碳纤维复合材料(英文名称是Carbon fiber reinforced plastics,简写为CFRP)以其质量轻、模量高、比强度大等诸多优点备受关注,其应用范围已从航空航天扩展到如今的汽车制造、体育用品、电子产品等领域。目前碳纤维复合材料的制孔研究主要集中在直径为5mm以上的常规孔方面,而对于3mm以及3mm以下的小孔和微小孔的加工研究很少,其中小孔加工的工艺参数和钻削机理研究的较少。因此,有必要展开碳纤维复合材料小孔钻削的切削力和工艺参数相关的理论和实验研究。本论文的主要内容分为以下几部分:(1)通过分析小孔钻削后孔壁的微观形貌以及表面粗糙度,对碳纤维复合材料孔壁的形成机理进行了研究。在此基础上,通过研究未变形切屑厚度和钻头刃口半径的比值与单位切削力之间的关系,探讨了复合材料小孔和微孔钻削过程中的尺寸效应。(2)研究了工艺参数对碳纤维复合材料小孔钻削的影响。首先探讨了轴向力、扭矩和主轴转速、进给速度之间的关系,从定性和定量的角度,阐释它们之间的关联程度,得出轴向力和扭矩的经验公式。其次研究了工艺参数对制孔质量的影响,主要从出口毛刺和入口孔径两方面入手,分别进行分析研究,得出入口孔径、出口毛刺与工艺参数之间的关系。(3)研究了碳纤维复合材料小孔钻削过程中刀具磨损对制孔质量的影响。通过测量钻头后刀面的磨损量VC值,绘制刀具磨损曲线,结果符合刀具理论磨损曲线。同时分析了刀具磨损对小孔入口孔径和出口毛刺的影响,随着刀具磨损的加剧,孔径误差增大,同时,随着制孔个数的增多,小孔出口毛刺增多,制孔质量变差。(4)进行了碳纤维复合材料小孔钻削工艺参数优化,通过确定轴向力和扭矩经验公式为约束函数,以及得出毛刺面积和扭矩的关系式,以材料去除率最大化为优化目标,最终得出最优主轴转速为8000r/min,进给速度为82.99mm/min。