杨淇耀,吴 丹,陈 恳

(清华大学机械工程系，北京 100084)

0 引言

钛合金、铝合金和碳纤维复合材料因具有高比强度和比刚度而成为飞机结构件的主要材料。飞机装配时，叠层结构主要采用机械螺栓连接方式，这就需要在两层或多层叠层结构的连接处制孔，目前叠层制孔常采用一刀制孔的方法，同时，受装配现场工况限制，目前多采用干切方式，存在刀具磨损严重、加工质量稳定性差的问题。以典型的钛合金/铝合金叠层为例，由于钛合金是典型的难加工材料，具有低热导率和高粘附性的特点，导致在钻削过程中切削区温度高、积屑瘤现象严重；另外，钛合金和铝合金的物理机械性能差异大，对刀具性能和制孔工艺也提出了很高的要求。低温切削加工是利用液氮、液体二氧化碳等低温介质，使工件、刀具或切削区处于冷却状态从而进行切削加工的方法。低温切削能有效提高刀具寿命、改善加工质量并具有绿色环保的特点，这也为解决难加工材料叠层制孔问题提供了一种新的技术途径。

在单层材料的低温切削研究方面， Shakeel A L等对Ti-6Al-4V钛合金工件进行了低温钻削研究，发现相比使用切削液加工，在低温条件下钻削轴向力和扭矩分别下降14%和6.42%～35.28%，并且低温液氮冷却还能获得更好的断屑性能[1-2]。Govindaraju N等使用液氮冷却对AISI 1045号钢和铝进行了钻孔试验，也得出了相似的结果，钻削力分别减少了6%～51%和11%～37%[3-4]。Hong S Y等利用液氮对Ti-6Al-4V钛合金工件进行钻削，有效地提高了刀具寿命[5]。……