航空航天鋁合金構件裝配孔鉆削出口毛刺研究進展

王笑時，楊國林，董志剛，康仁科

（大連理工大學，精密與特種加工教育部重點實驗室，遼寧 大連 116024）

航空航天制造業(yè)是國家的戰(zhàn)略性行業(yè)，能夠衡量一個國家工業(yè)技術的發(fā)展水平，是一個國家綜合國力的象征，而其中各類構件的制造與裝配更是整個航空航天制造業(yè)發(fā)展的基礎。鋁合金材料是航空航天領域使用最多的金屬材料之一，主要用于飛機蒙皮、機翼梁、地板梁、機身結構件等零部件的制造[1-2]。在F35戰(zhàn)機中，各類鋁合金用量占整機質(zhì)量的30%；民用波音777客機中，各類鋁合金材料約占整機質(zhì)量的70%；國產(chǎn)C919大飛機上各類鋁合金用量占比達65%[3-4]，因此，鋁合金構件的加工是整個航空航天制造業(yè)的重中之重。

航空航天構件裝配過程中，不同零部件間主要通過鉚釘或螺栓進行連接，需要加工大量的連接孔，大型客機裝配需要的制孔總數(shù)通常在百萬以上。據(jù)統(tǒng)計，每架波音747客機需要加工300萬個裝配孔，空客平均每年每條機翼裝配線上需加工4 000萬個裝配孔，裝配孔的質(zhì)量與連接強度、抗疲勞性能直接相關[5]。

目前，航空航天制造業(yè)中裝配孔主要通過鉆削加工實現(xiàn)[6]。鋁合金材料在鉆削加工過程中，孔底材料會發(fā)生塑形變形，材料被擠出而不是被切除，導致出口毛刺的產(chǎn)生[7-8]。鋁合金鉆孔形成的典型出口毛刺如圖1所示[9]。

圖1 鋁合金鉆削典型出口毛刺[9]Fig.1 Typical exit burr of aluminum alloy drilling[9]

毛刺是影響裝配孔質(zhì)量的關鍵因素。出口毛刺的存在直接影響工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度，構件的疲勞裂紋主要產(chǎn)生于孔出口毛刺附近，脫落的毛刺易引起電路的故障，蒙皮類零件間的間隙往往是出口毛刺所導致[10-11]。而去毛刺工序會極大地增加工時和成本，并且會引入新的影響工件表面質(zhì)量的因素[12]。隨著航空航天制造業(yè)的不斷發(fā)展和自動化制孔技術的廣泛應用，對出口毛刺的要求在不斷提高，對部分構件甚至提出了完全無出口毛刺的加工要求，針對毛刺控制的需求已越來越迫切[13]。

鋁合金鉆削出口毛刺的研究一直備受國內(nèi)外學者的高度關注，相關的研究內(nèi)容較為廣泛。作者團隊針對航空航天鋁合金構件裝配孔鉆削出口毛刺進行研究，從出口毛刺的類型和測量方法、形成機理和高度預測、毛刺控制方法3方面進行了系統(tǒng)的綜合性論述，以期為鋁合金出口毛刺的研究提供幫助。

1 鋁合金鉆削出口毛刺類型和測量方法

毛刺是指金屬材料在加工過程中，工件表面出現(xiàn)的各種不規(guī)則的銳利尖角、突起等，由切屑分離時一部分材料殘留在工件表面上形成，在金屬材料的加工過程中普遍存在。鋁合金材料鉆削加工時，受加工參數(shù)、刀具結構、加工條件等各方面因素的影響，會產(chǎn)生形狀、大小不同的毛刺。毛刺有正毛刺和負毛刺之分，正毛刺凸出成形面，負毛刺則以崩口等缺陷為特征[6,14]。ISO-13715標準將毛刺定義為與邊緣理想幾何形狀之外的偏差，但沒有給出毛刺類型的具體分類定義[15]。對不同類型的出口毛刺進行分類，使用合理的測量方法對毛刺進行評價，可以為毛刺的深入研究提供基礎。

1.1 鋁合金鉆削出口毛刺類型

在鋁合金材料鉆削加工過程中，刀具的切削刃與工件間發(fā)生擠壓和剪切，材料發(fā)生塑形變形，從而導致毛刺的產(chǎn)生，毛刺的形狀和大小受各方面因素的影響[16]。進給方向切出的毛刺尺寸一般要比切入方向毛刺大很多，對制孔質(zhì)量影響最大，所以在理論研究和實際生產(chǎn)加工中，以研究出口毛刺為主[6]。國內(nèi)外對毛刺類型的研究開始較早，相關學者對于毛刺的類型進行了較多研究。同時，隨著相關測量技術的快速發(fā)展，對出口毛刺的觀察分類也更加細致準確。

金屬切削毛刺的研究是鉆削出口毛刺研究的基礎，有必要對其進行一定的了解。奧島啟貳等[17]最早發(fā)現(xiàn)金屬加工中會產(chǎn)生毛刺，根據(jù)形狀對毛刺進行了簡單分類，將毛刺分為胡須狀、流出狀、規(guī)則狀、撕裂狀，并提出了若干控制毛刺形成的方法。GILLESPIE等[18]以塑形變形理論為基礎對毛刺進行了分類，表征了毛刺的形成機理。NAKAYAMA等[19]進一步以刀具切削刃和毛刺伸出方向?qū)γ踢M行了劃分。王貴成[20]建立了基于切削運動-刀具-切削刃的毛刺分類體系，將毛刺劃分為兩側方向毛刺、進給方向毛刺和切削方向毛刺，系統(tǒng)研究了毛刺形成變化的基本規(guī)律和毛刺形態(tài)轉換的基本界限條件。上述各分類方法都有其合理性以及一定的局限性。后續(xù)的鉆削出口毛刺分類都在此基礎上進行，以出口毛刺的形態(tài)、大小為標準進行分類，出口毛刺形狀的確定方法分為試驗觀察法和有限元仿真法等。

鋁合金鉆削出口毛刺的形態(tài)、大小受到諸多因素的影響，形狀復雜。石貴峰[6]根據(jù)鋁合金鉆削出口毛刺的形態(tài)，將其分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3種類型，如圖2所示。Ⅰ型毛刺向加工孔終端內(nèi)部凹陷，尺寸極小，對制孔質(zhì)量影響較?。虎蛐兔毯廷笮兔掏钩黾庸た?，附著在孔出口周圍，Ⅱ型毛刺高度H＜(1/2)d(孔徑)，厚度B＞0，Ⅲ型毛刺高度H≈(1/2)d，尺寸最大，生產(chǎn)中必須去除。朱云明等[21]利用一種基于磨削過程的鉆頭結構模型，以材料失效準則為切屑-工件分離判據(jù)，建立了鉆削毛刺形成的有限元模型，在不同的切削條件下仿真獲得了這3種形態(tài)的出口毛刺，即Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型毛刺，與石貴峰[6]研究劃分的毛刺類型相同，并通過試驗獲得了對應的毛刺形態(tài)，如圖3所示，毛刺形態(tài)與仿真結果基本一致。徐國勇[22]對鋁合金出口毛刺也采用了相同的分類方法。

圖2 出口毛刺類型[6]Fig.2 Exit burr type[6]

圖3 毛刺形態(tài)試驗結果[21]Fig.3 Burr shape results[21]

針對出口毛刺的形態(tài)，另有相關研究不考慮負毛刺而對其進行分類，將出口毛刺分為均勻毛刺、帶鉆帽的均勻毛刺、瞬態(tài)毛刺、冠狀毛刺[23]。因鋁合金材料的延展性較好，在加工中最常見的毛刺類型為帶鉆帽的均勻毛刺。肖曦輝等[24]根據(jù)出口毛刺圖像，將鉆削出口毛刺分成3類：均勻毛刺、帶鉆帽的均勻毛刺和冠狀毛刺。羅蒙[12]根據(jù)出口毛刺形貌將毛刺分為3種：均勻型毛刺、瞬態(tài)毛刺以及冠狀毛刺，均勻毛刺和瞬態(tài)毛刺尺寸相對較小，毛刺高度和厚度沿孔邊緣均勻分布；冠狀毛刺尺寸較大，沿孔邊緣不規(guī)則分布，是影響工件加工精度的主要原因之一。黃娟[25]對鋁合金進行了鉆削試驗，通過光學數(shù)碼顯微鏡觀察到了3種類型的毛刺：I型毛刺的高度和寬度基本一致，均布在孔的周圍，分為帶鉆帽和不帶鉆帽的形式；II型毛刺的尺寸比I型毛刺大且分布不均；III型毛刺的形成過程和I型毛刺類似，其斷裂過程發(fā)生在加工孔區(qū)域的邊緣，毛刺尺寸最大，如圖4所示。李曉峰[13]利用超景深三維顯微鏡觀察鋁合金鉆削出口毛刺，發(fā)現(xiàn)出口毛刺呈現(xiàn)均勻型，鉆頭頂處形成鉆帽。STEIN等[26]指出鉆削加工中形成的毛刺基本上可分為均勻毛刺、瞬態(tài)毛刺和冠形毛刺。均勻毛刺在孔的邊緣均勻地產(chǎn)生高度相似的毛刺，鉆帽是在鉆孔最后階段產(chǎn)生的圓形帽狀切屑，加工孔側面的斷裂是產(chǎn)生帶鉆帽撕裂均勻毛刺的主要原因；瞬態(tài)毛刺和冠形毛刺尺寸不均勻，高度通常較大，其是在均勻毛刺過渡到冠形毛刺時產(chǎn)生；冠形毛刺通常是由于孔中心發(fā)生的斷裂而形成的，材料在最終被推出而不是被切除。向勝華[27]利用基恩士VHX-600E型超景深顯微鏡對7050鋁合金鉆削出口毛刺的宏觀形貌情況進行了觀察，對毛刺高度進行了非接觸測量，其根部高度較小，毛刺沿孔鉆出端圓周均勻分布。鉆帽脫落的分為均勻毛刺，鉆帽未脫落的分為帶鉆帽的均勻毛刺；毛刺高度較大時，存在2個對稱的毛刺片連接在高度較大的毛刺上的為瞬態(tài)毛刺；不存在對稱的毛刺片，相比于瞬態(tài)毛刺，冠狀毛刺高度更高，如圖5所示。

