制孔加工性能更優(yōu).

2.2孔出口處質(zhì)量

分析CFRP層合板的破壞程度，通常用來(lái)衡量孔口質(zhì)量的指標(biāo)是崩邊因子和粗糙度，用崩邊因子LD來(lái)表征孔出口處的質(zhì)量，用粗糙度Ra來(lái)表征制成孔的孔壁質(zhì)量.崩邊區(qū)域示意圖如圖6所示.

圖6　崩邊區(qū)域示意圖Fig.6　Sketch map of collapse area

本文定義崩邊因子LD：

式中：L為孔出口處破壞區(qū)域的最大直徑；D為CFRP層合板的實(shí)際制孔直徑.所以，崩邊因子LD越大，CFRP制成孔的孔出口處質(zhì)量越差.

用硬質(zhì)合金開(kāi)孔器在主軸轉(zhuǎn)速n=2 000 r/min、3 000 r/min、4 000 r/min和5 000 r/min條件下進(jìn)行制孔對(duì)比試驗(yàn)，孔出口損傷形貌圖如圖7所示.

圖7（a）、（b）、（c）是主軸轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)孔出口的損傷情況.從圖中可看出，當(dāng)vf=180 mm/min、210 mm/min時(shí)孔口都出現(xiàn)輕微撕裂現(xiàn)象，撕裂范圍里有少許碳纖維束的遺留，崩邊因子經(jīng)計(jì)算分別為0.01、0.01、0.03，此時(shí)的崩邊程度很輕微.

圖7　不同轉(zhuǎn)速條件下的硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制孔形貌Fig.7　Carbide hole opener under different speed conditions making hole shape

圖7（d）、（e）、（f）為主軸轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)孔出口的損傷情況.從圖中可看出vf=180 mm/min、210 mm/min時(shí)孔口也出現(xiàn)輕微撕裂，不會(huì)出現(xiàn)崩邊的制孔損傷.

圖7（g）、（h）、（i）和（j）、（k）、（l）分別為主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min和5 000 r/min時(shí)孔出口的損傷情況.從圖中可看出vf=210 mm/min時(shí)孔口出現(xiàn)輕微撕裂，但孔出口處也不會(huì)出現(xiàn)崩邊損傷.

同樣進(jìn)行縱向比較，發(fā)現(xiàn)在相同進(jìn)給速度條件下，主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí)，孔出口處幾乎沒(méi)有撕裂損傷，制孔的質(zhì)量良好.

硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制成孔的孔壁粗糙度使用Mahr粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量結(jié)果如表1所示.

用釬焊金剛石套料鉆在主軸轉(zhuǎn)速分別為2 000 r/ min、3 000 r/min、4 000 r/min和5 000 r/min條件下進(jìn)行制孔對(duì)比試驗(yàn)，孔出口損傷形貌圖如圖8所示.

圖8（a）、（b）、（c）是主軸轉(zhuǎn)速為2 000 r/min時(shí)孔出口的損傷情況，從圖中可看出，當(dāng)vf=150 mm/min、180 mm/min、210 mm/min時(shí)孔口都出現(xiàn)了撕裂現(xiàn)象，且撕裂范圍中均能明顯看到碳纖維的遺留，崩邊因子經(jīng)計(jì)算分別為0.18、0.22、0.24，此時(shí)的孔出口崩邊程度偏嚴(yán)重.

表1　不同轉(zhuǎn)速條件下的硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制成孔的孔壁粗糙度Tab.1　Hole wall roughness of carbide hole opener under different speed conditions μm

圖8　不同轉(zhuǎn)速條件下的釬焊金剛石套料鉆制孔形貌Fig.8　Brazed diamond core drill under different speed conditions making hole shape

圖8（d）、（e）、（f）是主軸轉(zhuǎn)速為3 000 r/min時(shí)孔出口的損傷情況，從圖中可看出vf=180 mm/min和210 mm/min時(shí)孔口都出現(xiàn)了撕裂現(xiàn)象，撕裂范圍也有碳纖維的遺留，崩邊因子經(jīng)計(jì)算分別為0.15、0.16、0.18，此時(shí)的崩邊程度偏嚴(yán)重.

圖8（g）、（h）、（i）是主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r/min時(shí)孔出口的損傷情況，從圖中可看出vf=180 mm/min、210 mm/min時(shí)孔口都出現(xiàn)了撕裂現(xiàn)象，崩邊因子經(jīng)計(jì)算分別為0.12、0.13、0.14，此時(shí)的崩邊程度較輕.

