The impact of tool point angle and interlayer gap width on interface borehole quality in drilling CFRP/titanium stacks

Abstract

Although substantial research work has been conducted in order to understand and improve the drilling of multi-material aerospace stacks, some key aspects related to process and tool parameters and their impact on the interface quality still need to be addressed. This paper reports on the research conducted to investigate the impact of tool point angle and interlayer gap width on borehole quality, focussing on the interface region. A number of drilling tests were carried out using tools with different point angles and CFRP/titanium stacks with different interlayer gap widths. The results show that the damage on the CFRP interlayer surface is caused by the drilling of the titanium layer, as some of the upwards-travelling titanium chips penetrate into the stack interface. An increase in tool point angle results in larger entry burrs on the titanium interlayer surface, which is attributed to the correlation between tool point angle and thrust force and the capability of tools with low point angles to remove damage generated by surface skidding. The introduction of an interlayer gap promotes the ingress of titanium chips into the stack interface, thereby leading to more pronounced interface damage.

Critical Analysis of the Current Trends in Ensuring the Holes Quality when Drilling CFRP/Titanium Alloy Stacks

“…Геометрія різального інструмента, інструментальний матеріал та покриття є важливими факторами, які впливають на умови процесу свердління. Оптимізація геометрії різального інструмента здебільшого стосувалася визначення впливу подвійного головного кута [27], [34], ширини поперечної різальної кромки [35], спеціальної та ступінчастої геометрії свердла [5], [28], [31], конструкції допоміжної різальної кромки [30], [36], а також інструментального матеріалу [37], [38], покриття інструмента [39] на параметри якості отворів або характеристик процесу свердління.…”

“…Для свердління пакетів найчастіше використовуються свердла з подвійним головним кутом 140°, 135° та 120°. Ці кути визначено як оптимальні для обробки отворів, як у шарі вуглепластику, так і у шарі титанового сплаву [31], [36]. Кут підйому гвинтової лінії змінюється від 15° до 30°.…”

Experimental Analysis and Application of a Multivariable Regression Technique to Define the Optimal Drilling Conditions for Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) Composites

“…It has been reported that the reduction of the drill point angle is favorable for the reduction of the thrust force, which can lead to delamination control. Some authors have reported that smaller point angles strongly reduce the probability of burr formations and enhance the hole quality [ 33 ]. Nevertheless, this implies higher cutting tool lengths and operation times, also increasing instability [ 34 ].…”