碳纤维复合材料是指在碳纤维或石墨纤维增强的基体中，用纤维方向的强度与模量之比来表征的材料。由于碳纤维复合材料应用范围的扩大和不断发展，制造技术也在持续进步。现存的碳纤维复合材料加工工艺主要有电火花加工、激光加工、超声冲击加工、水射流加工、光刻蚀加工等，这些加工工艺各有优缺点，需要结合具体需求和使用范围进行合理选择。然而，在实践时，仍旧不可避免受到切削温度、刀具材料、性能等因素的影响，而增加产品缺陷生成几率，影响制孔质量。
1.碳纤维复合材料小孔加工难点
1.1切削温度高，加工损伤严重
碳纤维复合材料是由铺设方向多样化的碳纤维预浸料层合，所生成的一种层间强度弱且具有各向异性的材料，增加了加工制作难度，考虑到材料性能特点，在制孔时不能使用冷却液，这就造成切削热温度过高，极易生成加工缺陷。具体而言，当碳纤维复合材料的切削温度高于基体树脂的玻璃化转变温度，就会改变原有性能，降低制孔出入口位置处树脂对碳纤维复合材料的维护和支撑度，由此，形成制作缺陷，主要缺陷类型为：①材料制孔出入口树脂支撑度较低的位置会受到切削热影响，发生层间树脂软化现象，让纤维层间不再具有粘结性，出现层间缺陷；②在钻削加工过程中，会进行半封闭制孔，这时树脂与纤维之间的导热程度较差，产生大量的切削热，切削温度急剧上升，形成孔壁烧伤缺陷；③制孔位置缺失树脂支撑，导致出口处纤维材料难以整齐切断，出现毛刺、撕裂等缺陷。
1.2刀具堵塞和磨损严重
在加工制作过程中，为加快制作进度，钻削环节会提高刀具转速，并且，因为碳纤维复合材料具有非均质性特征，制孔时纤维、树脂就会轮换对刀具切削刃产生作用，并始终保持着较高的切削线速，加之碳纤维的硬度较大、耐磨性较强，这就会导致刀具受到较严重的磨损，同时，在切削高温的影响下，切削刃附近区域会积聚较多热量而致使后刀面受损，在后续加工环节，就会降低操作精确度、影响成品质量和形状，另外，由于刀具磨损需要频繁换用新的刀具设备，在较大程度上增加了生产成本。
1.3细小刀具刚度低，制孔形位误差大
小型刀具钻头往往刚度较低，难以承受较大的切削力和机床振动作用而发生损毁，最终便会产生入钻偏差，降低制孔准度和尺寸精度。同时，因为碳纤维复合材料各向异性的作用，会在水平和垂直纤维方向上形成较大的热物理系数差，导致制孔孔径形状发生改变，形成椭圆形孔或是锥形孔。针对这一问题，需要在对碳纤维复合材料进行加工时，选择合适的刀具材料提高工件质量。
2.碳纤维复合材料小孔加工技术优化研究
2.1碳纤维复合材料小孔加工机理
碳纤维复合材料的加工机理以不同纤维排布方向的切削机制、钻削热、钻削力等方面为主进行研究，在材料小孔加工时，因受到的影响要素过多，不仅要考量纤维方向，还要进一步研究小孔微尺寸加工时产生的效应，最小切削深度产生的效果。针对尺寸效应而言，主要是指在材料钻削时，因零件过小极易造成材料形变、机理形成的现象与一般规律存在明显偏差。在普通钻削操作过程中，刀具形成的切削刃呈现为线条状，而小孔钻削的切削刃会受到刀具进给量的影响而形成圆弧状。以小孔直径为1mm的碳纤维复合材料为例进行试验研究，根据尚未形变的切削厚度和切削刃圆角半径的比值制作相应数据模型，通过分析发现当切削厚度小于圆角半径时就会出现尺寸效应；同时，受到小孔加工尺寸的限制，导致切削用量过小，当切削深度达到最小值时，就会抑制切屑生成。
2.2碳纤维复合材料小孔加工工艺
在实际加工过程中，为尽可能降低生产成本，普遍会使用性价比较高的机械钻削加工工艺完成碳纤维复合材料小孔制作任务。相关专家对这一加工工艺中转速、进给速度对小孔制作效果的影响程度进行了深入研究，以直径尺寸为0.32mm的硬质合金微钻为例，建立轴向力和扭矩的回归模型，指出钻速达到4000r/min，保持中等进给速度时，生产制作的效果最佳。同时，对于加工过程存在的切削高温、散热难问题，有关专家利用螺旋铣削制孔工艺进行改善，发现在制作过程中刀具和材料之间的非连续接触性、切屑排出流畅性较为良好，因此，最终所制作而成的材料品质较高。此外，针对微型刀具物理性能较差，导致小孔加工效果不理想的问题来说，在具体实践时，刀具横刃会采用顶压方式对材料进行作用，但切削力较弱、轴向力较高，为解决这一问题，研究专家提出“以磨代钻”的加工方法，使用磨削工艺制作小孔，该工艺的主要操作工具包括空形电镀、钎焊套料等，进而可有效分散麻花钻切削刃、横刃中积聚的切削力，使之均匀分布在刀具周围的磨粒上，并且由于刀具结构中空，可在某种程度上减少切削体积，降低加工时产生的轴向力，因此，采用具有磨粒设计的钎焊金刚石套料对碳纤维复合材料进行制作，可在提高钻头性能的基础上，强化制孔效果。
2.3加工刀具选择
在刀具材料选择方面，目前，该领域中常用的刀具材料主要有硬质合金刀具、高速钢刀具等。其中，硬质合金刀具由于具有较高的强度、硬度、耐磨性等优点，所以被广泛应用于碳纤维复合材料制孔加工工作中。而高速钢刀具则可以有效解决碳纤维复合材料孔孔加工中产生的毛刺和崩刃问题。在刀具结构方面，以麻花钻刀具为例，需要结合实际不足对结构进行完善。有关专家根据特殊刀具制孔临界轴向力和进给速度的数据资料制作了理论模型，发现该种钻尖刀具的进给速度远大于麻花钻刀具，特别是套料钻的进给速度提升较为明显，烛芯钻、锯齿钻、阶梯钻的制作效率也同样符合预计效果。除此之外，通过更换刀具结构，可以达到缓解切削热，降低切削力和受损程度的目的。
结语：在碳纤维复合材料小孔加工过程中，一般会遇到的制作问题主要包括：加工过程中产生的切屑不易清理干净，特别是在碳纤维复合材料孔的内壁上容易粘附切屑、残留毛刺等；加工过程中易出现分层和断裂现象，严重影响工件质量；由于碳纤维复合材料具有各向异性强度，在加工过程中会产生较大的轴向力，从而导致孔变形，进而降低产品质量和尺寸精准度。因此，需要从切削热控制、刀具材料选取、操作参数调整等方面着手，制定针对性应对措施，有效优化工艺手段，从而强化制孔效果。
参考文献：
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