碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與鈦合金鉆孔技術(shù)研究進(jìn)展*

劉振旺，秦旭達(dá)，田利成，張笑宇，吳 強(qiáng)

（1.天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300072;2.美國肯納金屬有限公司，美國）

中國迎來“中國制造2025”新的制造改革起點(diǎn)，航空制造業(yè)發(fā)展也面臨新的更高要求。隨著航空工業(yè)發(fā)展，由于鈦合金比強(qiáng)度高、耐腐蝕[1]，而碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）具有重小、剛性好和強(qiáng)度高等特點(diǎn)[2]，這兩種材料得到廣泛的應(yīng)用[3]。鈦合金及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用對(duì)一個(gè)國家的發(fā)展具有重要的意義[1-2]，甚至鈦合金的應(yīng)用水平被用來衡量一個(gè)國家的國際地位水平，同時(shí)鈦合金也被稱為21世紀(jì)的戰(zhàn)略金屬[2]。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）是20世紀(jì)60年代中期出現(xiàn)的一種新型先進(jìn)的航空材料[3]。鈦與復(fù)合材料匹配性好使得一體化鉆孔成為可能，以兩者結(jié)合構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)鉆孔被廣泛關(guān)注，但疊層結(jié)構(gòu)是由鈦合金和復(fù)合材料兩種特性不同的材料構(gòu)成，其加工鉆孔過程中需要針對(duì)每一種材料特性加工，將會(huì)是今后研究的重點(diǎn)[4]。

難加工材料廣泛應(yīng)用使得制造技術(shù)得以快速發(fā)展[3]，同時(shí)也進(jìn)入了以發(fā)展高速切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法、提供成套技術(shù)為特征的發(fā)展新階段[5]。其中在飛機(jī)鉆孔中應(yīng)用的制孔工藝主要有傳統(tǒng)鉆孔工藝、啄鉆工藝和自動(dòng)進(jìn)給鉆鉆孔工藝。

傳統(tǒng)的鉆孔工藝應(yīng)用比較成熟，其工藝與另外兩種工藝相比，在孔加工質(zhì)量方面較差。相比自動(dòng)進(jìn)給鉆，傳統(tǒng)鉆孔耗費(fèi)的時(shí)間成本比較大：傳統(tǒng)的鉆孔工藝包括鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等，加工鈦-復(fù)合材料疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，大約花費(fèi)時(shí)間30min，而采用自動(dòng)進(jìn)給鉆加工時(shí)，所需時(shí)間成本縮減為1min，并且鉆孔質(zhì)量明顯提高，但是自動(dòng)進(jìn)給鉆的價(jià)格昂貴，成本比較大，這也是目前在航空制造業(yè)使用傳統(tǒng)鉆孔工藝的原因之一[6]。自動(dòng)進(jìn)給鉆加工會(huì)是未來航空制造業(yè)中主要應(yīng)用的鉆孔工藝之一[7]。

啄鉆，顧名思義，是用類似啄木鳥啄蟲的方式加工孔，屬于間歇斷屑方式。相比于傳統(tǒng)鉆孔工藝，降低了切屑對(duì)于已加工孔壁、孔入口等的二次損傷影響，從而使孔加工質(zhì)量提高，但時(shí)間成本也必然提高，從而使總成本提高，刀具磨損加劇，適合深孔加工。

近幾年來，針對(duì)鈦合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其疊層結(jié)構(gòu)鉆孔技術(shù)研究已經(jīng)逐漸深入，尤其疊層結(jié)構(gòu)鉆孔的研究對(duì)航空制造業(yè)更具有重大意義。在現(xiàn)在航空制造業(yè)中，仍然以傳統(tǒng)的鉆孔工藝為主鉆孔，所以本文主要針對(duì)傳統(tǒng)鉆孔工藝進(jìn)行了總結(jié)。

1 鈦合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆削加工特性

1.1 鈦合金切削加工特性

鈦合金的物理特性導(dǎo)致鈦合金材料在鉆削加工過程中，具有其本身的加工特性。

（1）鉆削溫度高：由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)小，鉆削加工又處于半封閉式環(huán)境之中，故不易傳熱與散熱，切削加工過程中大量的熱積聚在切削變形區(qū)內(nèi)，鉆削溫度高。