圖4 出口毛刺形態(tài)[25]Fig.4 Exit burr shape[25]

圖5 出口毛刺類型和形態(tài)[27]Fig.5 Exit burr type and shape[27]

1.2 鋁合金鉆削出口毛刺測量方法

為研究毛刺的形成機理，探究其影響因素，對毛刺的深入研究只有在獲得關于毛刺位置、毛刺類型以及毛刺尺寸等必要信息的情況下才能實現(xiàn)[9]。因此，有必要對毛刺的測量方法進行歸納整理，從而為出口毛刺的研究提供必要的研究手段。

對出口毛刺進行測量，需要確定毛刺的主要特征參數(shù)。金屬切削毛刺的形狀和主要特征參數(shù)如圖6所示，表征毛刺的特征參數(shù)主要有毛刺根圓半徑（R）、毛刺高度（H）、毛刺根部厚度（B）等[6]。H是工件終端面與毛刺輪廓在橫截面上的最大距離；B是理想已加工表面與毛刺輪廓在橫截面上的最大距離；R是毛刺輪廓的截面尺寸之一。對于鋁合金鉆孔出口毛刺的幾何形狀特征如圖7所示，包括入口毛刺高度（Bhi）、出口毛刺根部寬度（BRwe）、入口毛刺根部寬度（BRwi）、出口毛刺寬度（Bwe）、入口毛刺寬度（Bwi）、出口毛刺最大毛刺高度（EBhe）等[28]。其中，毛刺高度對于制孔質(zhì)量、裝配性能有著較大的影響，是影響裝配孔質(zhì)量的關鍵因素。綜合考慮測量的可行性，對裝配質(zhì)量影響的重要性等因素，通常以出口毛刺高度作為鋁合金鉆削出口毛刺的評價標準，航空航天制造業(yè)中對于鋁合金出口毛刺的評價也以出口毛刺高度為標準。

圖6 毛刺形狀和主要特征參數(shù)[6]Fig.6 Burr shape and main characteristic parameters[6]

圖7 毛刺幾何形狀特征[28]Fig.7 Geometric characteristics of burrs[28]

對于鋁合金鉆削出口毛刺的測量方法可以分為接觸式和非接觸式，按是否會破壞毛刺結構分為破壞性和非破壞性測量方法。非破壞性方法主要包括光學測量方法，非接觸測量方法包括光學和電學方法等[29]。對于快速有效的毛刺測量方法，國內(nèi)外學者進行了大量研究?，F(xiàn)階段對鋁合金出口毛刺的測量基于光學的方法較多，采用非接觸的測量方法，能夠快速準確地定量反映出毛刺的形態(tài)和各項指標。機械、接觸測量方法由于會對毛刺產(chǎn)生破壞，接觸時的壓力引起的塑形變形可能會降低實際毛刺高度，不能完全反映毛刺的全部形貌，使用范圍有限。對于毛刺的測量應根據(jù)應用場合、要求的測量精度和待測量的毛刺特性等合理的選擇測量評價方法。

非接觸的測量方法以光學方法為主。光學方法一般使用各種顯微鏡、相機、激光掃描電子顯微鏡來查看獲得的圖像，實現(xiàn)毛刺高度的非接觸測量，對工件表面沒有破壞，測量速度較快，精度較高，結果較為準確，使用范圍較廣，開發(fā)的測量方法較多，用于高精度微觀尺寸毛刺的檢測。岳瑋[30]對毛刺質(zhì)量、分類方法及評價方法進行了研究，歸納了微觀尺寸毛刺的檢測方法：（1）利用CCD顯微檢測系統(tǒng)，通過視覺相機使毛刺棱邊成像于面陣CCD，采集到計算機中進行觀察和測量；（2）利用掃描電子顯微鏡（SEM）實現(xiàn)精密或超精密測量。PULNY等[28]使用3D顯微鏡對毛刺高度進行測量，使用光學坐標測量機測量毛刺寬度，如圖8所示。將被測工件放置在專用階梯形夾具上，以避免毛刺的不規(guī)則邊緣造成光反射困難影響測量精度，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)毛刺的3D重建。

圖8 使用光學CMM測量毛刺特征[28]Fig.8 Measurement of burr characteristics using optical CMM[28]

BAHCE等[9]使用激光位移傳感器測量毛刺高度，并將該測量系統(tǒng)納入機器人制孔系統(tǒng)以提高制孔質(zhì)量。KO[31]開發(fā)了一種毛刺測量系統(tǒng)，并分析了三角剖分法、錐形全息法和干涉法對毛刺幾何形狀測量有效性的影響，三角剖分法會在測量高坡度表面時產(chǎn)生不穩(wěn)定信號，干涉法會在毛刺頂部的棱邊產(chǎn)生干涉圖像，錐光全息法是測量微毛刺最合適的方法。NAKAO等[32]開發(fā)了一種基于圖像處理技術的鉆孔毛刺測量系統(tǒng)，使用位于待測試樣正上方的相機拍攝毛刺的圖像，測量了毛刺的高度。BAHCE等[9]開發(fā)了一種基于3D掃描儀的毛刺測量系統(tǒng)，對毛刺的高度、弧長和面積等幾何特征進行測量評估。魯琦淵[33]使用基恩士的形狀測量激光顯微鏡（VK-X250K）及配套的分析軟件(VKH1XMC)對鋁合金出口毛刺進行測量，該系統(tǒng)能同時進行深度焦點觀測與三維觀測，擺脫了傳統(tǒng)光學顯微鏡對樣本體積和材質(zhì)的限制以及景深較小的不足，可以觀測并保存樣本的狀態(tài)、顏色、膜層形狀等信息，且無需對樣本進行預處理，如圖9所示。AURICH等[15]開發(fā)了用于毛刺檢測的激光三角測量系統(tǒng)，如圖10所示。

圖9 形狀激光顯微鏡及測量結果[33]Fig.9 Shape laser microscope and measurement results[33]

圖10 基于激光三角測量系統(tǒng)的毛刺非接觸測量[15]Fig.10 Non contact measurement of burr based on laser triangulation system[15]

ISLAM等[34]借助光學輪廓儀與金相顯微鏡進行毛刺的測量。梁杰等[35]設計了一套基于線激光位移傳感器的孔毛刺測量系統(tǒng)，如圖11所示。該系統(tǒng)使用基恩士LJ-G030型2D激光位移傳感器測量毛刺，根據(jù)開發(fā)的計算毛刺高度和根厚度的算法，實現(xiàn)了毛刺高度和根厚度沿孔圓周展開的可視化，測量重復度＜ 0.8 μm，毛刺高度測量精度為5 μm。

圖11 線激光毛刺測量裝置[35]Fig.11 Line laser burr measuring device[35]

電學測量方法也是以傳感器通過非接觸的方法獲得毛刺尺寸的。曲海軍[36]開發(fā)了一種利用電容傳感器的毛刺在線測量系統(tǒng)，在加工中心上安裝非接觸測量傳感器來測量工件的毛刺形態(tài)和尺寸。

由于與毛刺發(fā)生接觸，接觸力會破壞或推擠毛刺以及工件本身的剛度等原因，基于機械的毛刺測量方法的應用范圍受限，測量方法較為宏觀，且一般只能用于測量毛刺高度[9]。SOKOLOWSKI[37]使用千分表測量毛刺的高度，沿孔邊緣取3個點測量毛刺高度并計算均值。MONDAL等[38]使用游標高度計測量了毛刺高度。BAHCE等[9]使用數(shù)字探針指示器測量鋁合金出口毛刺高度，將毛刺高度值認為是3次測量結果的平均值。COSTA等[39]使用千分表和平板測量了孔端的毛刺高度，觸針首先接觸孔旁邊的曲面，然后將觸針緩慢地掃向孔的外圍，刻度盤上記錄的最大值作為該點的毛刺高度。

