双锋角钻头钻削碳纤维增强树脂基复合材料试验研究

摘要

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）具有高比模量、低层间应力、高比强度等优异的特性，是实现新一代航空航天领域轻量化、耐久性高性能复合材料的典型代表。在制孔过程中，因加工参数和刀具几何结构的不合理选择，会造成制孔加工过程毛刺、撕裂以及孔壁损伤等加工缺陷产生。传统钻头已不能满足高精度和高效率的加工要求，优化刀具几何结构和选择合理的加工参数对提高制孔质量有重要意义。
　　本文针对CFRP-T700材料，对CFRP钻削过程中钻削轴向力、制孔质量以及钻削轴向力和制孔缺陷沿切削刃分布规律开展了相关的试验分析，主要的工作包括：
　　（1）采用一种普通麻花钻和三种双锋角钻头对CFRP材料进行钻削加工试验，分析加工参数对钻削轴向力的影响规律，并对比分析了普通麻花钻和双锋角钻头钻削CFRP材料钻削轴向力。采用二元线性回归方法，建立了四种钻头的钻削轴向力经验模型。结果表明：从降低钻削轴向力的角度出发，第二主切削刃与第一主切削刃之比为1的双锋角钻头更适合加工CFRP材料。
　　（2）采用四种钻头进行钻削试验，对普通麻花钻和双锋角钻头钻削CFRP材料孔入、出口缺陷的理论进行分析；对比分析了出口有无垫板对出口质量的影响；四种钻头的孔入、出口撕裂因子随加工参数的变化规律，对比分析普通麻花钻和双锋角钻头钻削CFRP制孔出、入口质量和孔壁质量，结果表明：出口垫板能明显提高出口质量，双锋角钻头能更高效的获得到更好制孔质量。
　　（3）采用普通麻花钻和双锋角钻头进行了分阶段钻削试验，分析两种钻头钻削CFRP材料时钻削轴向力和制孔缺陷沿切削刃上的分布规律。结果表明：双锋角钻头更容易达到制孔出入口无撕裂、无毛刺的目标，更适合钻削CFRP材料。

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第一章 绪论

1.1 CFRP性能特点及其应用发展

1.2 国内外CFRP制孔加工的研究现状

1.3本文的研究构想

第二章刀具制备和CFRP钻削加工试验方法

2.1刀具制备

2.2 试验材料

2.3 钻削加工试验平台

2.4 孔质量检测设备

2.5 加工参数及试验方案

2.6 本章小结

第三章 CFRP钻削轴向力的研究

3.1 CFRP钻削加工钻削轴向力分析

3.2 钻削CFRP加工过程分析

3.3 钻削轴向力的结果分析

3.4钻削轴向力多元线性回归模型的建立

3.5 本章小结

第四章 CFRP材料制孔质量研究

4.1钻削CFRP制孔入出口缺陷

4.2 CFRP制孔形貌

4.3 CFRP孔壁表面质量

4.4本章小结

第五章 钻削轴向力和制孔缺陷沿切削刃分布规律

5.1试验方案设计

5.2钻削轴向力沿切削刃上的分布规律

5.3 制孔缺陷沿切削刃的分布规律

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文主要结论

6.2课题研究展望

参考文献

致谢

附录A：攻读硕士学位发表的学术论文