（2）加工效率低：鈦合金的難加工特性使加工過程中材料去除率低。一般情況下，硬質(zhì)合金刀具切削速度達(dá)到60m/min以上，會(huì)使加工過程變得困難，而鈦合金切削加工中高速切削范圍為100m/min以上[8-9]。

（3）加工質(zhì)量差，刀具磨損嚴(yán)重：鈦合金加工過程變形系數(shù)?。ㄐ∮诨蚪咏?），切屑與刀具接觸長度延長，加速刀具磨損；單位面積切削力大、切削溫度高，又鈦合金與很多金屬具有較強(qiáng)的親和力，極易產(chǎn)生積屑瘤，使孔的表面加工質(zhì)量變差，刀具磨損更嚴(yán)重。

1.2 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料切削加工特性

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是一種以碳纖維為增強(qiáng)體，以樹脂、陶瓷、碳質(zhì)等為基體形成的復(fù)合材料，在鉆孔切削過程中，有著自己獨(dú)特的切削特性。

（1）加工過程中，易產(chǎn)生燒灼現(xiàn)象：熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱率低；加工時(shí)，處于高速鉆削過程中，不易散熱，溫度高，復(fù)合材料切屑燃燒。

（2）加工質(zhì)量差，損傷嚴(yán)重：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆孔過程中，極易出現(xiàn)孔壁周圍材料分層、孔壁表面微裂紋、孔出口處毛刺等現(xiàn)象，使得加工質(zhì)量極差。

（3）刀具易磨損：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加工時(shí)，產(chǎn)生的切屑是粉末狀，與刀具接觸長度長，摩擦力大，造成刀具磨損嚴(yán)重。

2 鈦合金、復(fù)合材料及其疊層結(jié)構(gòu)鉆孔刀具研究

2.1 鉆孔刀具材料、幾何結(jié)構(gòu)研究

2.1.1 鉆孔刀具材料

（1）鈦合金鉆孔刀具材料。

鈦合金硬度高，與很多金屬、合金有比較強(qiáng)的親和力。由鈦合金的切削加工特性可知，在實(shí)際鉆孔工程中，鉆頭材料選擇具有足夠的強(qiáng)度、剛度、韌性、耐磨性、與鈦合金親和能力差的材料。鈦合金鉆孔刀具材料主要為整體硬質(zhì)合金、氮化鈦高速鋼鉆頭、經(jīng)過氧化處理的氮化鈷高速鋼鉆頭、含有涂層的整體硬質(zhì)合金材鉆頭等。周夢(mèng)熊[10]通過試驗(yàn)研究，利用氮化鈦高速鋼鉆頭和經(jīng)過氧化處理的氮化鈷高速鋼鉆頭進(jìn)行切削性能研究和比較，發(fā)現(xiàn)氮化鈦高速鋼鋼鉆頭要比氮化鈷高速鋼鉆頭刀具壽命延長約5倍，扭矩減小比例大。但相比于硬質(zhì)合金，高速鋼仍存在磨損嚴(yán)重且與鈦合金的親和性較強(qiáng)等缺點(diǎn)[11]。

（2）復(fù)合材料鉆孔刀具材料。

刀具具有比較尖的切削刃形狀，這樣在鉆銷鈦合金時(shí)，使刀具壽命延長，并且得到較好的加工質(zhì)量。而針對(duì)CFRP材料，Teti[12]針對(duì)刀具材料在復(fù)合材料機(jī)械加工過程中所表現(xiàn)的加工性能進(jìn)行了一次深入的總結(jié)。他指出，就刀具耐磨性、刀具壽命、孔加工質(zhì)量這3個(gè)方面來講，硬質(zhì)合金刀具、硬質(zhì)合金涂層刀具和聚晶金剛石刀具均獲得了不錯(cuò)的加工效果，其中聚晶金剛石刀具比硬質(zhì)合金刀具高1～2數(shù)量級(jí)，但成本較高。明偉偉等[2]指出硬質(zhì)合金鉆孔刀具可以通過刃磨形成各種幾何結(jié)構(gòu)，有利于控制切削力分布，減小軸向力，加大鉆削扭矩，防止分層并快速切斷纖維。

