由碳纤维增加复合材料(CFRP)和钛合金构成的叠层材料在航空航天周围获得精深哄骗，由于碳纤维复合材料硬度高、磨蚀性强，致使加工时刀具磨损严峻，且较低的层间强度使钻削出口处轻易孕育分层、扯破等缺点。钛合金则属于榜样的难加工材料，导热系数小，化学活性强，轻易与刀具产生咬合，使刀具磨损及破坏严峻。同时，钻削后材料轻易浮现回弹局面，出口处易孕育毛刺，难以保证加工精度。因而，由碳纤维复合材料与钛合金构成的叠层材料更易加重刀具磨损，使刀具耐费用低落，且加工品质较差。
针对这一加工困难，国表里学者在采取不同的刀具材料、拔取符合的工艺参数以改观CFRP/Ti叠层材料加工功用上取患了确定的进取，如波音公司曾针对CFRP/钛合金叠层布局特意研发了组合钻头，但其代价昂贵且手艺隐瞒。
TiSiC刀具涂层具备硬度高、争持系数低等长处，也许低落切削力，提升材料去除率。本文提议采取TiSiC涂层来提升钻头在加工CFRP/Ti叠层材料时的刀具耐费用，并经过TiSiC涂层与未涂层麻花钻的钻削对照赛验，研讨了TiSiC涂层在叠层材料制孔加工中的切削功用。
1钻削实验
在Z立式钻床赶上行钻削对照赛验，主轴转速r/min，进给量0.mm/r，干式切削。实验材料为碳纤维复合材料/钛合金板材，复合材料的碳纤维原丝为T，钛合金型号为Ti6Al4V，厚度5mm，复合材料在表层，钛合金不才层。实验刀具采用以YG6X为基体的TiSiC涂层麻花钻和未涂层麻花钻，刀具参数见表1。
表1钻削实验的钻头参数
钻削实验时，采取Kistler测力平台丈量钻削轴向力。碳纤维复合材料/钛合金叠层板材经过夹具安稳于Interface拉扭式测力传感器上，传感器将测得的力记号传递到夸大器及数据搜聚卡中，并在祈望机上显示轴向力的巨细。在钻削进程中，由于笔直于板材的Z向切削力是影响孔加工品质的紧要要素，因而实验中只搜聚Z轴切削力，并取安稳切削时的均匀值。在SZ体视显微镜上丈量刀具的后刀面磨损，在海克斯康TESAMICRO3D三坐标丈量机上丈量加工孔径，在徕卡DVMHD三维视频显微镜上探测钛合金出口处的毛刺以及复合材料出口处描写。
2实验成果与解析
(1)轴向力
图1a是TiSiC涂层钻头与未涂层钻头钻削叠层材料时轴向力的巨细随光阴的变动弧线。由于碳纤维复合材料在上，钛合金不才，于是每条弧线中第一段波峰为复合材料轴向力，第二段波峰为钛合金轴向力。两种钻头切削碳纤维复合材料的轴向力均远小于钛合金的轴向力。从图1b也许看出，不管是钻削钛合金仍然碳纤维，TiSiC涂层钻头的轴向力都小于未涂层硬质合金麻花钻。钻削钛合金时，涂层钻头的轴向力从第1个孔的N增大到第50个孔的N，而未涂层钻头的轴向力从第1个孔的N增大到第50个孔的N。这讲明在钻削钛合金时，涂层钻头的轴向切削力显然减小，这是由于涂层刀具较低的争持系数可有用减小切削进程中去除材料所孕育的阻力。
(a)轴向力随加工光阴的变动弧线
(b)轴向力随钻孔数目的变动弧线
图1钻削叠层材料时的轴向力变动弧线
(2)刀具磨损
碳纤维复合材料与钛合金均属难加工材料，且均会对刀具孕育严峻磨损，但钻头在钻削复合材料与钛合金时别离履历了不同的磨损进程。碳纤维复合材料于是碳纤维为增加体，有机合成树脂为基体的一类复合材料，此中碳纤维为硬脆材料，而树脂在受热后会软化，钻头在钻削进程中会别离遭到碳纤维与树脂孕育的磨粒磨损和粘结磨损。而钛合金的化学活性强，导热系数小，易与刀具产生粘结，于是钻头的磨损体例除磨粒磨损外尚有粘结磨损。
