28、碳纤维复合材料微钻削分层损伤的降低研究

碳纤维复合材料微钻削分层损伤的降低研究

1. 关键概念与理论基础

• 调整分层因子公式 ：$F_{da} = F_{d} + \left(\frac{A_{d}}{A_{max}-A_{0}}\right)\left(F_{d}^{2}-F_{d}\right)$ ，其中$A_{d}$是损伤面积，$A_{max}$是对应$D_{max}$的面积，$A_{0}$是名义面积。当分层面积最小时，调整后的表征因子趋近于传统分层因子；若大部分分层面积不仅来自裂纹区域且均匀接近$D_{max}$，新的调整因子等于传统分层因子的平方。
• 工具几何形状
  • 刀具材料 ：CFRP加工的钻头应具有高耐磨性和抗磨蚀性。研究表明，硬质合金刀具优于高速钢刀具，但聚晶金刚石（PCD）涂层刀具的磨损更小，钻孔质量更好，不过PCD刀具成本高。此外，特定的碳化钨（微晶）钻头比普通硬质合金更坚韧，比金刚石钻头便宜。
  • 钻头类型 ：不同类型的钻头对分层有不同影响。Tsao和Hocheng发现特殊几何形状的钻头可在更大进给量下无分层，而Durão推荐麻花钻以实现最小分层。Shyha研究了未涂层和氮化钛（TiN）涂层的阶梯钻和麻花钻，得出钻头几何形状和进给率是影响刀具寿命和推力的主要因素。
  • 钻头角度 ：Heisel和Pfeifroth研究了硬质合金麻花钻顶角在155° - 185°之间变化的影响，发现顶角增加会导致推力增加，入口处孔质量改善，但出口处因分层导致孔