随着航空航天事业的蓬勃发展,碳纤维增强复合材料(CFRP)以其质轻高强的优良特性,愈发被广泛应用。然而在对CFRP材料进行制孔的过程中,受其内部纤维相的磨蚀作用,切削区温度很高,极易诱发加工损伤,导致构件力学性能低,服役寿命短。因此有必要对切削区进行冷却。然而,受CFRP材料性能限制,传统的冷却方法并不适用。为此,本文以易获取、无残留的空气作为冷却介质,开展了对空气冷却工艺方法及工艺参数的研究,以降低钻削温度,提升加工质量。主要研究内容及结论如下:(1)建立了CFRP钻削区的流场环境有限元模型,获得了不同冷却空气方向及压力条件下,流场内的气体流速和气压分布规律。结合平行流壁面换热理论,得到了冷却空气方向及压力与换热系数之间的计算方程。为后续深入探究气流参数与加工损伤间的关系提供了理论依据;(2)基于流场仿真结果,发现冷却空气流向会显著影响加工质量。为此,搭建了可控气体流向的实验平台,分析了空气流向对刀具磨损及加工损伤的影响规律。结果表明,采用逆向冷却气流更能够推迟刃口进入快速磨损阶段。对比出口损伤发现,正向吹气冷却会加重损伤,而逆向气流产生的损伤与干切削差异不大。根据上述结论,提出了通过反向气流对切削区进行降温及损伤抑制的“逆向冷却”工艺;(3)为得到逆向冷却工艺的最优负压参数,建立了出口毛刺悬臂梁模型,通过理论和实验相结合的方法求得了模型内参数随负压的变化规律,并提出了一种新的CFRP材料模量预测式,解决了传统预测式高温区失真的问题。通过最终获得的出口毛刺偏转角与负压值之间的数学模型求解得到CFRP制孔最优负压区间为0.007~0.009MPa。实验验证发现结果与预测相符,证实了模型的正确性;(4)为了将上述研究结果应用于生产实际中,以实验平台为基础开发了便携式和机夹式两种逆向冷却装置。前者可以配合手工钻形成负压环境,达到导向、冷却、吸尘的作用。后者通过对刀柄、轴承、胀紧套等零件的设计组合,实现了“内动外静”,“随动除尘”的功能。两种设备为将逆向冷却新工艺应用到实际生产中提供了技术支持。本文通过CFRP钻削流场仿真,提出了“逆向冷却”新工艺,通过实验验证了工艺的正确性,并给出了相应的参数优化方法和优化模型。最终设计制造了两种逆向冷却设备。为CFRP材料的高质高效制孔加工提供了具备工程应用价值的新工艺。为我国航空航天材料加工技术的提升提供了一定的支撑工作。