復鈦疊層超聲橢圓振動鉆削實驗研究

邵振宇，李 哲，張德遠，耿大喜，姜興剛

（北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京 100191）

碳纖維復合材料與鈦合金（Ti6Al4V）由于具有良好的綜合性能被廣泛應用于航空航天領域。其中，碳纖維復合材料在飛機中所占比重更成為衡量飛機綜合性能的重要指標[1-2]。但是，碳纖維復合材料和鈦合金均屬于難切削加工材料。碳纖維復合材料脆性大、強度高、碳纖維硬度大、導熱能力差，導熱系數僅為奧氏體不銹鋼的1/10～1/5。碳纖維的高硬度導致其在加工時刀具磨損快，刀具耐用度低。另外，碳纖維復合材料各向異性、層間強度低，在切削時受切削力作用易產生分層、撕裂等缺陷，在鉆孔時尤為嚴重，加工質量難以保證[3-4]。鈦合金的比強度高、導熱性差、加工硬化嚴重。由于其化學活性大，在一定溫度下易與周圍介質發生化學反應，產生脆而硬的外皮，加工時的塑性和沖擊韌性劇烈下降，導致刀具磨損和破損情況嚴重，耐用度低，加工精度和表面質量也難以保證，加工效率低[5]。因此，兩者疊加在一起所形成的疊層材料緊固孔的加工難度可想而知。

為了解決疊層材料鉆孔過程中由于軸向力過大而出現的復材分層、撕裂及鈦合金出口處毛刺嚴重等問題，波音公司采用的方法是監控鉆削疊層材料時的軸向力，當軸向力變大時降低工具轉速以便加工鈦合金[6]。國內的飛機制造公司在加工緊固孔時大多采用的是將疊層材料分開鉆孔、疊合起來多步鉸孔的方式，故疊層材料中各材料都存在自身的鉆削缺陷，且工人技術要求高、工作量大、效率低[7]。……