2 鋁合金鉆削出口毛刺形成機理及高度預測方法

在鋁合金出口毛刺類型和測量評價方法研究的基礎上，分析出口毛刺的形成機理，預測毛刺高度是實現(xiàn)出口毛刺控制方法研究的必要條件，有必要對其進行研究總結。

2.1 鋁合金鉆削出口毛刺形成機理

工件的幾何形狀和表面處理情況、刀具的幾何形狀、加工孔徑和切削參數(shù)等多種因素以及各因素間的相互影響制約關系都直接影響著鋁合金出口毛刺的形成，其形成過程是一個非常復雜的工件材料彈塑性變形、切屑斷裂分離過程，涉及多個學科[40-41]。鋁合金鉆削出口毛刺的形成是多方面因素綜合作用的結果，當剪切材料所需的能量大于材料發(fā)生塑性變形所需的能量時，待加工材料厚度變薄，工件材料缺少支撐，剩余材料抵抗變形的能力下降，材料持續(xù)發(fā)生塑性變形，使孔底材料被擠出而不是切除，達到斷裂極限而發(fā)生斷裂，剩余材料留在孔底形成出口毛刺，因而出口毛刺在本質(zhì)上是一種特殊的切屑。加工過程中的軸向力、切削溫度、材料的切除過程以及使用的刀具等都對毛刺形成有著重要的影響。軸向力越大，孔底材料受到向下擠壓的變形量越大，材料的塑性變形越大，出口毛刺越大；切削溫度越高，材料塑性越好，能夠以較低的力發(fā)生較大的變形；工件的支撐情況越差，材料抵抗變形的能力越差，越易發(fā)生變形；刀具的磨損會增大切削力和提高切削溫度，產(chǎn)生積屑瘤，影響毛刺的產(chǎn)生；但工件的厚度對于毛刺形成基本沒有影響。國內(nèi)外學者針對鋁合金出口毛刺形成機理進行了大量研究，主要采用的方法有通過有限元仿真分析研究毛刺形成過程及影響因素，結合金屬材料的變形理論進行微元法建模以及通過試驗分析研究等。對鋁合金出口毛刺形成的過程進行劃分并逐步分析，有助于理解毛刺的形成機理。胡力闖[8]將鋁合金鉆削出口毛刺的形成過程劃分為5個階段：（1）鉆頭橫刃接觸工件至鉆頭完全鉆入；（2）橫刃接觸最小未切削厚度前的穩(wěn)定鉆削階段；（3）鉆頭刀尖距離出口面一定距離，未切削的材料不是繼續(xù)被切削，而是在鉆頭的推動下產(chǎn)生塑性變形；（4）未切削材料持續(xù)發(fā)生塑性變形階段；（5）未切削材料在出口面孔邊處發(fā)生斷裂，形成出口毛刺。毛刺形成過程如圖12所示。李哲等[42]采用不同的方法將出口毛刺的形成過程分為6步：（1）正常穩(wěn)定鉆削的出口臨界狀態(tài)；（2）孔底殘余材料在切削過程中開始發(fā)生塑性變形且被頂出孔出口邊緣；（3）鉆頭繼續(xù)向下，使出口頂出的殘余材料持續(xù)發(fā)生塑性變形；（4）材料出現(xiàn)初始破裂且為拉伸斷裂；（5）隨著鉆孔過程進行，裂縫擴展；（6）當鉆尖橫刃、主切削刃和副切削刃都完全超出孔出口邊緣時，形成毛刺。根據(jù)毛刺的形成過程，可以分析出各類毛刺的形成條件：當材料具有較好的延展性時，鉆頭橫刃前未切削的材料發(fā)生塑性變形，隨著刀具的進給，塑性變形區(qū)域從中心向邊緣擴展，最終在鉆頭的推動下在孔邊外發(fā)生斷裂形成鉆帽的均勻毛刺；當材料的塑性變形能力有限時，在早期變形的材料中心區(qū)域發(fā)生初始斷裂，產(chǎn)生不帶鉆帽的均勻毛刺；當鉆削力較大時，過早引起工件材料的塑性變形，使鉆頭下方更厚的材料層發(fā)生塑性變形，并在材料層中心區(qū)域產(chǎn)生更大的應變，導致出口表面的中心區(qū)域材料產(chǎn)生斷裂，最終導致瞬態(tài)毛刺或冠狀毛刺的產(chǎn)生。

圖12 出口毛刺形成過程[8]Fig.12 Formation process of exit burr[8]

結合毛刺的形成過程，部分學者以加工過程中的材料變形為分析要點，對鋁合金鉆削出口毛刺的形成機理進行了研究。JIN等[29]指出了出口毛刺形成的6個常見條件：（1）材料發(fā)生橫向流動，通常發(fā)生在工件受到擠壓時；（2）材料彎曲；（3）切屑從工件上撕裂；（4）多余的材料在孔出口邊緣聚集；（5）材料發(fā)生不完全切割；（6）材料流入裂縫。羅育果等[43]認為鋁合金鉆削加工形成的出口毛刺是一種滾動型毛刺，其產(chǎn)生的原因在于剪切材料所需的能量大于材料發(fā)生塑性變形所需能量。當鉆頭前進到出口附近時，鉆頭下待切削材料變薄，由于缺少工件材料的支撐，剩余材料抵抗變形的能力下降，出口部分開始發(fā)生變形，變形材料不再參與切削，僅持續(xù)發(fā)生塑性變形，直到材料在切削邊緣達到斷裂極限，從而造成出口毛刺的產(chǎn)生。袁定新等[44]認為在鉆削過程中，當?shù)毒呓咏壮隹诿鏁r，工件末端未切削材料的支撐強度降低，發(fā)生較大塑性變形，變形量大于切削厚度，部分材料未被切削而是在鉆削軸向力作用下被擠出，發(fā)生擠壓斷裂，剩余材料殘留在工件表面，在孔的邊緣形成毛刺。由相關研究可知，鉆削軸向力、工件材料剛度、材料的支撐情況是影響工件材料塑性變形量的直接因素。軸向力越大，工件材料剛度越小，工件支撐情況越差，工件材料的塑性變形越大，毛刺越大。

有限元分析方法是在出口毛刺形成機理分析中常用的方法，能夠模擬毛刺形成的過程以及毛刺的最終形貌，分析的重點在于需要綜合考慮模型中所有的影響因素。莫立揚等[45]使用 Abaqus軟件對鉆削毛刺形成機理進行有限元仿真分析，發(fā)現(xiàn)隨切削速度的增加，刀具與工件間摩擦加劇，鉆削區(qū)域溫度升高，未加工材質(zhì)軟化，硬度降低，工件撓曲變形量減小，毛刺尺寸隨之變?。浑S著進給量的增加，切削層厚度增加，使工件終端未完全切除，出口毛刺尺寸增大。徐曉霞等[46]通過三維動態(tài)仿真技術模擬分析了鉆削過程中出口毛刺的形成過程，并在此基礎上分析了鉆削熱的分布與影響，其建立的模型結果與已有的理論較為符合。石貴峰[6]利用deform-3D軟件對鉆削毛刺的形成過程和刀具切削過程進行了數(shù)值模擬，認為麻花鉆加工過程中起主要作用的切削刃為2條主切削刃和1條橫刃，并用常規(guī)狀態(tài)下的金屬切削過程分析其剪切機制，將毛刺的形成分為5個階段：初始階段、發(fā)展階段、蓋帽形成階段、余量材料切除階段及毛刺最終形成階段，并通過實際加工試驗對毛刺形成過程進行了驗證。劉慶倫等[47]基于Abaqus仿真軟件，對6063鋁合金鉆孔過程及毛刺形成進行仿真，獲得的出口毛刺仿真結果如圖13所示。在鉆頭進入工件材料瞬間，材料處于擠壓變形狀態(tài)，在鉆頭橫刃的旋轉擠壓力作用下，工件材料發(fā)生扭曲變形；當鉆頭進入材料內(nèi)部之后，主切削刃開始對邊界材料進行切削；當鉆頭出孔時，剩余材料過薄，在鉆孔軸向力及橫刃的擠壓作用下，出孔位置形成明顯凸起，呈現(xiàn)擠壓破裂的狀態(tài)，破裂后的材料在軸向上因缺乏足夠的支撐力作用而向下彎曲，并最終形成較大毛刺。因此，認為鋁合金出口毛刺的形成主要是由刀具向下擠壓破裂而成，毛刺尺寸呈現(xiàn)不均勻分布的狀態(tài)。

圖13 出口毛刺有限元仿真結果[47]Fig.13 Finite element simulation results of exit burr[47]

此外，國內(nèi)外學者針對加工參數(shù)、切削過程中工件的狀態(tài)（包括切削力、切削溫度等因素）、刀具影響等對毛刺形成的影響進行了大量的研究。朱兆聚[4]對鋁合金進行鉆削加工，發(fā)現(xiàn)較高的主軸轉速產(chǎn)生的出口毛刺高度較小，較高的進給速度會產(chǎn)生較大的出口毛刺。STEIN等[26]發(fā)現(xiàn)毛刺形成的嚴重程度受較高的進給速度和主軸轉速以及較差的刀具條件的影響。王威[48]認為產(chǎn)生鉆削毛刺的主要原因是：（1）鉆削參數(shù)，包括切削速度、進給速度和進給量，當切削速度較低和進給速度較高時易產(chǎn)生積屑瘤，從而導致毛刺產(chǎn)生；（2）鉆孔刀具的影響。其軸向力和切削速度是影響毛刺的主要因素，減小軸向力和增大切削速度能夠抑制出口毛刺的形成。黃娟[25]針對7075-T651鋁合金進行鉆削試驗，發(fā)現(xiàn)隨著主軸轉速的提高，產(chǎn)生的毛刺尺寸單調(diào)下降，在相同的主軸轉速下，毛刺的寬度和高度隨著進給量的增加同步增加，其變化趨勢基本一致。王昌贏等[49]使用類金剛石涂層硬質(zhì)合金麻花鉆進行PTFE/CFRP/鋁合金疊層材料鉆削試驗，發(fā)現(xiàn)采用較低的主軸轉速和較大的進給量可獲得更好的鋁合金出口質(zhì)量。DEY等[50]研究了鉆孔孔徑、頂角和主軸轉速對鋁合金出口毛刺的影響，采用單因素3水平試驗，確定了各參數(shù)對毛刺高度和厚度的影響規(guī)律。徐曉霞等[46]利用田口正交試驗法，對鋁合金2024-T3和7075-T6組成的疊層材料進行干式鉆削試驗。結果表明：進給量對毛刺的影響比主軸轉速的影響大，各參數(shù)對孔加工質(zhì)量影響程度的大小依次是：壓緊力、進給量、主軸轉速，且隨著進給量的增大，毛刺增大。

