碳纤维复合材料钻孔加工缺陷及解决办法

碳纤维复合材料是由碳纤维和树脂组成的高性能结构材料，碳纤维增强复合材料（CFRP）碳纤维复合材料具有较高的比强度、刚性、耐久性和优异的耐腐蚀性，也具有非常明显的轻量化效果（CFRP）和蜂窝材料（HONEYCOMB)被称为制造飞机机身和机翼的理想材料，广泛应用于航空航天行业。但在钻孔过程中，钻刀磨损严重，孔容易分层、毛刺、撕裂等问题。

一、碳纤维复合材料钻孔加工缺陷

（1）分层：在钻孔过程中，碳纤维材料在钻孔力的作用下产生层间应力。如果孔出口一侧没有足够的支撑，孔出口容易出现层间应力。如果应力超过树脂基体的强度，碳纤维很容易与树脂基体分离，产生分层缺陷。一般来说，钻孔轴向力越大，层间应力越大，分层现象越容易产生。

碳纤维板孔加工

（2）毛刺：碳纤维复合材料不均匀，碳纤维铺装方向对孔、材料异性、不同位置切割碳纤维的不同角度，会使部分碳纤维拉伸而不是剪切，这些都是导致孔出口和入口毛刺的因素。碳纤维复合材料对钻孔刀具的磨损比较严重，所以当刀具钝化后，不能顺利将碳纤维切断，也容易产生毛刺。

（3）撕裂：碳纤维复合材料的钻出有两个阶段。一是横刃作用阶段。横刃切割速度慢且不锋利，材料无法切割。相反，在主切割阶段，主切割刀片在向外推挤和扭转时容易撕裂。

二、碳纤维复合材料钻孔工具解决方案

目前，主要的CFRP 基于金刚石涂层硬质合金钻头和烧结金刚石钻头的概念（分为标准、半标准和定制产品）。

(1)碳纤维复合材料钻孔加工刀具材料:作为刀具材料，硬合金和PCD 聚晶金刚石，聚晶金刚石（PCD）它是较硬的工具材料，耐磨性好，但易碎；硬合金非常坚固，但碳纤维复合材料磨损快；华菱超硬PCD钻头采用硬合金作为钻体材料，镶嵌焊接PCD 作为切削刃，硬质合金刀具可通过其钻尖设计和钻柄进行增强，同时在保证刀具后角和排屑能力较大化的前提下，确保更佳的加工效果，而PCD切削刃作为主要加工部件，能充分发挥其高耐磨性的优点，提高孔加工质量。

PCD材料及特性

（2）碳纤维复合材料钻孔加工工具钻孔结构设计：对于不同的碳纤维复合材料和钻孔条件，需要钻孔形式和材料PCD钻头。钻头周围有切断纤维的尖刺，适用于高纤维含量材料，具有很强的减少孔中纤维破裂趋势的能力，可有效避免分裂和分层缺陷，也适用于碳纤维复合材料CFRP以及铝叠层材料的钻孔加工；一种钻头采用双顶角钻尖结构，可使钻头顺利切割工件，适用于高树脂基CFRP碳纤维复合材料，降低材料分层的风险。为了获得更长的工具寿命、更准确的孔公差和缩短加工时间，华菱超硬可以根据不同的直径、长度、槽形和材料提供定制服务。

(3)配备自动化加工设备:华菱超硬PCD 钻头通常用于自动加工设备，旨在优化刀具性能，确保钻头CFRP碳纤维复合材料孔质量的一致性。同时，为了应用更高的切割速度，以确保更小的孔入口和出口缺陷。

应用较新的刀具技术加工CFRP碳纤维复合材料及CFRP复材 金属板材料是成功的前提。华菱超硬作为超硬刀具方案的创新者和合作供应商，不断改进刀具技术和定制PCD钻头，提供量身定刀具方案服务，致力于解决航空航天工业等行业碳纤维复合材料加工中面临的问题。