25、多刃口涂层刀具在一次性钻削 Ti/CFRP/Al 叠层材料中的性能研究

多刃口涂层刀具在一次性钻削 Ti/CFRP/Al 叠层材料中的性能研究

1 引言

金属 - 复合材料叠层结构中紧固件孔的完整性和尺寸精度至关重要，尤其在飞机机身的螺栓/铆接接头承受严苛载荷的情况下。过去约 15 年，钻削此类孔的工艺技术成为研究热点。早期研究聚焦于不同刀具材料、切削速度和进给率对钻削力、刀具磨损和毛刺形成的影响。例如，在钻削多向石墨/双马来酰亚胺（Gr/Bi）和钛（Ti）叠层工件时，较高的切削速度会导致 Ti 层温度升高，加剧刀具磨损并降低孔质量；较高的进给率虽会增加钻削力、扭矩和工件表面粗糙度，但能减少毛刺尺寸和复合材料热损伤。因此，推荐使用硬质合金钻头，采用低切削速度和中等进给率的加工条件。

在钻削 Al/CFRP/Ti 叠层材料时，使用低切削速度（10 m/min）的硬质合金阶梯钻头并配合微量润滑（MQL），可获得较好的孔质量和刀具寿命。近期研究则关注操作参数、切削环境和先进金刚石涂层对钻削 3 层金属 - 复合材料叠层时刀具磨损和孔精度/表面完整性的影响。

钻削几何设计中，采用多切削刃或多刃口设计可提高刀具强度和刚性。然而，使用 3 切削刃钻头时，扭矩和推力会显著增加，但减小钻尖处的腹板厚度和刀具倾斜角可降低切削力并提高孔表面质量。

本文通过实验研究钻刃口设计、进给率和啄钻循环对一次性钻削 Ti/CFRP/Al 叠层材料时刀具磨损和孔精度的影响。

2 实验工作

2.1 工件材料、刀具和实验设置

钻削试验采用 3 层金属/复合材料叠层，包括退火 Ti - 6Al - 4V 钛合金、碳纤维增强塑料（CFRP）复合材料（ACG MTM441/HTS - 268 - 12K，纤