綜上，硬質(zhì)合金材料依然是應(yīng)用最廣泛的鉆孔刀具材料。

2.1.2 刀具幾何參數(shù)研究

鈦合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的鉆削加工特性造成普通鉆頭鉆削加工這兩種材料時(shí)存在許多問題，需要對(duì)普通鉆頭在以下幾方面進(jìn)行改進(jìn)：鉆頭頂角、螺旋角、鉆頭鉆心厚度、主切削韌。Zhang針對(duì)鉆頭主切削刃上幾何參數(shù)進(jìn)行了分析和改進(jìn)，改進(jìn)后鉆頭切削刃上的法向前角明顯增大，同時(shí)減小了鉆頭橫刃長度，孔的加工質(zhì)量明顯提高[13]。另一方面，較鋒利的鉆尖可以在很小的面積上鉆透最后一層復(fù)合材料。Gaitonde等[14]研究發(fā)現(xiàn)不同加工參數(shù)下鉆銷CFRP時(shí)，隨著鉆尖角的增大分層系數(shù)也增大。

針對(duì)鈦合金、CFRP構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)，Wu等[15]利用肯納金屬公司的整體硬質(zhì)合金B(yǎng)55_DAL鉆頭（未涂層）以及釬焊PCD鉆頭（如圖1所示）進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩種鉆頭可減少CFRP毛刺的形成和分層剝離，并且可以減少在鉆削鈦合金時(shí)積屑瘤的產(chǎn)生。同時(shí)對(duì)這兩種鉆頭進(jìn)行刀具幾何優(yōu)化：采用比較大的前角，雙頂尖角（頂尖角度分別為130°與155°），發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的刀具可以提高孔的加工質(zhì)量。這是由于增大前角可以降低軸向推力，從而降低CFRP出口處分層以及毛刺，提高鉆孔質(zhì)量，但前角又不能太大，過大會(huì)使切削熱增多，易產(chǎn)生積屑瘤，對(duì)刀具不利，因此前角需在一定范圍內(nèi)；頂尖角的選擇上，小于90°或者大于150°是最佳取值范圍，加工鈦合金時(shí)，需要采用較大的頂尖角，這個(gè)在前文中已經(jīng)陳述，故選取了155°的頂尖角，可以降低鈦合金出口處的毛刺高度，但又沒有很好的定心能力，所以采用雙頂尖角，以增加定心能力，同時(shí)在鉆出最后一層CFRP時(shí)減少分層。同時(shí)刃帶寬度也經(jīng)過優(yōu)化處理，寬度過大會(huì)使刀具刃帶劃傷孔壁，使孔加工質(zhì)量下降，后角比較大是為了減少熱的生成，從而降低后刀面的磨損[15]，并且文獻(xiàn)[15]中針對(duì)以上兩種刀具以及釬焊3種顆粒大小不同的金剛石的刀具（晶粒大小分別為4μm、10μm、2-30μm的混合晶粒大小），分別對(duì)孔加工質(zhì)量，刀具壽命做了試驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)釬焊PCD刀具在耐磨性上優(yōu)于未涂層的整體硬質(zhì)合金刀具，但剛度不是很好，同時(shí)還指出釬焊不同晶粒大小的金剛石的刀具在孔的加工質(zhì)量、刀具壽命方面各有優(yōu)勢(shì)，綜合平衡這兩方面的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)釬焊晶粒大小為10μm的PCD鉆頭，綜合機(jī)械加工性能最好。本課題組針對(duì)難加工材料的高效加工，采用肯納金屬有限公司的鉆頭B556型號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)研究也發(fā)現(xiàn)這種型號(hào)的鉆頭的加工性能優(yōu)良，刀具壽命較長。

圖1 肯納金屬有限公司的B556型鉆頭和釬焊PCD鉆頭Fig.1 B556 and brazing PCD drilling tools of Kenna Metal Co.， LTD

