纤维增强复合材料是一种广泛应用于航空航天领域的复合材料，有机聚合物是其主要构成基体，由基体树脂种类不同，其可分成热塑性树脂和热固性树脂两大类。而加工过程中的质量将会对此材料的实际应用产生影响，因此，通过工艺优化而提升加工质效势在必行。
1. 纤维增强复合材料的应用现状分析
纤维增强复合材料的强度较高，具备良好的抗腐蚀性能，设计性能极佳，并具有良好的可成型性，但在制件连接及装配方面则存在一定的问题。环氧树脂以及酚醛树脂基纤维复合材料等在现代飞机结构中得到了较为广泛的应用，但材料零部件制件的连接与装配也面临更高的质量要求。相较于金属构件的连接，复合材料的连接接头是整个结构的薄弱环节，可对整个结构的质量甚至飞行器的性能造成严重的负面影响。据相关统计数据，航空航天飞行器超过60%的破坏情况发生于连接部位。因此，重视复合材料的制孔操作以及连接方法，对确保整体结构的稳定性以及提高飞行器的性能等有着极为重要的意义。
2. 纤维增强复合材料钻削制孔中的问题及成因分析
2.1切削制孔中的常见问题
作为一种新型结构材料，纤维增强复合材料的层间不具备较高的剪切强度，对剥离及冲击的抵抗能力较差，不具备较大的断裂应力，因而该材料加工时难度较高。应用传统钻削金属制孔技术加工时，常见的问题如下：
2.1.1材料过硬导致的切削问题
由于纤维增强复合材料的硬度较高，可与常温状态下高速钢钻的硬度相媲美，若是利用高速或碳素工具钢进行该材料的钻削，可能会使刀具遭到较为严重的磨损，需要于加工过程中不断进行磨刃，或多次更换钻头，这会对正常的钻削加工产生影响，也会使加工成本进一步增加。因此应根据材料特性，合理控制切削及钻孔加工的工艺参数，以免加工时出现材料背面纤维被崩断的现象。
2.1.2制孔时存在的缺陷问题
针对纤维增强复合材料进行钻削加工时，常会出现孔位及尺寸精度与规定不符的情况，圆度超差问题也偶有发生。同时孔的内壁材料也可见分层离析的现象，或是孔口位置纤维遭到撒裂，这些均是树脂基纤维复合材料制孔加工中常见且独有的缺陷问题，会使材料使用中难以发挥正常功效而遭到淘汰。除此之外，手工钻孔时难以实现进口量的有效控制，也会使材料发生分层或劈裂问题，或是影响加工的垂直度。
2.2切削制孔缺陷问题的成因
切削制孔中出现缺陷问题主要由两个原因引起，一是受到纤维增强复合材料的特性影响，加工过程存在一定的难度，并且树脂基体难以与纤维结合，也不具备良好的冲击抵御能力，加之非纤维轴向存在负荷承载能力不强的缺点，不具备高压缩强度，因而若是钻进过程中轴向进给力较大，将会使制件层间分层离析、入口处劈裂或撕裂等各种缺陷问题。二是传统制孔工艺自身存在一定的缺陷，如钻削时的轴向力会导致制件出现裂纹，或是使钻孔出口位置的材料出现分层。
3.树脂基纤维复合材料缺陷问题消除的具体策略分析
3.1优化与改进加工刀具
为降低钻削加工过程中刀具磨损问题，应对纤维增强复合材料的特性进行分析，并在此基础上合理优化刀具，应用硬度较高的刀具进行材料钻削，以免加工时频繁进行刀具更换或多次磨刃。可利用钨-钴硬质合金这种硬度较高且韧性良好的材料进行刀具的制作，以防止钻削时出现崩刃现象，也可更好的保证树脂纤维复合材料的加工质量。除此之外，也可利用金刚石进行高于ø8mm的树脂基纤维复合材料制孔加工，从而提升加工质量。一般情况下，优选人造金刚石大直径套料钻与人造金刚石磨轮，即在金刚石的套料钻以及锪窝钻的钻体使用经调质的45#钢或者工具钢，在切削部分均匀地镀上一层人造金刚石（电镀法）。采用此种方式制造的钻头，具有外刚内韧的特点，克服了原本整体式硬质合金刀具存在的脆性问题，耐用度更高，且其实际制造成本也明显低于硬质合金刀具。
3.2合理调整钻削参数
考虑到钻头轴向进给力是引起缺陷的重要因素之一，在实际加工过程中，对相关的钻头几何参数以及钻削工艺参数进行适当调整，进而将钻头轴向进给力控制在一定范围内，避免因钻头轴向进给力过大导致缺陷。实践证明，对参数进行合理调整，能够钻出更高质量的连接孔。以Y330材质、ø3-ø8mm的整体式麻花钻头、铰刀、锪窝钻为例，此类钻头的顶角（2Φ）为100-120°，钻芯厚度为0.9-1.3mm，螺旋角为25-30°。在实际应用中，由于后角可对钻削性能产生直接影响，一般控制在15-25°；钻头形状方面，有观点提出，对钻头形状进行改进，如四直槽钻铰复合钻、双刃扁钻等，能够显著提高加工质量。
3.3提升切削制孔工艺
针对纤维增强复合材料进行切削与制孔时，应结合加工的具体要求而进行工艺的合理选择，从而有效消除缺陷问题，提升制孔质量。
3.3.1低于Φ8mm的纤维增强复合材料的钻孔方法
可利用由硬质合金制成的整体式的麻花钻进行加工，应遵循上下表面同步加工的原则，且可将硬塑造料或铝、胶木等材料制成的垫板加装于孔的出口处，加工时转速应控制在每分钟2000r，进给量应以0.04mm/r为宜，从而减少层间分层现象，或是避免出现劈裂与撕裂问题。
3.3.2高于Φ8mm的纤维增强复合材料的钻孔方法
若是纤维增强复合材料高于8mm，则需利用以镗代钻的方法进行制孔，也可用以硬质合金制成的钻头进行小孔的钻制，并用电镀金刚石套料钻进行大尺寸孔的钻制，从而避免钻孔时出现过大的切削力。
3.3.3铰孔及锪窝工艺应用方法
在铰孔工艺中，需要在钻孔时预留铰孔余量，而后采用硬质合金短铰刀以低转速进行铰孔；在锪窝工艺中，应当尽量将钻孔出口面放于锪窝面，使用硬质合金锪窝钻以低转速进行，或人造金刚石锪窝钻以高转速进行。实际加工过程中，锪窝钻应当在旋转后接触工件，避免复合材料表面纤维劈裂。
结语：在纤维增强复合材料制孔过程中，合理的钻削工艺参数以及工艺方法能够有效避免缺陷的发生，在改善零部件连接以及装配质量的同时，提高其加工效率。实际应用中，结合实践的具体效果，对参数以及工艺方法进行合理优化，还可进一步提高制孔质量。
参考文献：
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