有研究發(fā)現(xiàn)，多個參數(shù)之間的相互作用也會對出口毛刺產(chǎn)生影響。KAMBOJ等[51]研究了切削速度、進給量、步進角、加工環(huán)境等因素對鋁合金制孔毛刺高度的影響，采用田口試驗設計和方差分析獲得結論：切削速度、進給速度、步進角以及切削速度與進給速度之間的相互作用是影響毛刺高度的主要因素。各因素對毛刺高度的貢獻率分別為11.86%、31.79%、35.43%和10.74%。KUNDU等[52]使用田口正交法進行鋁合金制孔試驗，通過方差分析，確定了各工藝參數(shù)對毛刺高度的影響，發(fā)現(xiàn)切削速度與切削條件之間的相互作用對毛刺高度有著重要的影響。

有學者認為，毛刺本質(zhì)是一種特殊的切屑，并以此為思路進行了毛刺形成機理的研究。林捷[53]認為加工層材料在切除過程中形成切屑，在刀具即將離開工件時，工件端部的材料開始發(fā)生塑性變形而延展，以刀尖點位旋轉形成毛刺，由于工件的終端部分支撐的強度不高產(chǎn)生塑性變形或塑性剪切滑移變形的情況，使部分切削層材料形成毛刺。羅蒙[12]認為鋁合金的鉆削毛刺本質(zhì)上是一種特殊的切屑，只會形成于刀具出刀或者切削刃退出工件的時候。刀具正常切削時，會在刀尖附近形成3個變形區(qū)，而當毛刺出現(xiàn)時，出現(xiàn)了第四變形區(qū)，即發(fā)生彈性變形、剪切、滑移的區(qū)域主要在切削層以下。在宏觀上，毛刺產(chǎn)生是由于切削過程中的第四變形區(qū)，微觀上是由于加工最末段的工件背靠支撐強度不夠，材料顆粒不斷發(fā)生滑移、位錯，切屑圍繞某一點發(fā)生旋轉而沒有折斷，殘留在工件上從而形成了毛刺。

刀具的磨損對于出口毛刺的形成也有一定的影響。MANDRA等[54]認為鉆削力中包括刀具磨損所產(chǎn)生的摩擦力，并基于正交切削的滑移線場理論模型，建立了因刀具磨損所產(chǎn)生的摩擦力模型，利用力做功與材料變形之間的能量平衡，建立毛刺形成模型。對2種不同的鋁合金（Al 6061-T6、Al 7075-T6）進行了試驗研究，發(fā)現(xiàn)刀具磨損從0增加到25%時，毛刺高度增長較慢；刀具磨損從25%增加至50%時，毛刺高度快速增加。當?shù)毒吣p量為50%時，最大毛刺高度可以增加3倍，最大毛刺厚度可以增加1倍。因此，刀具磨損對鋁合金出口毛刺的形成有著重要的影響，工件厚度對毛刺形成的影響不大。

G?K?E等[55]考慮了切削熱對毛刺形成的影響，對5083 H116鋁合金進行鉆削試驗，發(fā)現(xiàn)隨著進給速度的增加，毛刺高度增加，其原因在于進給速度的增加使鉆削所需的功率增加，切削溫度也隨之增加。假設切削區(qū)產(chǎn)生的熱量不會被切屑帶走，而是散發(fā)到工件材料中，塑性變形以不受控制的方式在較低受力的情況下發(fā)生。熱量向孔出口聚集并集中在孔的邊緣，當鉆頭靠近孔出口時，推動擠壓材料形成出口毛刺。

在航空航天制造業(yè)中，存在大量的鋁合金疊層結構件，疊層界面處的鉆孔質(zhì)量對裝配質(zhì)量有著重要的影響。因此，國內(nèi)外學者對鋁合金層間毛刺的形成機理也進行了大量的研究 。PARDO等[56]針對鋁合金疊層鉆孔毛刺的形成進行了研究。發(fā)現(xiàn)層間間隙寬度和毛刺高度之間存在關聯(lián)，較大的層間間隙寬度會產(chǎn)生尺寸更大的層間毛刺，毛刺的大小在一定程度上取決于毛刺生成的可用空間。劉姿[5]采用毛刺高度疊加原理對鋁合金疊層板層間毛刺形成機理進行了研究，認為層間毛刺的大小等于上層材料的出口毛刺高度與下層材料的入口毛刺高度之和，并由此進行了層間間隙數(shù)學模型的建立。TIAN等[57]針對鋁合金鉆削出口毛刺的形成以及疊層鋁合金板鉆孔層間間隙對層間毛刺的影響進行了研究，基于板殼理論和有限元方法，建立了層間間隙的數(shù)學模型，討論了層間間隙與層間毛刺之間的關系，如圖14所示。當間隙足夠時，出口毛刺和入口毛刺完全獨立形成且無接觸，層間毛刺高度小于層間間隙；當出口毛刺剛好接觸入口毛刺時，層間毛刺總高度等于層間間隙；當層間間隙較小時，出口毛刺在完全形成前與入口毛刺接觸，出口毛刺向內(nèi)生長，總層間毛刺高度大于層間間隙，獲得的預緊力與毛刺高度間關系如圖15所示。預壓力是控制毛刺形成的有效方法，進給速度對于層間毛刺高度有著顯著的影響。

圖14 層間間隙與層間毛刺關系[57]Fig.14 Relationship between interlayer gap and interlayer burr[57]

圖15 預緊力與層間毛刺高度間關系[57]Fig.15 Relationship between preload and interlayer burr height[57]

2.2 鋁合金鉆削出口毛刺高度預測方法

只有在獲得關于毛刺位置、毛刺類型和毛刺尺寸等必要信息的前提下才能開發(fā)有效的毛刺控制方法。在航空航天制造業(yè)中，為保證裝配時零部件上大量的孔都能夠正確一一對應，通常會將多個零件堆疊在一起進行制孔，這使得對出口毛刺的測量和觀察變得復雜困難[7]。因此，進行鋁合金出口毛刺高度的預測研究是十分有意義的。國內(nèi)外學者對此進行了大量研究，采用的研究方法眾多，主要有以下幾方面：通過有限元仿真預測出口毛刺的高度和形貌；通過試驗建立毛刺高度的擬合公式，預測毛刺高度；結合毛刺形成機理，建立毛刺高度預測模型。

部分學者將有限元分析和理論建模的思路結合起來，進行了毛刺高度預測模型的建立。吳丹等[58]針對2024-O鋁合金材料，通過試驗獲得麻花鉆主切削刃和橫刃在不同進給量作用下受到的軸向力數(shù)值，建立鉆削軸向力經(jīng)驗公式：采用有限元法對單層板的變形進行仿真，進而預測毛刺生成的初始位置；運用能量法建立層間毛刺高度的理論模型，預測誤差在30%以內(nèi)，誤差主要來自仿真過程中設定的邊界條件與實際工況的差異和建模時對切削過程和材料特性的簡化。毛刺高度實測值與理論預測值呈現(xiàn)相同的規(guī)律，模型具有一定的意義。胡力闖等[59]進行了基于工件剛度的毛刺高度數(shù)值計算，認為制孔位置不同，工件的剛度不同，工件產(chǎn)生的撓曲變形不同，對毛刺高度有著一定的影響。采用經(jīng)典薄板彎曲理論求解鉆削薄板任意一點處時的材料變形量，計算加工過程中鉆削力所做的功，并考慮兩板間的變形回彈，獲得了7075鋁合金疊層板上、下層板的出口毛刺高度模型。上層板出口毛刺高度預測值和實測值相對誤差在13%以內(nèi)，下層板毛刺高度預測相對誤差在12%以內(nèi)。HU等[60]研究了復雜條件下工件的撓度，采用迭代法確定層間接觸區(qū)域及其對鉆削過程中撓度的影響，建立了疊層鉆削層間毛刺高度預測模型，對7075-T6和2024-T3鋁合金疊層板進行了鉆孔試驗，試驗測得的毛刺高度與分析模型預測值吻合良好。WANG等[61]采用軸向定位法，在單獨的低頻軸向振動鉆削中準確地獲得了內(nèi)、外切削點，從而準確計算了振動鉆削過程中鉆頭的工作角度、切削力等參數(shù)，推導出了出口毛刺高度的理論計算公式。CHANG等[62]提出了一種毛刺高度預測模型，認為只有切削力的正向部分和工件的彈性變形回彈有助于毛刺的形成，建立新的切削力模型，使用切削力正向均值確定材料的變形量，使用標準麻花鉆進行72次鉆孔試驗進行驗證。與改進后的模型相比，現(xiàn)有模型精度提高了36%，與實測值平均值偏差在10%以內(nèi)。模擬值與實測值結果如圖16所示。

圖16 模擬值與實測值結果[62]Fig.16 Simulated and measured results[62]