2.2 鉆孔刀具磨損

鈦合金與很多金屬、合金有很強(qiáng)的吸附作用，所以在選擇加工鈦合金的刀具時(shí)，需注意刀具材料的問題，更要了解加工鈦合金時(shí)刀具磨損機(jī)理，文獻(xiàn)[16]指出TiN涂層的硬質(zhì)合金刀具在加工鈦合金過程中，刀具磨損分為3個(gè)階段，即初期磨損、中期磨損、末期磨損。這3個(gè)階段磨損機(jī)理各不相同：在初期磨損階段，會(huì)有鈦合金切屑粘附于后刀面上，出現(xiàn)粘著磨損；在中期磨損階段，會(huì)存在鈦合金切屑粘著在后刀面和涂層脫落的現(xiàn)象，涂層脫落不是很嚴(yán)重，但以粘著磨損為主；在末期磨損階段，在排屑槽靠近切削刃附近出現(xiàn)嚴(yán)重的月牙洼磨損。這3個(gè)階段磨損過程中，以粘著磨損為主，出現(xiàn)這種情況是由于鈦合金具有不易散熱的特性，在加工過程中，刀具與工件材料接觸區(qū)域處在高溫環(huán)境中，同時(shí)切屑受到力的共同作用，出現(xiàn)粘著現(xiàn)象。針對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，大量試驗(yàn)研究表明，刀具后刀面的磨粒磨損是主要的磨損形式[17-18]，同時(shí)文獻(xiàn)[19]指出切削刃鈍化是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆孔刀具磨損不可忽視的一個(gè)重要原因，所以在加工疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，不管是含有AlTiN涂層的刀具還是未涂層的整體硬質(zhì)合金刀具在加工鈦合金層時(shí)均出現(xiàn)鈦合金切屑粘著在后刀面上的現(xiàn)象，再繼續(xù)往復(fù)合材料層鉆時(shí)，附著在后刀面上的碳纖維切屑會(huì)作為磨粒產(chǎn)生磨損效果，將粘著的鈦合金切屑磨損掉，使刀具相比單層加工時(shí)壽命延長，獲得較好的孔加工質(zhì)量[20]。同時(shí)，本課題組也進(jìn)行加工鈦合金刀具磨損試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)隨著加工孔數(shù)的增多，磨損逐漸加劇，如圖2所示。

圖2 螺旋銑孔與傳統(tǒng)鉆孔工藝刀具磨損對(duì)比Fig.2 Comparison of tool wear between helical milling and conventional drilling process

