轻量化是现代航空航天技术的发展需求,由于碳纤维复合材料(CFRP)具备轻质高强的突出特点,其在航空航天领域的应用越来越广,相关产品中出现了大量的CFRP与金属材料的叠层连接区域,如何保证这种叠层结构的制孔一致性是航空航天产业所面临的关键问题。CFRP/铝合金叠层结构制孔时,因材料性能差异较大,极易产生缺陷,影响工件质量,从而影响两种材料的连接性能。因此,寻找CFRP/铝合金叠层结构的高质高效制孔工艺,对提高国产航空航天产品的质量意义重大。CFRP/铝合金叠层结构制孔质量差的根源在于各层材料去除机制的差异性和刀具工况的复杂性,本文通过试验分析,研究了不同工艺参数对CFRP/铝合金叠层结构制孔质量的影响,揭示了制孔损伤的形成机制,确定了最佳的工艺参数范围,并探索了工艺参数对叠层结构拉伸性能的影响规律。本文具体的试验内容和成果如下:(1)开展了CFRP/铝合金叠层结构的制孔切削力研究。针对CFRP/铝合金叠层材料的特点,采用了钻削和铣削的制孔方式,结合理论知识对钻削过程中轴向力的变化进行了理论分析。同时,开展了钻削制孔与铣削制孔时的钻削力测量试验,分析了钻孔过程中轴向力的变化趋势,探讨了工艺参数对轴向力的影响规律,研究了叠层顺序以及加工方法与轴向力之间的对应关系。结果表明:轴向力随主轴转速增大而增大,随进给速度增大而减小。铣削制孔产生的轴向力明显小于钻孔产生的轴向力,叠层顺序为2A12/CFRP时的最大轴向力大于叠层顺序CFRP/2A12时的最大轴向力,且制孔过程中刀具位置进给在碳纤维复材板中间处产生的轴向力最大。(2)开展了CFRP/铝合金叠层结构的制孔切削温度研究。结合钻削温度理论以及叠层材料的钻削过程,研究了制孔过程中切削热的产生机制,分析了切削热的传递形式。通过红外线热像仪对制孔过程中的温度变化进行了观测,设计了CFRP/2A12叠层结构的温度测量方法。同时开展了CFRP/铝合金叠层结构的温度测量试验,研究了CFRP/铝合金叠层结构的制孔温度随工艺参数的变化趋势,分析了加工方法对制孔温度的影响规律。结果表明:制孔温度随主轴转速增大而增大,铣孔温度要明显低于相同工艺参数下的钻孔温度。(3)开展了CFRP/铝合金叠层结构的制孔出入口表面质量研究。分析了切屑的产生和排出过程及其对表面创成的影响,研究了钻孔时碳纤维与铝合金的出入口缺陷特征,并开展了不同工艺参数下的制孔质量对比试验。结果表明:叠层顺序为CFRP/铝合金时有利于断屑。铝合金的出入口缺陷主要为毛刺和凸起,且表面缺陷随着转速增加有明显的减小趋势。碳纤维复合材料的制孔缺陷主要为撕裂和毛刺,界面处的出入口无明显缺陷,且不受加工条件的影响。叠层顺序为CFRP/铝合金时可以避免碳纤维出口撕裂,主轴转速在5000r/min时制孔缺陷最小。(4)开展了CFRP/铝合金叠层结构的拉伸性能研究。结合板材结构的破坏理论,分析了制孔缺陷对叠层材料破坏载荷的影响规律,探讨了板材厚度不同时叠层连接件的失效形式及原因,并对CFRP/铝合金叠层结构开展了拉脱试验。结果表明:碳纤维撕裂缺陷会降低叠层材料的拉伸性能,铝合金板厚度小会导致铆钉套脱落,使连接件提前失效。