MANDRA等[54]建立了一種考慮刀具磨損情況下出口毛刺的高度、厚度模型，與實測值進行對比，實際毛刺高度大于模擬毛刺高度，實際毛刺厚度小于模擬模型的，高度誤差約為30%，厚度誤差約為20%，預測值和毛刺高度和厚度的試驗值變化規(guī)律相同。HASSAN等[63]通過平均推力以及刀具的磨損監(jiān)測出口毛刺的高度，進行了毛刺高度的預測。LI等[64]針對7075-T6鋁合金材料，基于材料的變形機制、低頻振動輔助鉆削的運動模型以及受力分析，建立了低頻振動輔助鉆削毛刺高度的預測模型，預測誤差小于8%。胡力闖[8]通過有限元仿真，研究了鉆削毛刺的形成過程，得到了加工參數(shù)以及鉆頭幾何形狀等對毛刺的影響，實現(xiàn)了對毛刺高度和毛刺類型的預測，并利用預測結果調(diào)整工藝參數(shù)從而獲得較小的毛刺。

基于計算機技術和算法研究的發(fā)展，毛刺高度預測在此基礎上也有了一定程度的發(fā)展。周越[65]構建了基于深度前饋神經(jīng)網(wǎng)絡的制孔毛刺形成預測模型，引入批量標準化算法和正則化技術，有效提高了訓練效率和訓練精度，基于蟻群算法的啟發(fā)式整體調(diào)優(yōu)算法，完成模型的全局優(yōu)化，最后通過測試集得到了預測模型的預測結果，在絕對預測精度上有較大提高。以工藝參數(shù)（制孔轉速、進給速度、每轉進給量）和主軸電流信號特征矩陣為輸入，預測平均相對誤差為9.34%，能夠達到95%以上的準確率[66]。G?K?E等[55]采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）對出口毛刺高度進行預測，以試驗數(shù)據(jù)預測響應，用神經(jīng)擬合工具評估試驗數(shù)據(jù)，并使用前饋-反向傳播執(zhí)行ANN模型，對5083 H116鋁合金毛刺高度的預測成功率為99.6%，預測值與實測值呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律如圖17所示。許敏俊等[67]建立了基于數(shù)字孿生的弱剛性鉆削毛刺控制系統(tǒng)及2種極端情況下的毛刺高度模型，利用 GRU神經(jīng)網(wǎng)絡搭建毛刺預測模型，預測相對誤差約為 13%。

圖17 毛刺高度的試驗結果和預測結果的比較[55]Fig.17 Comparison of the experimental and predicted results for the burr height[55]

還有部分學者采用通過試驗獲得出口毛刺高度數(shù)據(jù)并建立擬合公式的方法，實現(xiàn)對毛刺高度的預測。THAKRE等[68]采用響應曲面法建立了Al-SiC鉆孔過程中產(chǎn)生的毛刺高度、厚度模型，通過均值和方差分析，獲得了各工藝參數(shù)對毛刺高度影響的顯著性。魯琦淵[33]根據(jù)試驗測得的超聲振動輔助鉆削鋁合金出口毛刺高度的數(shù)值，依據(jù)最小二乘法，擬合出毛刺高度回歸方程，出口毛刺高度預測的平均相對誤差為15.76%。馬文瑞[23]對鋁合金進行鉆削試驗，由試驗數(shù)據(jù)建立了基于響應曲面法的毛刺高度和毛刺厚度回歸方程，預測值與實測值吻合良好。ABDELHAFEEZ等[69]基于響應曲面法的試驗設計，發(fā)現(xiàn)出口毛刺高度與各切削參數(shù)之間存在高度非線性關系，并由試驗結果獲得了毛刺高度的擬合公式，獲得的毛刺出口高度與切削參數(shù)之間的關系如圖18所示。

圖18 出口毛刺高度與切削參數(shù)間關系[69]Fig.18 Relationship between exit burr height and cutting parameters[69]

根據(jù)現(xiàn)有研究資料，針對鋁合金出口毛刺高度預測方面的主要研究方向和進展如表1所示。

表1 毛刺高度預測研究進展Tab.1 Research progress of burr height prediction

3 鋁合金鉆削出口毛刺控制方法研究

通過對上述有關鋁合金鉆削出口毛刺類型、毛刺形成機理和毛刺高度的測量評價、預測方法的討論分析可知，切削參數(shù)、加工工藝、刀具結構、加工條件等是影響加工過程中軸向力和材料塑性變形的主要因素，對出口毛刺有著重要的影響。目前，并沒有一種方法能夠直接解決毛刺的形成，無法完全避免出口毛刺的產(chǎn)生[70-71]。因此，最優(yōu)的解決方法是盡可能減少毛刺的形成，控制其尺寸，降低其對制孔質(zhì)量的影響[29]。開展鋁合金鉆削出口毛刺控制方法的研究，可以從優(yōu)化切削加工參數(shù)，優(yōu)化刀具結構和開發(fā)新的制孔加工工藝等幾方面開展。

3.1 切削參數(shù)優(yōu)化

鋁合金鉆削加工中的切削參數(shù)直接影響出口毛刺的形成，若參數(shù)選擇不當，易導致加工過程中軸向力過大，增大刀具磨損，使出口毛刺過大，產(chǎn)生劃傷等缺陷。各切削參數(shù)與毛刺高度間存在非線性關系，對出口毛刺影響的顯著性也不盡相同。通過切削參數(shù)優(yōu)化，可以有效地控制鋁合金出口毛刺的尺寸。目前的研究主要通過試驗，如單因素試驗、田口正交試驗、響應曲面試驗等，或是通過建立的毛刺高度模型，分析加工參數(shù)對毛刺的影響，探究各因素對毛刺形成的作用，優(yōu)化加工參數(shù)，控制出口毛刺尺寸。

對于切削參數(shù)優(yōu)化方法的研究，多采用田口正交試驗設計或是響應曲面試驗設計的方法，可以減小試驗量并通過方差分析等方法，獲得不同參數(shù)下的顯著度，獲得對應的最優(yōu)加工參數(shù)。向勝華[27]對7050鋁合金進行了單因素鉆孔試驗，獲得了不同加工參數(shù)下的毛刺形貌，如圖19所示。以毛刺高度和切屑長度作為優(yōu)化指標，對切削速度和進給速度進行分析，確認了最優(yōu)的加工參數(shù)范圍。袁定新等[44]針對2Al2鋁合金使用硬質(zhì)合金三尖鉆，采用單因素試驗與正交試驗結合的方法對鉆削參數(shù)進行研究，發(fā)現(xiàn)主軸轉速對出口毛刺高度的影響較大，毛刺高度隨著主軸轉速的增大，呈現(xiàn)先增大后減小再增大的趨勢，并根據(jù)試驗結果獲得了最佳的制孔參數(shù)：主軸轉速，12 000 r/min；進給量，0.025 mm/r；控制毛刺高度均值為0.103 mm。蘇海等[72]針對2A12-T4、7A09-T6鋁合金材料，通過正交試驗分析了主軸轉速、進給量以及刀具鋒角對鋁合金疊層出口毛刺高度的影響。由極差分析得出影響制孔出口毛刺高度的主要因素依次為鉆頭鋒角、進給量和主軸轉速。進給量越小，轉速越高，出口毛刺高度越小，獲得了最優(yōu)的加工參數(shù)：主軸轉速為10 000 r/min，進給量為0.2 mm/r，壓緊力為1 500 N，刀具頂角為140°，將出口毛刺高度控制在0.127 mm以下。

圖19 不同參數(shù)下出口毛刺情況[27]Fig.19 Exit burr under different parameters[27]

于淵等[73]對鉆尖頂角、主軸轉速、進給量進行3水平正交試驗，以鋁合金出口毛刺為評價指標，并進行極差分析，確定了最優(yōu)的加工參數(shù)范圍并進行了驗證。在頂角為120°，主軸轉速為16 000 r/min，進給量為0.10 mm/r的加工參數(shù)下，可將毛刺高度控制在0.15 mm以下。ABDELHAFEEZ 等[69]針對Al7010-T7451和Al2024-T351鋁合金鉆孔，采用了基于響應曲面法的試驗設計，發(fā)現(xiàn)出口毛刺高度與切削參數(shù)之間存在非線性關系，由試驗結果建立了毛刺高度的擬合公式，獲得了最優(yōu)的加工參數(shù)：切削速度為150 m/min，進給量為0.16 mm/r，使出口毛刺高度降低了75%。KAMBOJ等[51]采用田口試驗設計和方差分析獲得了最優(yōu)的加工參數(shù)，在切削速度為150.72 m/min，進給量為0.05 mm/r，步進角為90°時，出口毛刺最小為0.048 mm。KUNDU等[52]使用田口正交法進行鋁合金制孔試驗，通過方差分析，確定了最佳加工條件為：中等切削速度（20 m/min），低進給（0.032 mm/r），水冷潤滑，工件支撐良好，可將毛刺高度降低33%。HASSAN等[63]對CFRP/7075 T-6鋁合金疊層材料進行試驗，不同刀具、參數(shù)下鋁合金出口毛刺如圖20所示。發(fā)現(xiàn)當主軸轉速為2 600 r/min、進給速度為0.05 mm/r，當?shù)毒邘缀谓嵌仍诼菪菫?5°、隙角為8°、頂角為130°、橫刃斜角為30°時，鋁合金出口毛刺最小，毛刺高度為133.62 μm。

圖20 不同刀具參數(shù)、加工參數(shù)下鋁合金出口毛刺形態(tài)[63]Fig.20 Exit burr morphology of aluminum alloy under different tool parameters and machining parameters[63]