图2是TiSiC涂层钻头第一主切削刃后刀面磨损量随钻孔数目的变动弧线。涂层钻头在一切实验进程中磨损速度较为均匀，但在钻削45个孔后，主切削刃外缘浮现粉碎(见图3a)；在钻削50个孔后，后刀面磨损量高出0.1mm。未涂层钻头在钻削2个孔后主切削刃外缘即粉碎(见图3b)，这是钛合金与碳纤维复合材料归纳营用的成果。这也致使未涂层钻头的轴向钻削力在实验前期显著增大，而涂层钻头在一切实验进程中轴向弧线力的增大较量平坦。
图2涂层钻头后刀面磨损量随制孔数目的变动弧线
(a)涂层钻头外缘粉碎
(b)未涂层钻头外缘粉碎
图3钻头粉碎情景
(3)钛合金孔出口毛刺解析
在切削金属材料时，由于工件底部材料支柱强度不敷，在切削力影响下不休产生滑移、错位，环抱某一点回旋而留在工件中孕育毛刺。毛刺的存在会大大低落工件表面完好性及加功效率，经过显微镜逐层扫描，别离丈量涂层和未涂层钻头钻削加工的钛合金孔出口处的毛刺高度，丈量成果见图4。
图4不同钻头钻削钛合金孔出口处的毛刺高度
从图4也许看出，TiSiC涂层钻头钻削的钛合金孔出口处毛刺高度远低于未涂层钻头加工的出口毛刺高度。当未涂层钻头的主切削刃外缘浮现严峻粉碎时，刀具尖利性大大下落，没法有用切除孔出口处的钛合金，因而从加工第二个孔后就浮现了严峻的毛刺局面。而涂层钻头的切削刃尖利性好，且涂层在确定水平上掩护了刀具基体，因而在统制出口毛刺方面呈现杰出。图5为两种钻头加工第10个及末了一个钛合金孔的出口毛刺情景。也许看出，未涂层钻头在加工末了一个孔的出口处浮现了帽状毛刺。
(a)涂层钻头钻削的第10个孔
(b)涂层钻头钻削的第50个孔
(c)未涂层钻头钻削的第10个孔
(d)未涂层钻头钻削的第50个孔
图5两种钻头钻削钛合金孔的出口毛刺描写
(4)复合材料孔出口处品质
图6别离是两种刀具钻削第1个孔与第50个孔的复合材料出口描写。涂层麻花钻钻削的第1个孔无扯破与毛刺产生，第50个孔扯破局面严峻而毛刺较少。未涂层麻花钻钻削的第1个孔出口品质杰出，而第50个孔扯破与毛刺局面均较严峻，此时的制孔品质曾经很差。这解说涂层刀具能在确定水平上改观碳纤维复合材料的出口品质。
(a)涂层钻头钻削的第1个孔
(b)涂层钻头钻削的第50个孔
(c)未涂层钻头钻削的第1个孔
(d)未涂层钻头钻削的第50个孔
图6两种钻头钻削复合材料孔的出口处描写
(5)孔径一致性
孔径一致性对叠层材料一体化制孔的精度与效率有偏紧要影响，孔径差绝对值(即钛合金孔径与碳纤维复合材料孔径之差的绝对值)也许反响加工孔的一致性。由于两种材料性质不同，在叠层制孔中，其理论孔径肯定存在差别。图7为两种钻头加工后两种材料的孔径差绝对值。由图7可知，在拔取的11个孔中，涂层钻头钻削的孔径差值在0.1mm之内，此中有8个孔径差值小于0.05mm；未涂层钻头钻削的孔径差值惟有一个小于0.1mm，另外则紧要散布在0.2-0.5mm内，显然，涂层钻头的钻孔一致性要优于无涂层钻头。因而，涂层钻头在保证叠层制孔孔径过错一致性方面有较为显然的上风。
图7钻削叠层材料的孔径一致性
小结
(1)在CFRP/Ti叠层材料制孔中，TiSiC涂层钻头具备较低的争持系数及杰出的尖利性，能显著减小钻削钛合金时的轴向力，也能部份减小钻削复合材料的轴向力；未涂层的硬质合金麻花钻在钻削叠层材料时磨损严峻，外缘很快粉碎。TiSiC涂层除能增添刀具尖利性外，还能掩护刀具基体和拉长刀具哄骗寿命。
(2)在CFRP/Ti叠层材料制孔的出口品质方面，TiSiC涂层钻头能有用切除钛合金孔出口处材料，防止浮现严峻的毛刺局面，进而提升钛合金孔的加工品质，且在改观复合材料孔出口品质方面呈现杰出。
(3)与无涂层钻头比拟，TiSiC涂层钻头的制孔一致性更好。
原载《用具手艺》做家：杨旭
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