3 鈦合金、復(fù)合材料及疊層結(jié)構(gòu)鉆孔孔加工質(zhì)量研究

航空航天領(lǐng)域裝配孔對(duì)加工質(zhì)量有著很苛刻的要求。保證孔加工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能使得螺栓連接更加緊密，提高安全性能。影響鈦合金、復(fù)合材料鉆孔加工質(zhì)量的主要因素有鉆頭幾何參數(shù)和切削參數(shù)，鉆頭幾何參數(shù)在前文已經(jīng)敘述，這里不再贅述。切削參數(shù)影響孔加工質(zhì)量的主要有切削速度和進(jìn)給速度。近幾年來，國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)鈦合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其疊層結(jié)構(gòu)鉆孔加工質(zhì)量進(jìn)行了廣泛的研究。文獻(xiàn)[21]針對(duì)鈦合金進(jìn)行了螺旋銑孔工藝與鉆孔工藝對(duì)比試驗(yàn)研究，通過設(shè)計(jì)螺旋銑孔和鉆孔的加工質(zhì)量試驗(yàn)，采用各種測(cè)量儀器設(shè)備對(duì)孔的圓度、孔徑變化量、表面粗糙度進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)采用鉆削工藝會(huì)導(dǎo)致鈦合金入口、中間、出口3個(gè)位置上圓度偏差在5μm左右；孔徑會(huì)隨著加工孔數(shù)的增多有增大的趨勢(shì)，但其平均偏差為6μm；采用鉆孔的表面粗糙度值集中在0.8μm到1.2μm之間。文獻(xiàn)[16]研究鈦合金Ti-6Al-4V鉆孔過程中刀具磨損、孔加工質(zhì)量以及表面完整性，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出在鉆孔過程中由于軸向力的作用，在鈦合金孔出口處容易產(chǎn)生毛刺，并且研究發(fā)現(xiàn)毛刺與孔壁表面粗糙度會(huì)隨著鉆削時(shí)間延長（即隨著加工孔數(shù)量的增加）有增大的趨勢(shì)：毛刺高度在0.3mm以內(nèi)，平均表面粗糙度為0.7～2.5μm。Wu等[22]在3組主軸鉆速（分別為555r/min、800r/min、1140r/min）與4組進(jìn)給速度（分別為 28mm/min、43mm/min、65mm/min、100mm/min）參數(shù)下，觀察鉆孔試驗(yàn)孔加工質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)軸向力過大是造成毛刺、突邊等鈦合金鉆孔缺陷的主要原因，且軸向力會(huì)隨著進(jìn)給速度的增大會(huì)增大，隨著主軸鉆速增大而減小，要想獲得較好的孔加工質(zhì)量需要減小軸向力，在實(shí)際加工中在合理的加工范圍內(nèi)應(yīng)采用較高的主軸鉆速和較低的進(jìn)給速度。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）具有各向異質(zhì)性，在鉆孔過程中易產(chǎn)生分層、毛刺（如圖3所示）、吸水膨脹、纖維拔出等損傷形式，而其中分層是最主要的損傷形式。在CFRP鉆孔過程中，易發(fā)生分層的兩個(gè)位置就是加工孔的入口、出口處，即存在剝離分層和推出分層。造成分層損傷的原因主要也是由于鉆頭推力過大，并且現(xiàn)在通常認(rèn)為存在一個(gè)“臨界推力”，當(dāng)鉆削推力小于這個(gè)臨界值時(shí)，就不會(huì)發(fā)生分層損傷[23-24]。CFRP材料鉆削加工表面質(zhì)量（孔直徑誤差、圓度、以及分層損傷等）主要取決于鉆頭的幾何形狀、刀具材質(zhì)以及鉆削加工參數(shù)[25]。通過選擇合適的進(jìn)給速度、切削速度、鉆削工藝條件可以減少分層損傷：采用較高的切削速度和較低的進(jìn)給速度可以顯著降低分層損傷，提高孔加工質(zhì)量，這是由于低進(jìn)給速率可以減小鉆削推力，使表面粗糙度減小，分層因子減小，故得到良好的孔加工質(zhì)量[24]。鮑永杰[26]在研究復(fù)合材料鉆孔缺陷成因與高效鉆孔技術(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著進(jìn)給速率的提高，鉆銷軸向力會(huì)逐漸增大，而會(huì)隨著主軸鉆速的提高而減小，進(jìn)一步研究了軸向力與分層因子之間關(guān)系發(fā)現(xiàn)軸向力增大分層因子亦會(huì)增大，這就解釋了為什么采用較高的切削速度和較低的進(jìn)給速度會(huì)減小分層。