圖8（j）、（k）、（l）是主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí)孔出口的損傷情況，從圖中可看出vf=180 mm/min時(shí)孔口都出現(xiàn)了撕裂現(xiàn)象，崩邊因子經(jīng)計(jì)算分別為0.10、0.11、0.12，此時(shí)的崩邊程度較輕.

縱向比較發(fā)現(xiàn)，在相同進(jìn)給速度條件下，主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min時(shí)，孔口的崩邊因子相對(duì)較小，“以磨代鉆”的制孔質(zhì)量較好.

釬焊金剛石套料鉆制成孔的孔壁粗糙度使用Mahr粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量結(jié)果如表2所示.

表2　不同轉(zhuǎn)速條件下的釬焊金剛石套料鉆制成孔的孔壁粗糙度Tab.2　Hole wall roughness of brazed diamond core drill under different speed conditions μm

從圖7、圖8以及表1、表2分別對(duì)比都可以發(fā)現(xiàn)，在主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min、進(jìn)給速度vf=150 mm/ min時(shí)，釬焊金剛石套料鉆和硬質(zhì)合金開(kāi)孔器的制孔質(zhì)量都最好.所以選擇在這組工藝參數(shù)條件下，對(duì)比討論2種刀具的孔出口質(zhì)量如圖9所示.

圖9　2種刀具的制孔形貌Fig.9　Two kinds of cutter hole morphology

從圖9（a）、（b）的局部放大圖對(duì)比可看出，采用硬質(zhì)合金開(kāi)孔器加工的孔出口處質(zhì)量較平整，幾乎沒(méi)有撕裂出現(xiàn)，而釬焊金剛石套料鉆的“以磨代鉆”加工的孔出口處有些許撕裂，而且對(duì)比前者，它的崩邊缺陷較為嚴(yán)重，崩邊因子LD為0.10.對(duì)比此時(shí)硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制成孔的孔壁粗糙度Ra為0.213，釬焊金剛石套料鉆制成孔的孔壁粗糙度則為0.621，較粗糙.

因此，可以得出結(jié)論：相同加工工藝參數(shù)條件下，選用硬質(zhì)合金開(kāi)孔器的制孔質(zhì)量要優(yōu)于釬焊金剛石套料鉆“以磨代鉆”的制孔質(zhì)量.

3　分析與討論

圖10為硬質(zhì)合金開(kāi)孔器對(duì)碳纖維復(fù)合材料制孔加工過(guò)程中，試驗(yàn)測(cè)得的軸向力的變化.

圖10　硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制孔時(shí)軸向力采集信號(hào)Fig.10Carbide hole opener drilling axial force signal acquisition

圖10中紀(jì)錄的軸向力信號(hào)在第7.7 s后出現(xiàn)一個(gè)回升的趨勢(shì)是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中加工到作為墊板的CFRP的原因.為防止刀具鉆孔時(shí)碰到測(cè)力儀，在被加工的CFRP層合板之下測(cè)力儀之上墊有一塊相同的CFRP層合板.所以這個(gè)回升區(qū)間是開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)的制孔，在研究一次制孔過(guò)程時(shí)可忽略，硬質(zhì)合金開(kāi)孔器對(duì)CFRP制孔示意圖如圖11所示.

圖11　硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制孔時(shí)的軸向力變化示意圖Fig.11Change of axial force in hole of carbide hole opener

圖11中的A、B、C、D 4個(gè)位置，分別對(duì)應(yīng)圖12中的（a）、（b）、（c）、（d）4個(gè)狀態(tài).

從點(diǎn)A到點(diǎn)B，是開(kāi)孔器刀具開(kāi)始接觸CFRP層合板的最上一層到主切削刃全部參與切削的過(guò)程.點(diǎn)A開(kāi)孔器的刀尖開(kāi)始接觸并逐漸切進(jìn)CFRP層合板內(nèi)，刀尖產(chǎn)生的切削力將碳纖維切斷，直至開(kāi)孔器的主切削刃完全切入CFRP中.如若所用刀具的主切削刃不夠鋒利的話，此時(shí)只能將CFRP的樹(shù)脂基體完全切除，而主切削刃邊緣處的碳纖維，尤其是短碳纖維是很難被完全切斷的.隨著主切削刃的逐漸切進(jìn)，CFRP層合板受到的軸向力逐漸增大.到點(diǎn)B時(shí)，開(kāi)孔器的主切削刃全部參與切削，軸向力大小到達(dá)最大值點(diǎn).

