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碳纤维复合材料(CFRP)零件的钻孔加工是实现此类零件装配连接必不可少的环节,然而由于CFRP材料是由软粘性的树脂基体和高强高硬的纤维增强相组成,具有独特的各向异性和层合特性,使得钻孔过程中极易产生分层、撕裂、毛刺等损伤。钻尖部分是钻头参与切削的主要区域,钻尖的几何特征直接决定钻头和工件的接触状态及切削过程,是影响制孔损伤的重要因素。本文以T800级CFRP层合板为研究对象,为探索适合于CFRP层合板钻削的钻尖几何,首先采用多种不同钻尖几何的钻头进行对比实验,确定了双顶角形状的钻尖较适合于钻削CFRP层合板；然后通过理论解析和实验研究相结合的方法,研究双顶角钻尖几何参数对钻削轴向力和出口分层的影响,为指导高质量制孔刀具的设计提供了依据。论文的主要研究内容和结论如下：(1)采用麻花钻、阶梯钻、双顶角钻和圆弧钻对CFRP层合板进行制孔试验,基于钻削过程中测量的切削力和切削温度,分析出口分层损伤产生的原因。研究可知双顶角钻头在钻出工件底部时分阶段钻出,钻削轴向力多阶段缓慢归零,且钻削温度相对较低,导致最终的出口分层小,制孔质量好。(2)基于双顶角形状的钻尖特征对其几何尺寸进行参数化,分别建立了基于Hertz接触理论的横刃轴向力模型和基于二维直角切削的主切削刃轴向力模型,采用13种不同几何参数的双顶角钻头对模型中的待定系数进行标定,并通过两种双顶角钻头的轴向力预测对模型进行了验证。横刃轴向力预测的平均误差约为11%,主切削刃轴向力的预测平均误差约为2%。最后通过分析双顶角钻削轴向力模型,获得钻削轴向力随钻头几何参数变化的规律。(3)按顶角分配类型将双顶角钻头分为凸双顶角和凹双顶角,通过分析轴向力的时变曲线得到了轴向力沿切削刃的分布情况,讨论了最后一层纤维所受的轴向力的变化及不同类型双顶角钻头的制孔出口分层的产生过程。结果表明,凸双顶角钻的刀具外围轴向力较小,可以缩短裂纹长度,产生较小的出口分层。钻头的总轴向力与出口分层因子并非正比关系,而轴向力沿切削刃的变化对于出口分层因子有着更直接的影响。刀具设计时应该首先考虑钻削轴向力随切削刃的变化规律,然后可以考虑如何整体降低轴向力。