纵扭超声辅助钻削CFRP/TC4叠层结构的轴向力理论建模
来源：机械工程学报杂志2025年第7期北京时间：
作者：王春浩, 李鹏南, 邱新义, 李树健, 李常平, 牛秋林
单位：湖南科技大学机电工程学院 湘潭 411201
摘要：CFRP/TC4叠层因具有优异的机械物理性能，在航空航天、汽车等领域的应用比例逐年升高。纵扭超声振动应用于CFRP/TC4叠层的钻削可取得相比于传统加工更为理想的制孔效果。实现纵扭超声振动辅助钻削过程的轴向力预测对于CFRP/TC4合金叠层的低损伤钻削极为关键。因此，综合考虑了纵扭超声振动辅助钻削过程中切削角度、厚度的变化以及摩擦、犁耕特性对切削力的影响，对CFRP、TC4合金的主切削刃切削力、横刃切削力分别进行建模。基于纵扭振动钻头与叠层的相对位置关系确定不同钻削阶段的轴向力来源，建立轴向力的全阶段理论预测模型，并进一步探究TC4毛刺、孔壁损伤与轴向力的关联关系。结果表明，所建模型可预测纵扭超声振动辅助钻削CFRP/TC4合金叠层的轴向力，且CFRP与TC4合金的最高轴向力的理论值和实验值的误差在18.5%和14.86%以内。此外，轴向力与TC4毛刺高度、CFRP孔壁的损伤程度成正比，轴向力越高则TC4毛刺、纤维拔出、基体缺失等损伤愈加严重。
关键词：纵扭超声辅助钻削,CFRP/TC4合金叠层,轴向力,损伤；
基金资助：国家自然科学基金资助项目(52275423，52105442，52075168)。