圖12　硬質(zhì)合金開(kāi)孔器對(duì)CFRP制孔過(guò)程模型Fig.12Carbide hole opener drilling process model of CFRP

從點(diǎn)B到點(diǎn)C，是開(kāi)孔器的切削刃在CFRP層合板內(nèi)部進(jìn)行切削的過(guò)程.隨著制孔刀具開(kāi)孔器的向下進(jìn)給，刀具的切削方向與碳纖維的軸向夾角呈周期性規(guī)律變化，所以軸向力變化平穩(wěn)，波動(dòng)幅度較小.在制孔刀具的切削刃即將到達(dá)CFRP層合板底部時(shí)，切削層變薄，給刀具的支撐力變小，軸向力的曲線呈下滑趨勢(shì).

從點(diǎn)C到點(diǎn)D，是開(kāi)孔器刀尖出孔口到主切削刃完全伸出孔口的過(guò)程.在點(diǎn)C時(shí)，由于CFRP的高強(qiáng)度的材料特性及較低的層間結(jié)合強(qiáng)度，材料易被不斷垂直朝下擠壓，造成撕裂.而硬質(zhì)合金開(kāi)孔器的切削刃對(duì)CFRP進(jìn)行切削時(shí)相當(dāng)于受漸增均布載荷作用下雙端固支梁的受力，并且2個(gè)主切削刃與水平方向有一定斜角，在造成撕裂之前，切削刃已經(jīng)切斷下一層的增強(qiáng)碳纖維，有效避免了缺陷形成.隨著開(kāi)孔器的繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，CFRP層合板的最后一層被切斷，軸向力急劇下降.隨著主切削刃的持續(xù)切進(jìn)，軸向力繼續(xù)變小，直至切削過(guò)程結(jié)束，開(kāi)孔器的切削刃全部鉆出CFRP層合板，軸向力減為0.不同于釬焊金剛石套料鉆的單顆磨粒難以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格有序排布，以此導(dǎo)致磨粒的切削深度難以準(zhǔn)確控制，硬質(zhì)合金開(kāi)孔器的4枚組合刃是完全相同的，每轉(zhuǎn)的切削深度均相同，這也對(duì)制孔質(zhì)量起到很好的保障作用.

4　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改變制孔加工過(guò)程中的工藝參數(shù)（提高主軸轉(zhuǎn)速、減小刀具的進(jìn)給速率）來(lái)改變制孔質(zhì)量，在主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min、進(jìn)給速率為150 mm/min時(shí)，選擇硬質(zhì)合金開(kāi)孔器制孔的軸向力要小于釬焊金剛石套料鉆“以磨代鉆”制孔的軸向力，相較于此時(shí)前者制成孔的孔出口處質(zhì)量平整，幾乎無(wú)撕裂，孔壁粗糙度為0.213的情形，“以磨代鉆”方法制成孔的孔出口處崩邊因子達(dá)0.10，孔壁粗糙度為0.621，較粗糙，所以選擇硬質(zhì)合金升孔器對(duì)CFRP制孔更優(yōu)。.

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Drilling technology of carbon fiber reinforced plastic（CFRP）with carbide hole opener

SUN Hui-lai，CHEN Ning，YU Xin-xin
（School of Mechanical Engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China）

In order to avoid the hole defects of CFRP，the carbide hole opener was chosen.Under the same process parameters，the axial force and the quality of the outlet of two kinds of cutting tools were analyzed comparatively and the force in the process of drilling hole was discussed.The test results show that it is better to choose carbide hole opener to make hole of CFRP.Both the test and analysis show that：when the spindle speed is 5 000 r/min，and the feed rate is 150 mm/min，the quality of the outlet hole is relatively smooth with the carbide hole opener and there is almost no tear to appear.However，there is a little tear at the hole exit with the Brazed Diamond Core drill.Its collapse defect is more serious and the edge collapse factor is 0.10，compared with the former.At this time，compared with the hole wall roughness of 0.213 with the carbide hole opener，the hole wall roughness with the brazed diamond core drill is 0.621，which is coarser.Therefore the choice of hole making of CFRP with carbide hole opener is better.

carbon fiber reinforced plastic（CFRP）；drilling technology；carbide alloy hole opener；hole quality

TB332

A

1671－024X（2016）03－0066－07

10.3969/j.issn.1671-024x.2016.03.013

2015-12-25

天津市科委項(xiàng)目（14JCTPJC00536）；四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（szjj2011-042）.

孫會(huì)來(lái)（1974—），男，副教授，主要研究方向?yàn)槲⒓{尺度加工科學(xué)與工程等.E-mail：sunhl@tjpu.edu.cn