高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构试验

李远霄，焦锋，张世杰，张顺，王雪，童景琳

河南理工大学 机械与动力工程学院，焦作 454000

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP)和钛合金由于其特殊的性能在航空航天飞机的结构上应用越来越广[1-2]。CFRP具有高的比强度和比模量、可设计性和耐疲劳性强等优势，极大地减轻了结构重量，减少了能耗，提高了飞机的可靠性和飞行性能。钛合金具有密度小，比强度大，耐腐蚀性、耐热性优异等特点，相比于钢、铝等金属，钛合金与复合材料的强度、刚度匹配性好[3-5]。由CFRP和钛合金组成的叠层结构既轻强度又高，国际上一些主要的飞机制造公司在设计新型飞机时，已经采用复合材料叠层结构代替传统的金属合金[6-7]。

典型的飞机复合材料叠层结构主要有CFRP/钛合金，钛合金/CFRP/钛合金，CFRP/钛合金/CFRP等[8-9]。在飞机装配过程中需要制造大量的螺栓孔和铆接孔进行连接，由于CFRP和钛合金均属于难加工材料且2种材料的性能差异巨大，导致叠层结构一体化制孔存在加工质量差、切削温度高、刀具寿命短等问题[10-13]。

针对以上问题，国内外学者将振动钻削应用到CFRP、钛合金以及CFRP/钛合金叠层结构的制孔试验中。根据振动频率的不同，振动钻削分为高频振动钻削和低频振动钻削。钻头(或工件)振动频率在16 kHz以上的称为高频振动钻削，主要是利用超声波发生器、换能器、变幅杆来实现，所以通常又称为超声振动钻削；钻头(或工件)振动频率在200 Hz以下的称为低频振动钻削，主要依靠机械装置来实现。Sanda等[14]使用超声……