摘要
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)/钛合金(Ti-6Al-4V)叠层结构制孔是保证航空结构件装配强度和精度的重要工序。MQL、液氮、超声振动均可提高孔加工质量。为优化叠层制孔工艺，本文进行干切削、MQL、液氮、振动干切削、振动MQL、振动液氮、振动混合条件下的叠层螺旋铣孔实验。采用人工热电偶对CFPR层出口、钛合金层出口、叠层界面三个位置的切削温度进行测量。各冷却润滑条件均有不同程度的降温效果，加入液氮的各条件下的切削温度在CFRP层最低可达到-180℃。 首先，对无振动的三个条件下的叠层孔质量、孔径、刀具磨损等进行测量和分析，分析冷却润滑条件作用机理。MQL条件下由于刀具和纤维之间的摩擦力较小，纤维断裂形式主要是挤压断裂。相比于干切削，MQL条件下的钛合金孔表面更加光滑。且MQL条件下的刀具磨损相比于干切削和液氮条件明显改善。液氮条件下CFRP基体强度增大，纤维脆性增加，有利于纤维剪切断裂。所以液氮条件下的CFRP孔表面更规则，且分层损伤和孔入口损伤减轻。对CFRP入口损伤形成机理和纤维切断机理分析，发现各条件下CFRP入口损伤类型分布与纤维切削角度有关。另外，各条件下孔径从上到下成“勺型”分布。 然后，对超声振动在各冷却润滑条件中的作用进行分析。由于超声振动具有刀屑分离机制，在干切削和MQL条件下加入超声振动后切削力均减小。在超声振动螺旋铣孔过程中，刀具有效前角和等效纤维切削角度动态变化，有利于实现纤维的剪切断裂。所以加入超声振动后各条件下的CFRP孔表面均更加规则，且入口损伤较少，其中液氮振动条件最为突出。超声振动下钛合金孔表面无明显切向进给纹理，出现振动纹理。干切削和MQL条件下加入超声振动后钛合金出口毛刺明显减轻，这一方面是由于干切削和MQL条件下加入超声振动后刀具磨损明显改善，另一方面是由于超声振动的冲击作用。
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