本發明提供一種CFRP與鈦合金疊層結構鉆孔分層缺陷的預測方法，涉及碳纖維復合材料與鈦合金疊層裝配技術領域。該方法通過解析計算碳纖維復合材料產生分層缺陷的臨界軸向力，建立碳纖維復合材料與鈦合金疊層結構分層缺陷評價分析模型、平穩制孔初始階段軸向切削力計算模型和軸向切削力隨制孔數量變化的映射關系模型，依據當前鉆頭結構參數、制孔工藝參數和制孔數量等條件，判斷鉆孔過程能否產生分層缺陷，以及預測分析分層缺陷區域的最大直徑。本發明能預測滿足設定分層缺陷標準的最大鉆孔數量，有效提高制孔刀具的使用壽命和疊層結構鉆孔的合格率，防止因超過分層缺陷標準而導致的零件報廢，節約生產成本。

1.一種CFRP與鈦合金疊層結構鉆孔分層缺陷的預測方法，其特征在于：該方法具體包
括如下步驟：
步驟1、設置分層缺陷要求，即許用的分層缺陷區域最大直徑；
步驟2、計算碳纖維復合材料產生分層缺陷的臨界軸向切削力；
步驟2.1、基于理論解析方法，建立碳纖維復合材料鉆孔產生分層缺陷的臨界軸向切削
力計算公式，如式(1)所示；

其中，F_A為鉆孔軸向切削力，G_IC是單位面積上碳纖維復合材料裂紋的擴展能量，E為彎
曲彈性模量，h為碳纖維復合材料單層厚度，v為泊松比；
步驟2.2、采用超景深顯微鏡觀察、測量復合材料板材，獲得碳纖維復合材料板材單層
厚度；
步驟2.3、將復合材料板材單層厚度、碳纖維復合材料裂紋擴展能量、彈性模量和泊松
比變量代入公式(1)計算公式，獲得產生分層缺陷的臨界軸向切削力；
步驟3、計算平穩制孔初始階段的鉆孔軸向切削力；
步驟3.1、進行疊層結構鉆孔正交試驗，在鉆孔進入平穩制孔階段的初始時，采用測力
儀采集、測量每組試驗的鉆孔軸向切削力，碳纖維復合材料和鈦合金疊層結構鉆孔達到平
穩制孔初始階段的標準為鉆削5個或6個孔；
步驟3.2、通過對步驟3.1的軸向切削力數據分析處理，建立與鉆頭螺旋角、頂角、外緣
后角、制孔切削速度、制孔進給量相關的碳纖維復合材料鉆孔切削力經驗公式，如式(2)所
示；

其中，F_zsi為碳纖維復合材料鉆孔平穩制孔初始階段的鉆孔軸向切削力，β為鉆頭螺旋
角，α_r為鉆頭外緣后角，為鉆頭頂角，Vc為鉆孔切削速度，fr為鉆孔每轉進給量；
步驟3.3、通過式(2)計算平穩制孔初始階段的鉆孔軸向切削力；
步驟4、計算隨制孔數量變化的整個平穩制孔階段的動態實時軸向切削力；
步驟4.1、進行疊層結構連續鉆削多孔試驗，采用測力儀測量鉆削每一孔的實時軸向切
削力；
步驟4.2、通過數據分析處理，得到軸向切削力與制孔數量的關系曲線，基于平穩制孔
初始階段的鉆孔軸向切削力，建立整個平穩制孔階段切削力與制孔數量的線性映射關系公
式，如式(3)所示；
F_Nb＝1.136N+102.927+F_zsi (3)
其中，F_Nb為鉆孔過程動態實時軸向切削力，N為鉆孔數量；
步驟4.3、通過輸入不同的制孔數量，計算動態實時的軸向切削力；
步驟4.4、比較步驟4.3的動態實時切削力F_Nb與步驟1的臨界切削力F_A，判斷是否產生分
層缺陷；
如果F_Nb小于F_A，則不產生分層缺陷，增加制孔數量，繼續執行步驟4.3；如果F_Nb大于或等
于F_A，則產生分層缺陷，執行步驟5；
步驟5、預測分層缺陷區域直徑及最大制孔數量；
步驟5.1、進行疊層結構連續鉆削多孔試驗，采用超聲波檢測復材分層缺陷區域的面
積，同時采用測力儀測量鉆孔的軸向切削力；
步驟5.2、通過數據處理，采用理論解析方法，建立分層缺陷區域直徑預測分析模型，該
預測分析模型如式(4)所示；

其中，D_m為分層缺陷區域最大直徑，D為鉆孔直徑；
步驟5.3、通過預測分析模型式(4)，預測分層缺陷區域的直徑，并獲得滿足步驟1分層
缺陷要求的最大制孔數量。