對(duì)于鈦合金和復(fù)合材料兩種特性截然不同的材料組成的疊層結(jié)構(gòu)鉆孔，要想獲得較好的孔加工質(zhì)量，需要分別采用合適的加工參數(shù)進(jìn)行變參數(shù)法新工藝加工[27]。文獻(xiàn)[28]就疊層結(jié)構(gòu)鉆孔加工質(zhì)量進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)鈦合金與復(fù)合材料表面粗糙度均隨著進(jìn)給增大有所降低，但鈦合金比復(fù)合材料孔孔加工質(zhì)量更好一些。關(guān)于疊層結(jié)構(gòu)鉆孔表面粗糙度、突邊與加工參數(shù)之間的關(guān)系，文獻(xiàn)[29]研究采用高速鋼鉆頭和HSS-Co鉆頭，由復(fù)合材料鉆向鈦合金層，發(fā)現(xiàn)對(duì)于HSS-Co鉆頭鉆銷過程中鈦合金層出口方向突邊比較嚴(yán)重，隨著進(jìn)給速度增大突邊高度會(huì)降低，但會(huì)隨著主軸速度增大而增大，對(duì)兩種刀具復(fù)合材料層表面粗糙度主要與進(jìn)給速度有關(guān)，且會(huì)隨著進(jìn)給速度的增加而增大。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一些商業(yè)仿真軟件相繼應(yīng)運(yùn)而生，例如 Ansys、Abaqus、 Third Wave Systems AdvantEdge等。部分學(xué)者利用有限元軟件進(jìn)行了CFRP、鈦合金鉆削的有限元分析研究，并取得了良好的成績。Isbilir等[30]建立了CFRP鉆削過程有限有限元仿真，分析了切削速度、進(jìn)給量對(duì)軸向力、扭矩、分層缺陷的影響；進(jìn)行了CFRP鉆削試驗(yàn)，驗(yàn)證了模型的正確性。隨后Isbilir等[31]繼續(xù)對(duì)CFRP的鉆削過程進(jìn)行了有限元分析，建立了基于Hashin theory理論的層間失效模型和層間分層模型。試驗(yàn)結(jié)果表明，有限元仿真模型很好地預(yù)測(cè)了CFRP鉆削過程中的軸向力、扭矩和鉆孔缺陷等問題。

根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在加工鈦合金時(shí)，通常取進(jìn)給量為0.05～0.15mm/r，切削速度為 10～30min ；加工碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料時(shí)，通常取進(jìn)給量為0.1～0.2mm/r，切削速度為20～50min；加工疊層結(jié)構(gòu)時(shí)，需要根據(jù)加工鈦合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料各個(gè)最優(yōu)參數(shù)，采用變參數(shù)工藝加工。

圖3 CFRP鉆孔出入口毛刺對(duì)比Fig.3 Comparison of the drilling burr status of hole entrance and export on CFRP

4 鈦合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆削新發(fā)展

隨著自動(dòng)化技術(shù)的提高，傳統(tǒng)的鉆孔工藝已不能滿足航空制造業(yè)對(duì)高生產(chǎn)率、高精度、高難度的要求，必須開發(fā)新的工藝。鈦合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制孔的新工藝包括自動(dòng)進(jìn)給鉆、低溫切削以及現(xiàn)在尚在研究階段的螺旋銑孔工藝等，這些新工藝各有特點(diǎn)。

自動(dòng)進(jìn)給鉆是可以將鉆、擴(kuò)、鉸集成于一體的自動(dòng)鉆孔工藝，特點(diǎn)前文已述，這里不再贅述。

低溫切削[32]：用液氮（-180℃）或低溫液體（-76℃）作為切削冷卻液，將加工環(huán)境控制在低溫條件下進(jìn)行切削加工，可以有效地防止由于切削溫度過高引起的刀具過度磨損等問題。

螺旋銑孔：該種加工工藝實(shí)質(zhì)是一個(gè)斷續(xù)銑削加工、以銑代鉆的過程，其一顯著的特點(diǎn)就是由兩種運(yùn)動(dòng)的合成第一主運(yùn)動(dòng)是主軸的高速旋轉(zhuǎn)，第二主運(yùn)動(dòng)是刀具中心軸繞孔中心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)Z軸向下進(jìn)給，如圖4所示。與傳統(tǒng)鉆孔工藝相比，能很好地延長刀具壽命、提高孔加工質(zhì)量和效率，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，也是未來應(yīng)用重要的領(lǐng)域之一。

圖4 螺旋銑孔運(yùn)動(dòng)Fig.4 Helical milling motion

5 結(jié)束語

鈦合金以及碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但目前針對(duì)由這兩種材料構(gòu)成的疊層結(jié)構(gòu)鉆孔技術(shù)的研究很少，這是未來關(guān)注的主要方向。而針對(duì)鈦合金、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆孔技術(shù)還需要作進(jìn)一步的微觀研究。本文通過對(duì)以往的研究成果進(jìn)行總結(jié)，在孔加工質(zhì)量、刀具磨損、刀具設(shè)計(jì)研究等方面進(jìn)行了闡述，為難加工材料鉆孔技術(shù)的進(jìn)一步研究指明了方向。

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