碳纤维复合材料皮秒激光旋切制备大孔工艺

针对碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)板的激光制孔加工,采用传统二维振镜激光扫描工艺存在孔锥度、热影响区大等难题,提出使用CFRP皮秒激光旋切制备大孔工艺。采用单因素实验方法,进行理论分析和实验验证,揭示皮秒激光旋切工艺下制孔锥度和热影响区的产生机制,着重分析工艺参数(楔形棱镜偏转角度、反射镜平移距离、旋切转速、激光功率、重复频率)对制孔过程中热影响区和孔锥度的影响规律,以及纤维取向对制孔质量的影响。研究表明:合理优化CFRP旋切制孔工艺的参数,可获得孔锥度为0.5°、热影响区为50μm以下的优质孔。研究可为超快激光高质量加工CFRP板材孔的工程应用提供理论参考和实验基础。

碳纤维复合材料激光制孔技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有抗疲劳性好、比强度高、耐热性好等优良的热物性能,已在航空、航天等领域得到广泛应用。作为主要的承力构件,CFRP板之间的机械连接所需加工的装配孔数量众多。然而,CFRP作为高硬度且各向异性的难加工材料,传统机械钻孔存在刀具磨损严重、制孔工序多等缺点;相比于机械钻孔,激光“不怕硬”,激光制孔无刀具磨损、经济性好、易于实现自动化控制。首先对CFRP激光制孔加工技术进行了综述,着重分析了CFRP激光制孔常见工艺;其次,剖析了CFRP激光制孔加工常见缺陷及其抑制研究现状;随后,阐述了CFRP激光加工工艺参数对制孔质量及效率的影响;为了阐明CFRP激光制孔材料移除机制,还综述了CFRP激光制孔加工数值仿真和基于高速摄像的加工过程动态观测研究进展;最后,展望了CFRP激光制孔技术的发展趋势。