DIRHAMSYAH等[74]研究了鋁合金微小孔鉆削加工毛刺的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)出口毛刺隨主軸轉速和進給速度的增加而增加。G?K?E等[55]采用田口正交試驗法對5083 H116鋁合金進行了干切削條件下的加工試驗，采用響應曲面法（RSM）建立數(shù)學模型，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）進行預測，根據(jù)方差分析發(fā)現(xiàn)對出口毛刺高度影響最大的因素為進給速度，最佳的加工參數(shù)為：切削速度為40 m/min、進給量為0.025 mm/r，此時出口毛刺高度為0.18 mm。ISLAM等[34]以主軸轉速、鉆頭直徑和冷卻介質(zhì)為研究對象，采用單因素試驗，發(fā)現(xiàn)在風冷條件下，低主軸轉速、低進給時，形成均勻毛刺，毛刺高度較??；高主軸轉速時，形成瞬態(tài)毛刺或冠狀毛刺，毛刺高度較大。水冷條件下，傳遞到工件的熱量較小，形成均勻毛刺，毛刺高度較小。MONDAL等[40]以主軸轉速、進給速度和支承內(nèi)深度為研究對象，建立基于響應曲面法的毛刺高度和毛刺厚度回歸方程，采用BBO優(yōu)化方法以毛刺高度和厚度最小化為優(yōu)化目標，獲得最優(yōu)加工參數(shù)為：主軸轉速為 320 r/min、進給量為0.08 mm/r，出口毛刺為0.567 mm。GAITONDE等[75]研究了一種鉆削加工多目標田口優(yōu)化方法，通過均值分析（ANOM）和方差分析（ANOVA）證明了方法的有效性，在給定的加工參數(shù)范圍內(nèi)獲得了最小化毛刺高度和厚度的最優(yōu)加工參數(shù)。BAH?E等[76]使用不同的出口表面角度、主軸轉速和進給速度參數(shù)對Al7075鋁合金進行鉆孔試驗，通過田口、方差分析和NLR統(tǒng)計方法評估結果，確定了最佳鉆孔參數(shù)：主軸轉速為2 300 r/min、進給量為0.1 mm/r，毛刺高度為0.175 3 mm。

3.2 刀具幾何結構優(yōu)化

鉆削是金屬切削加工幾種類型中最難的工序之一，其原因在于制孔精度由鉆頭結構直接決定。在加工時，刀刃一直在孔內(nèi)，切削溫度高，冷卻困難；切屑由排屑槽從孔內(nèi)排出，易發(fā)生堵塞[77]。在鉆削過程中，鉆頭的使用率僅為35%[55]。鉆削的加工特性和麻花鉆的結構易導致鋁合金鉆孔出口產(chǎn)生毛刺。對刀具的幾何結構進行優(yōu)化（包括使用合適的涂層、切削刃結構優(yōu)化、新型刀具的研制等）有助于減小鋁合金鉆孔出口毛刺的尺寸。

傳統(tǒng)麻花鉆的結構如圖21所示[78]，主要結構包括前刀面、主切削刃、副切削刃、橫刃、主后刀面、副后刀面等。麻花鉆按結構可分為整體式鉆頭、焊接式鉆頭；按鉆頭刃數(shù)分為二刃鉆、三刃鉆、多刃鉆；按鉆頭鉆尖分為S型、X 型、波型等；按鉆頭階梯分為單級鉆、階梯鉆、成形鉆等。麻花鉆結構復雜，各切削刃對切削過程有著重要的影響。鉆尖部分主切削刃作為切削的關鍵部位，與工件材料直接發(fā)生作用，其刃型結構和尺寸參數(shù)決定著鉆削加工中軸向力、力矩及溫度分布，直接影響著出口毛刺的形成。麻花鉆的幾何結構（包括頂角、螺旋角、分屑槽、切削刃形狀等）、刀具的基體材料、涂層等都會影響出口毛刺的形成。從這些方面進行刀具優(yōu)化設計都可以控制毛刺的產(chǎn)生。已經(jīng)有大量抑制出口毛刺的刀具被研制出來，包括多尖刃鉆頭、雙頂角鉆頭、階梯鉆頭等。針對航空航天制造業(yè)的具體工況，結合加工工藝，研制高性能的專用刀具，優(yōu)化刀具角度，改善涂層工藝是未來刀具優(yōu)化研究的重點。

圖21 麻花鉆結構 [78]Fig.21 Twist drill structure[78]

部分學者針對傳統(tǒng)麻花鉆結構如頂角、螺旋角等進行了優(yōu)化設計，控制出口毛刺的產(chǎn)生。蘇海等[72]發(fā)現(xiàn)鉆頭的頂角越大，出口毛刺高度越小。劉姿[5]從橫刃長度、頂角、螺旋角3方面對鉆頭幾何參數(shù)進行優(yōu)化，并進行了三尖麻花鉆和傳統(tǒng)麻花鉆制孔試驗，發(fā)現(xiàn)三尖麻花鉆的切削性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)麻花鉆的，小頂角和大前角結構有助于增加刀具的鋒利度，減小鋁合金孔的出口毛刺，鉆頭的雙棱邊設計減小了鉆頭與已加工表面的接觸面積，減小了刀具與孔壁的摩擦。郭偉民[79]針對二重頂角、分屑槽和圓弧刃這3種結構形式對于減少鉆削毛刺的作用進行了研究，發(fā)現(xiàn)二重頂角鉆頭隨頂角減小，刀尖角增大，刀尖強度改善，刀具切削能力增強，有助于減小毛刺；分屑槽鉆頭中分屑槽能將切削過程中產(chǎn)生的大塊切屑分成2個或多個，使排屑更流暢，減小摩擦，降低切削力，從而減少甚至避免出口毛刺；外凸型圓弧刃鉆頭在外緣轉角處用圓弧光滑過渡，減小了主偏角，使軸向力減小，有一定的副后角，可減小摩擦和發(fā)熱，有利于減少毛刺的產(chǎn)生。3種鉆頭結構如圖22所示。

圖22 3種抑制出口毛刺的結構[79]Fig.22 Three structures for suppressing outlet burr[79]

DORNFELD等[80]指出，麻花鉆的幾何結構（螺旋角、頂角）對鉆孔過程中產(chǎn)生的毛刺高度和厚度有顯著影響。黃娟[25]為抑制毛刺產(chǎn)生，對刀具的幾何結構進行了優(yōu)化，將鉆頭主切削刃修整成圓弧狀的前切削刃和后切削刃，中間增加頂角為0°的過渡切削刃。優(yōu)化后的刀具切削刃上不同點的頂角不同，離鉆尖越遠頂角越小，同時切削刃長度增加，鉆削厚度減小、鉆削寬度增加，使單位切削刃長度上的載荷減輕、軸向進給分力減小，工件材料終端受鉆頭軸向力的作用而產(chǎn)生的撓曲變形減??；副切削刃采用較大螺旋角使排屑順暢，軸向進給分力隨之減小，工件終端材料的撓曲變形量會相應減小，并且前切削刃對材料進行切除后，后切削刃繼續(xù)切削，可將前切削刃鉆削中產(chǎn)生的毛刺進一步去除，優(yōu)化的刀具結構可實現(xiàn)近無出口毛刺。FRANCZYK等[81]在麻花鉆鉆頭邊緣上做了一個特定長度和角度的倒角（l3=2 mm，k2=2°），如圖23所示。優(yōu)化的刀具結構能夠顯著降低軸向切削力（22%～23%）和毛刺高度（10%～22%），優(yōu)化后可降低出口毛刺，如圖24所示。施志輝等[82]發(fā)現(xiàn)麻花鉆主切削刃的前角決定著切除材料的難易程度和切屑排出時在前刀面上的摩擦阻力大小。主切削刃前角大小與螺旋角大小相關，螺旋角越大，前角越大，可以減小切削扭矩和軸向力，使排屑較容易，從而減小出口毛刺的形成。曾騰輝[83]分析了不同刃口形貌對麻花鉆切削性能的影響，發(fā)現(xiàn)圓弧形刃口的后刀面磨損量小于負倒棱刃口的，有負倒棱刃口形貌的麻花鉆在前刀面刃口處均勻磨損、無明顯崩刃及積屑瘤，制孔質(zhì)量明顯優(yōu)于圓弧形刃口形貌麻花鉆的。

圖23 修改鉆頭結構 (l3=2 mm，k2=2°)[81]Fig.23 Modified drill (l3=2 mm，k2=2°)[81]

圖24 刀具優(yōu)化前后毛刺高度對比[81]Fig.24 Comparison of burr height before and after tool optimization[81]

在新型刀具的研制上，LIANG等[84]發(fā)現(xiàn)雙頂角鉆頭和階梯鉆相比于傳統(tǒng)麻花鉆制孔質(zhì)量更好，毛刺更小。其原因在于：階梯鉆第一階段為預鉆，第二階段完成鉆孔，改善了排屑環(huán)境，降低了加工過程中的切削力；雙頂角鉆頭具有推力小、毛刺少的優(yōu)點。郭偉民等[85]發(fā)現(xiàn)雙頂角鉆頭有助于減少毛刺的產(chǎn)生，雙重頂角減小了切削過程中受到的軸向力，降低了單齒的切削厚度，提高了斷屑能力，使切削阻力減小。朱兆聚[4]設計并研制了多尖刃鉆頭，階梯刃鉆頭和雙錐角鉆頭3種新型刀具，鉆頭刃型如圖25所示，研制的刀具如圖26所示。進行試驗后發(fā)現(xiàn)：多尖刃鉆頭和階梯刃鉆頭產(chǎn)生的切削力大，產(chǎn)生熱量多，材料易軟化，導致塑性變形大易形成較大毛刺；雙錐角鉆頭可以減小切削力，改善斷屑情況，使切屑厚度減小，減小毛刺尺寸。產(chǎn)生的毛刺對比如圖27所示。但3種鉆頭結構，都存在排屑性能下降，切削溫度增加，從而影響毛刺形成的問題[86]。

