旋轉(zhuǎn)超聲鉆削碳纖維復(fù)合材料鉆削力和扭矩的研究*

袁松梅 ，宋 衡 ，路宜霖

（1.北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，北京 100191;2.北京市高效綠色數(shù)控加工工藝及裝備工程技術(shù)研究中心，北京 100191）

碳纖維作為新型增強(qiáng)材料，是一種由片狀石墨微晶等有機(jī)纖維沿纖維軸向堆砌而成，經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。其抗 拉 強(qiáng) 度約為 2000～7000MPa，拉伸模量約為200～700GPa，密度僅為1.5～2.0g/cm3，具有較好的耐腐蝕性。碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（Carbon fiber reinforced plastics,CFRP）是由樹脂基體與碳纖維材料組合而成，具有比強(qiáng)度高、比模量高、耐腐蝕性好、耐疲勞、阻尼減震性好等優(yōu)勢(shì)，在航空航天、建筑、機(jī)械、汽車、能源、化工、造船、生物工程、醫(yī)療器械和體育器材等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛[1]。世界各國(guó)的戰(zhàn)機(jī)對(duì)CFRP使用尤為突出，法國(guó)“陣風(fēng)”戰(zhàn)機(jī)CFRP用量達(dá)到24%，美國(guó)空軍F-22“猛禽”戰(zhàn)機(jī)CFRP材料使用量達(dá)到了35%，英國(guó)戰(zhàn)機(jī)“臺(tái)風(fēng)”（EP2000） CFRP用量約為40%。

當(dāng)前，飛機(jī)裝配連接通常有機(jī)械連接、膠接和機(jī)械連接／膠接混雜連接3種形式。由于機(jī)械連接具有抗疲勞性良好、便于檢測(cè)和拆裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，以鉚釘和螺栓為代表的機(jī)械連接已成為航空制造工業(yè)中最主要的結(jié)構(gòu)件連接方式，因此復(fù)合材料孔加工技術(shù)在航空航天等領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用。由于CFRP材料的層間結(jié)合強(qiáng)度低、各向異性、材料硬度高、導(dǎo)熱性差等特性，在制孔過(guò)程中易產(chǎn)生毛刺、纖維撕裂、孔壁分層等加工缺陷，嚴(yán)重影響了連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和疲勞壽命。為解決CFRP孔加工過(guò)程中存在的種種問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開了深入的研究。

2009年，Rawat等[2]研究了硬質(zhì)合金刀具鉆削CFRP時(shí)的失效形式，發(fā)現(xiàn)鉆頭主切削刃后刀面磨損是最主要的磨損形式，并揭示了刀具磨損與切削力及表面質(zhì)量的關(guān)系。……