碳纤维复合材料(CFRP)作为一种先进的复合材料,具有重量轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐热沖击、耐腐蚀、吸振性好等一系列优点,广泛应用于航空、航天和国防领域及汽车、电子信息和高速机械等民用领域。CFRP由于具有强度大、各向异性、导热性差等特点,尤其是其层间强度低,切削时在切削力的作用下容易产生分层、撕裂等缺陷,钻孔时最为严重,加工质量难以保证,是典型的难加工材料。论文结合相关教育部基础研究项目基金和辽宁省自然科学基金项目,针对碳纤维增强复合材料钻削缺陷问题开展了理论分析与试验研究,对钻削过程、钻削力、刀具磨损堵塞等问题进行了试验研究,研究工作和取得的成果如下:(1)通过对碳纤维复合材料钻削常见的出口缺陷进行实验观察与分类,建立了出口缺陷的综合模型;提出了一种碳纤维复合材料出口毛刺缺陷按两种类型分类的思想,即Ⅰ型毛刺和Ⅱ型毛刺两种类型,对于撕裂和分层缺陷,提出并采用了面积因子方法进行评价。(2)通过单向碳纤维复合材料的单刃划痕试验,对材料的切削机理、缺陷产生机理进行试验研究与理论分析。将单向碳纤维复合材料简化为二元切削模型,分析了复合材料在切削过程中的切削变形、切屑形成过程。通过试验和理论分析的方法研究了切削纤维角、切削速度对切削机理和缺陷形成的影响规律。(3)对碳纤维增强复合材料钻削轴向力进行了试验研究,分析了参数变化对钻削轴向力的影响;建立了综合考虑钻头直径、主轴转速、进给量等因素的钻削轴向力的力学模型,通过多元线性回归的方法建立了具有实用价值的碳纤维复合材料钻削轴向力经验公式;通过分析钻削轴向力与钻削缺陷特征关系及切削参数和缺陷面积因子之间的关系,预测了碳纤维复合材料的可加工工艺范围。(4)为解决碳纤维复合材料钻削存在的出口缺陷问题,研制开发了一种新型“钻—扩”一体复合钻头。通过对新型“钻—扩”一体复合钻头与硬质合金或电镀金刚石钻头制孔方法在刀具形式、钻削过程、钻削轴向力、出口质量等方面的对比,得到了“钻—扩一体化”的制孔新方法明显优于传统的加工方法的结论。