圖25 鉆頭刃型[86]Fig.25 Bit edge type[86]

圖26 研制鉆頭[86]Fig.26 Development bits[86]

圖27 不同刀具產(chǎn)生毛刺對比[86]Fig.27 Comparison of burr produced by different cutting tools[86]

REZENDE等[87]研究了4種新型鉆頭幾何形狀對抑制毛刺的影響，刀具結構如圖28所示，并使用研制的刀具和麻花鉆進行試驗，如圖29所示。研究發(fā)現(xiàn)使用平頭尖嘴的鉆頭可以獲得最低的毛刺高度。多種鉆頭的出口毛刺如圖30所示。QIU等[88]使用傳統(tǒng)麻花鉆、雙頂角鉆頭、燭桿鉆進行試驗，刀具刃型如圖31所示，發(fā)現(xiàn)燭桿鉆的外尖角結構可以抵消主刃產(chǎn)生的部分徑向切削力，可明顯降低毛刺高度，毛刺高度為麻花鉆的1/6～1/8。

圖28 刀具結構[87]Fig.28 Tool structure[87]

圖29 試驗刀具[87]Fig.29 Test tool[87]

圖30 試驗結果[87]Fig.30 Experimental result[87]

圖31 刀具結構[88]Fig.31 Tool structure[88]

KO等[89]認為階梯鉆可以達到抑制毛刺產(chǎn)生的作用，前刃第一次切削時形成的毛刺可在階梯刃第二次切削時去除。JIA等[90]設計了新的階梯鉆結構，通過控制階梯直徑比抑制加工缺陷，所設計的階梯鉆結構能夠有效地減少毛刺的產(chǎn)生，刀具如圖32所示。張觀福等[91]研究了V 型鉆尖鉆頭（鉆尖120°，尖端部分大）和E型鉆尖鉆頭（鉆尖120°，尖端部分小并含有部分平鉆切削刃）對出口毛刺的影響，V型鉆頭在孔即將鉆通時先將待加工表面頂破，刀具不能有效切削，將材料擠向孔邊緣產(chǎn)生毛刺；E 型鉆尖鉆頭在孔即將鉆通時，平鉆切削刃部分可以有效切削，通過兩側平切削刃把材料切除，能夠抑制毛刺的形成。劉凱[92]針對鋁合金加工需求設計了鉆锪專用刀具。王彬杰[93]研制了一種鋁合金加工用變導程鉆頭，可以解決鋁合金加工中出現(xiàn)的粘刀、排屑難、出口毛刺大等問題。劉澍彬等[94]采用變導程鉆頭加工鋁合金材料，刀具材料選用WC-Co類硬質(zhì)合金牌號YG6X，結果表明在加工鋁合金材料時，變導程鉆頭的切削性能優(yōu)于恒導程鉆頭的，在一定程度上很好地解決了加工鋁合金材料時出現(xiàn)的粘刀、排屑難，被加工材料的表面質(zhì)量差、出口毛刺大等問題。

圖32 研制階梯鉆[90]Fig.32 Development of step drill[90]

此外，也有學者對刀具基體材料、涂層種類對毛刺的影響進行了研究。林濤等[95]分析了含鈷高速鋼、硬質(zhì)合金和涂層硬質(zhì)合金3種刀具材料對制孔的影響。結果表明：含鈷高速鋼麻花鉆產(chǎn)生的毛刺高度小，出入口較為光整，細小毛刺少。王共冬等[96]使用硬質(zhì)合金（無涂層） 、類金剛石涂層、金剛石涂層等3種不同的刀具進行鉆孔試驗，發(fā)現(xiàn)類金剛石涂層刀具的切削效率高，制孔質(zhì)量好；而金剛石涂層會隨著鉆孔數(shù)量增加脫落速度較快，導致制孔質(zhì)量下降，毛刺增大。

3.3 制孔工藝優(yōu)化

針對傳統(tǒng)麻花鉆鉆削制孔出口毛刺尺寸較大的問題，國內(nèi)外學者通過改變加工工藝的方法來達到減小或抑制毛刺產(chǎn)生的目的，主要的工藝方向包括振動輔助、低溫潤滑、預緊等。

3.3.1 振動輔助

振動鉆削技術是在鉆削技術和振動技術的基礎上建立起來的一種新型鉆削加工方法[97]，在鉆削加工過程中，通過振動裝置使鉆頭與工件之間產(chǎn)生規(guī)律而可控的相對運動，使切削用量按照一定規(guī)律變化，以達到改善切削性能的作用。當鉆頭（工件）的振動頻率達到16 kHz以上時稱為高頻振動鉆削，一般通過超聲波發(fā)生器來實現(xiàn)，又被稱為超聲振動輔助鉆削；振動頻率在16 kHz以下時被稱為低頻振動輔助鉆削。振動輔助制孔能夠減小鋁合金出口毛刺的尺寸，是一種有效控制出口毛刺的策略。目前，加工設備是限制超聲振動輔助制孔技術廣泛應用的主要障礙，針對航空航天構件裝配孔加工需求，結合實際工況，研制性能更穩(wěn)定、結構更緊湊的超聲振動制孔專用設備是未來的研究重點。

振動輔助鉆削技術通過刀具的高速旋轉運動、進給運動和高頻振動復合成切削運動，其振動方向可分為軸向振動鉆削、扭轉振動鉆削以及軸向扭轉復合振動鉆削，其原理如圖33所示[98]。在麻花鉆上施加的周期性振動改變了刀具和工件之間的作用，改善了切削刃的加工狀況，有效降低了孔底殘余材料向下的塑性變形流動，能夠較早的實現(xiàn)鉆孔出口過程中殘余材料的破裂，有效降低了鉆孔過程的切削變形、切削力和切削溫度，從而降低毛刺形成的高度。

圖33 振動制孔原理[98]Fig.33 Principle of ultrasonic vibration drilling[98]

對于超聲振動輔助制孔，眾多學者進行了相關的研究。李哲等[42]將超聲鉆孔出口毛刺的形成過程劃分為：（1）孔底未切削殘余材料準備切削狀態(tài)；（2）孔底殘余材料切削的初始塑性小變形且被頂出孔出口邊緣；（3）頂出材料出現(xiàn)較早的初始破裂且為剪切斷裂；（4）隨超聲鉆孔過程進行，裂縫擴展；（5）孔出口邊緣殘余材料基本都被切除，毛刺預形成；（6）鉆尖橫刃、主切削刃和副切削刃都完全超出孔出口邊緣時最終形成小毛刺。建立的超聲振動鉆削原理圖，如圖34所示。超聲振動鉆削鉆頭的切削刃運動軌跡由鉆頭自轉、沿軸向或縱向相對于工件的進給運動和高頻小振幅的超聲波縱向振動復合而成。進行的八面鉆超聲振動制孔試驗，發(fā)現(xiàn)相比普通鉆削，超聲鉆削能夠降低鉆削力16%～20%，降低切削溫度 18%～21%，降低出口毛刺高度82%～89%。

圖34 超聲振動鉆孔原理圖[42]Fig.34 Schematic diagram of ultrasonic vibration drilling[42]

馬文瑞[23]開展了超聲振動輔助鉆削制孔質(zhì)量的研究，發(fā)現(xiàn)超聲振動輔助制孔可以實現(xiàn)鋁合金材料較好的斷屑效果，避免連續(xù)型切屑的產(chǎn)生，降低了出口毛刺的尺寸，可使帽狀毛刺有效脫落，對于均勻毛刺也可起到一定的抑制作用；出口毛刺高度對加工參數(shù)的敏感程度依次為主軸轉速、超聲振幅、進給速度。毛刺尺寸隨著超聲振幅的增加而減小，隨進給速度增大呈直線增加。李曉峰[13]開展了鋁合金超聲振動鉆削工藝參數(shù)試驗，結果表明：由于超聲振動改變了鉆頭的運動形式，刀具的軸向振動使橫刃比普通鉆削更早的鉆出工件，橫刃鉆出后的出口殘余厚度比普通鉆削的大，出口殘余材料剛性較強，沿進給方向的變形減小，毛刺高度降低。魯琦淵[33]開展了機器人旋轉超聲鉆削質(zhì)量研究，發(fā)現(xiàn)超聲振動制孔的出口毛刺高度比普通鉆削毛刺高度降低20%，毛刺高度隨進給速度增大而增大。但主軸轉速過大時，刀具和工件的接觸時間增大，會使超聲效應弱化，降低超聲制孔對毛刺的抑制作用，如圖35所示。LIANG等[84]通過仿真和試驗發(fā)現(xiàn)超聲振動輔助制孔可以大大降低切削力和切削熱，降低出口毛刺高度；刀尖角度的增加將導致軸向力和切削熱不同程度地增加。ZAI等[99]采用超聲輔助鉆削技術對鈦合金進行微孔鉆削，結果證明：該方法能有效地提高出口毛刺的高度，在微孔鉆削中，振幅與毛刺高度呈負相關，主軸轉速與毛刺高度呈負相關，進給速度與毛刺高度呈正相關。胡力闖[8]研制了專用超聲刀柄和超聲電源（如圖36所示），進行鋁合金鉆削試驗，發(fā)現(xiàn)旋轉超聲鉆削技術可以顯著降低機器人的軸向鉆削力，從而對鉆削毛刺產(chǎn)生抑制作用，鉆削力和毛刺高度結果如圖37所示。

