脉冲激光烧蚀CFRP材料工艺优化

为了研究20 W纳秒激光对碳纤维复合材料(CFRP)烧蚀的工艺质量,采用单因素实验方法及光切法进行了理论分析和实验验证,得到了扫描速率、峰值功率、离焦量对材料表面加工质量的影响规律,并对0.5 mm CFRP材料板进行了烧蚀实验。结果表明,调整激光器的离焦量,让激光的焦点与材料平面在同一高度,可使扫描线宽最小,减少了材料烧蚀的热影响区,提高了激光能量利用率;设定激光扫描速率为220 mm/s和峰值功率为10 W,可得到大小为3.50μm的CFRP最小表面粗糙度平均值,其中粗糙度数据稳定性样本方差最佳,约为0.133μm 2,在此条件下可得到良好的加工表现。此研究为脉冲激光加工CFRP材料工艺研究提供一定参考,并为脉冲激光加工复合材料工艺应用打下了一定的实践基础。

“机械设计基础”理论实验协同教学模式

为推动制造业高质量发展,采用新的教学方式更好的培养出专业技术人才和创新性人才来保障国家制造业的转型已成为了工科教育事业的重要课题。文章从理论实验协同的新教学模式、实验课程优化和学期考核三个方面出发,探索新模式对教学质量的优化。

激光标刻ABS共聚物表面能量密度参数探究

本文采用光纤激光打标机对丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS)材料进行了表面标刻实验。实验发现激光平均功率为20 W,激光扫描速率低于6 mm/s时ABS材料由于导热系数较低散热能力差会引起材料表面燃烧。当输入的激光能量密度低于471.9 J/cm^(2)时,材料表面会附着大量炭黑颗粒影响其粗糙度,而输入的激光能量密度高于734.7 J/cm^(2)时,材料内部达到玻璃化转变温度而软化,表面发生热膨胀凸起,标刻质量被严重损坏。研究表明,标刻激光能量密度应控制在471.9~734.7 J/cm^(2)之间,其中标刻的最佳激光能量密度约为506.4 J/cm^(2)。

CO_(2)连续激光烧蚀CFRP树脂层工艺优化

碳纤维树脂基复合材料(CFRP)的激光表面处理是一项重要工艺,主要用于CFRP的胶接或修复。CFRP表面粗糙度和树脂清除程度是衡量加工效果的主要标准。为探索内在机理和优化连续激光表面处理的参数,开展CO_(2)连续激光烧蚀CFRP树脂层试验。通过点射试验确定最小离焦量激光半径为1 477.47μm,进行矩形表面处理试验发现,激光功率在30~60 W范围内的粗糙度先减小后增大并在60 W得到最大值,扫描速度为70 mm/s时得到最佳效果。同时对加工后CFRP表面起伏值计算发现,CFRP表面起伏值随功率和扫描速度变化的规律基本和粗糙度结果一致,功率和扫描速度两组参数是相互关联的。构造连续激光烧蚀树脂层的能量密度单元体,然后把参数转化为能量密度发现,能量密度为0.285~0.571 J/mm^(2)范围内进行处理得到质量效果较好的表面,而且在0.571 J/mm^(2)时粗糙度得到最大值7.816μm,清洗后仍保持可以用于胶接的较高粗糙度。此外,通过不规则图形扫描试验发现,能量密度为0.794 J/mm^(2)得到最佳表面效果。试验得到的参数和规律,为连续激光处理CFRP表面提供一定参考。

浅析新工科背景下“机械制造工艺学”课程教学模式和考核体系改革

机械学科作为工科中最为基础的学科门类之一,其重要性不言而喻。“机械制造工艺学”作为机械学科中最为传统与重要的课程之一,其现有的教学模式、考核体系与现代教育的发展不相匹配,难以适应国家对于“新工科”中机械专业新型人才发展的需要。文章立足于新工科背景下的人才培养定位要求,探讨了注重工程案例牵引与理论结合、以学生为中心的“机械制造工艺学”课程教学模式和考核体系改革思路。

CO_(2)激光烧蚀PMMA材料工艺优化

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA,又称亚克力)材料广泛用于生产生活的各个场景,但其一体化加工成型是限制其发展的主要因素。提出CO_(2)连续激光烧蚀PMMA材料,以提高加工后材料形状精度和一体化加工效果。通过构建不同激光功率、激光束离焦量和激光移动速度的组合方式,开展了不同激光工艺参数下CO_(2)连续激光烧蚀PMMA材料工艺实验,研究表明将离焦量调整为0 mm可使其切缝最小,保证激光能量利用率,提高PMMA材料形状精度。当激光功率密度为203.89 W/mm^(2),激光束移动速度为100 mm/s时,PMMA材料表面粗糙度平均值最小,约为3.47μm,且粗糙度数据稳定性最好,约为67.72%,在此激光工艺参数组合模式下烧蚀PMMA材料能获得最理想的激光加工效果。以上研究为CO_(2)连续激光加工PMMA材料工艺研究提供了优化指导,对激光加工非金属材料和高分子材料工艺优化研究具有一定通用性和参考价值。

脉冲激光加工碳纤维复合材料板材的数值模拟与实验优化

利用激光线扫描方式建立丝状高斯热源的传热模型,并对其进行数值分析,得到脉冲激光烧蚀碳纤维的演化规律。对碳纤维复合材料(CFRP)板材进行激光烧蚀实验研究以验证所提模型的可行性。结果表明:当激光功率为9 W、激光扫描速度为200 mm/s时,板材表面绝大多数树脂被蒸发,表面粗糙度降至7.20μm,表征数据稳定性的样本方差为1.889。实验证明了该理论模型的正确性和可行性,为CFRP材料的激光加工研究提供了参考。