28、碳复合材料微钻削中减少分层的研究

碳复合材料微钻削中减少分层的研究

1. 引言

在碳复合材料的加工过程中，钻削是常见的加工方式，但分层损伤是影响加工质量和性能的关键问题。本文围绕减少碳复合材料微钻削中的分层损伤展开，探讨了多个影响因素，并通过实验进行了验证和分析。

2. 相关理论与影响因素

2.1 调整分层因子

调整分层因子的计算公式为：
$F_{da} = F_d + \left(\frac{A_d}{A_{max} - A_0}\right)(F_d^2 - F_d)$
其中，$A_d$ 是损伤面积，$A_{max}$ 是对应 $D_{max}$ 的面积，$A_0$ 是名义面积。当分层面积较小时，调整后的表征因子趋近于传统分层因子；当大部分分层面积不仅来自裂纹区域且均匀接近 $D_{max}$ 时，新的调整因子值等于传统分层因子的平方。

2.2 刀具几何形状

刀具几何形状对孔的质量，特别是分层的发生有显著影响。加工 CFRP 的钻头应具有高耐磨性和抗磨蚀性。不同类型的刀具在加工 CFRP 时表现不同：
- 硬质合金刀具比高速钢刀具在高速加工纤维增强塑料时更具优势，但聚晶金刚石（PCD）涂层刀具的磨损更小，加工出的孔质量更好，不过 PCD 刀具成本较高。
- 不同几何形状的钻头，如麻花钻、锯钻、W 形钻、空心钻和阶梯钻，在防止分层方面的性能存在差异。一些研究认为特殊几何形状的钻头可以在更大的进给量下无分层加工，而另一些研究则推荐麻花钻以实现最小分层。
- 刀具的顶角也会影响加工质量。增大顶角会增加推力，但能改善孔入口处的质量，不过出口处的质量可能会变差。
- 钻头尺寸也是需要考虑的