圖35 不同切削參數(shù)下超聲振動鉆削和普通鉆削毛刺高度對比[33]Fig.35 Burr height of ultrasonic vibration drilling and ordinary drilling under different cutting parameters[33]

圖36 超聲刀柄和超聲電源[8]Fig.36 Ultrasonic tool holder and ultrasonic power supply[8]

圖37 旋轉超聲鉆削和普通鉆削下毛刺高度對比[8]Fig.37 Comparison of drilling burr height between rotary ultrasonic drilling and general drilling[8]

對于低頻振動鉆削，部分學者進行了相關研究。LI等[64]針對7075-T6鋁合金建立了低頻振動鉆削毛刺預測模型，認為低頻振動鉆削可以抑制出口毛刺的形成，進行的對比試驗的結果如圖38所示。在低頻振動鉆削中，鉆頭運動軌跡是進給運動和軸向振動的疊加，如圖39所示。出口處的材料變形減小，從而導致切削力和毛刺尺寸減小。徐國勇等[97]針對L5鋁合金進行了振動鉆削加工試驗，獲得了振幅與毛刺高度間的關系，如圖40所示。振動鉆削過程中，對于不同的切削條件，通過選擇合理的振動參數(shù)，能夠減小切出進給方向的毛刺尺寸，甚至完全抑制毛刺的產(chǎn)生。

圖38 普通鉆削與低頻鉆削出口毛刺對比[64]Fig.38 Comparison of outlet burr between ordinary drilling and low frequency drilling[64]

圖39 振動輔助加工[64]Fig.39 Vibration-assisted machining [64]

圖40 振動鉆削出口毛刺高度[97]Fig.40 Vibration drilling exit burr height[97]

3.3.2 冷卻、潤滑

冷卻介質(zhì)、潤滑條件等都會對鋁合金鉆削加工過程產(chǎn)生重要的影響。目前航空航天制造業(yè)中，受加工條件的限制多采用干式鉆削，在鉆削中不提供切削液進行冷卻或潤滑，刀具與工件之間的摩擦劇烈，切削溫度較高，工件材料塑形變形較大，易產(chǎn)生出口毛刺。采用低溫鉆削、微量潤滑等技術對毛刺的控制有著積極的作用。低溫切削加工可以降低加工過程中的切削溫度，降低工件材料的塑性變形；微量潤滑技術能夠有效減小切屑與刀具間的黏連，提高刀具的切削能力，降低切削溫度，從而抑制毛刺的形成。

低溫切削加工是利用液氮、液體二氧化碳等低溫介質(zhì)，使工件、刀具或切削區(qū)處于冷卻狀態(tài)來進行切削加工的方法；微量潤滑是指將壓縮氣體與極微量潤滑液混合后，汽化噴射到加工區(qū)域進行潤滑的方法。相關學者針對冷卻潤滑方法對出口毛刺的影響進行了一定的研究。楊淇耀等[100]對鈦合金/鋁合金疊層進行了低溫與干式鉆削試驗研究，利用超臨界二氧化碳作為冷卻介質(zhì)，采用內(nèi)冷方式進行低溫鉆削試驗。結果表明：在低溫條件下，金屬材料的塑性變形能力下降，不易發(fā)生熱軟化或熱燒蝕，從而有效地改善了表面粗糙度，有利于維持更穩(wěn)定的切削狀態(tài)；同時，低溫提高了工件的硬度，使出口邊緣在受到刀具和切屑的摩擦時更不易磨損和變形，從而減小了出口毛刺高度。NAM等[101]研究了在微鉆過程中空冷、MQL和納米流體MQL對鉆削特性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)MQL和納米流體MQL均可以減少切屑與刀具黏結，延長刀具使用壽命。在納米流體MQL條件下，孔加工質(zhì)量提高，毛刺幾乎被完全消除。BIERMANN等[102]使用二氧化碳作為冷卻介質(zhì)進行制孔試驗，試驗裝置如圖41所示，獲得了不同冷卻條件下的毛刺高度，相比干式鉆削，低溫鉆削毛刺高度大大下降，證明了冷卻類型對鋁合金鉆削出口毛刺的影響。張玉璽等[103]發(fā)現(xiàn)干式鉆削條件下加工CFRP/Al疊層更易形成積屑瘤，增大毛刺尺寸，半程微量潤滑方式能夠獲得更好的制孔質(zhì)量。

圖41 低溫鉆削試驗裝置[102]Fig.41 Cryogenic cooling drilling experimental setup[102]

3.3.3 預緊

航空航天制造業(yè)中的構件多為薄壁弱剛度工件，增加預緊力能夠有效增加制孔加工系統(tǒng)的剛性和穩(wěn)定性，同時減小壁板零件間的間隙，抑制毛刺的產(chǎn)生。在工件不發(fā)生塑性撓性變形的前提下，預壓緊力越大，對毛刺的抑制作用越好[104]。

國內(nèi)外學者針對預緊對出口毛刺的影響進行了相關研究。袁定新等[44]發(fā)現(xiàn)，壓力作為工藝試驗的一項參數(shù)，對于出口毛刺的高度有著顯著的影響，并針對2Al2鋁合金材料進行試驗獲得了壓緊力與毛刺高度間的關系，如圖42所示，并給出了最優(yōu)的壓緊力參數(shù)。盧志軍[105]進行了鋁合金薄板疊層結構單向預壓緊鉆孔試驗，以彈性力學、板殼理論為基礎，分析了壓緊力對鋁合金鉆孔質(zhì)量的影響。發(fā)現(xiàn)增大單向預緊力以及減小鉆削過程中的夾層間隙能夠控制層間毛刺的形成，并提供了最優(yōu)壓緊力策略的建議。李源等[106]針對7075-T6和2024-T3鋁合金疊層薄板進行干式鉆削試驗，建立了可調(diào)預壓緊力鉆孔試驗系統(tǒng)原理及實物，如圖43所示。試驗發(fā)現(xiàn)，通過施加預壓緊力能夠顯著抑制層間毛刺的高度，不同壓緊力下的毛刺情況如圖44所示。但預緊力對毛刺厚度和毛刺根厚度的影響并不顯著。宋堯[107]進行了預緊力 PID 控制及疊層板層間毛刺控制方法驗證。通過鋁合金疊層板鉆削試驗，驗證了預緊力對毛刺生長的抑制作用。徐曉霞等[46]研究發(fā)現(xiàn)：軸向預加載壓緊力可以有效地抑制層間毛刺。在工件不發(fā)生塑性撓曲變形的前提下，預加載壓緊力越大，抑制層間毛刺的效果越好。吳丹等[58]發(fā)現(xiàn)，層間毛刺高度隨進給量的增加而增大，隨壓緊力的增加而減小。劉雪鋒等[108]分析疊層薄壁工件層間毛刺的產(chǎn)生原理，利用簡化的梁模型研究壓緊力對層間間隙的影響，利用有限元仿真和函數(shù)擬合，提出基于有限元的壓緊力理論預測方法，認為施加壓緊力能有效地減小層間毛刺，但無法完全消除層間毛刺。

圖42 壓緊力對出口毛刺高度影響[44]Fig.42 Influence of pressing force on exit burr height[44]

圖43 可調(diào)預壓緊力鉆孔系統(tǒng)[106]Fig.43 Adjustable preload drilling system[106]

圖44 不同壓緊力下毛刺形貌[106]Fig.44 Burr morphology under different pressing forces[106]

4 展望

經(jīng)過多年發(fā)展，針對鋁合金構件裝配孔鉆削出口毛刺的研究已經(jīng)有了較為成熟的體系，包含了出口毛刺的類型、測量評價、形成機理、預測方法、抑制策略等，對保證航空航天裝配孔質(zhì)量有著重要的作用。隨著航空航天制造業(yè)的快速發(fā)展，自動化制孔技術的廣泛應用以及各種新型飛行器的研制，對于出口毛刺的要求必然會不斷提高。未來，針對航空航天鋁合金構件裝配孔鉆削出口毛刺的研究可以從以下3個方面加以關注：

（1）已有測量加工技術的深化與優(yōu)化。現(xiàn)有的測量、加工技術經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)有了較為雄厚的研究基礎和應用經(jīng)驗，與生產(chǎn)緊密結合。在滿足當前對于出口毛刺加工要求的同時，進行技術的深化與優(yōu)化，從而為航空航天制造業(yè)的不斷發(fā)展提供技術支撐。

（2）新型測量、制造技術專業(yè)設備的研制。各種新型測量、制造技術已具有一定的理論基礎，但相關的專用設備和工藝流程開發(fā)尚未成熟，缺少實際生產(chǎn)中技術可靠性和穩(wěn)定性的深入考核評價，這成為阻礙新型制孔加工技術大規(guī)模投入使用的最大障礙。以理論為基礎，進行專用設備的開發(fā)研制是未來的關注重點。

（3）智能化、數(shù)學化制造車間的開發(fā)。將智能化、數(shù)字化技術融入航空航天鋁合金構件裝配孔鉆削過程的各個環(huán)節(jié)，對出口毛刺進行的形成、測量、評估、控制進行分析，自動調(diào)整工藝參數(shù)，優(yōu)化加工工藝，以實現(xiàn)鋁合金裝配孔鉆削質(zhì)量的最優(yōu)加工。進行智能化、數(shù)字化制造車間的開發(fā)，以提高自動化制造水平，降低研發(fā)制造成本，是未來航空航天制造業(yè)發(fā)展的必然方向。