碳纤维复合材料激光切割实验研究.pdfVIP

碳 纤 维 复 合 材 料 激 光 切 割 实 验 研 究 口 宋抒航 东北石油大学 机械工程学院 黑龙江大庆 163000 摘 要：为了研究激光切割参数对碳纤维复合材料 (CFRP)切割表面质量的影响，利用Nd：YAG 固 体毫秒脉冲激光器，对碳纤维复合材料进行 了激光切割实验。通过对普通碳纤维复合材料 以及增加炭 黑颗粒碳纤维复合材料进行激光切割 ，获得 了相应的碳纤维复合材料的切割表面质量 ．并对激光切割 过程产生的热影响区进行 了分析。实验结果表 明，普通碳纤维复合材料激光切割后存在严重的层离现 象，同时切割面会产生裂纹 ，影响碳纤维复合材料的抗疲劳性能：碳纤维复合材料增加炭黑颗粒后进行 激光切割 ，能够获得 良好的切割质量，切割面无裂纹 以及无层离现象，切割部分容 易分离，有效改善其 激光切割性 能 。 关键词 ：碳纤维复合材料 激光切割 表面质量 切割性能 中图分类号 ：TG485 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—4998f2015)09—0049—03 近年来 ，随着 能 源储存 问题及 能 源过 度 消耗 问题 激光 功率 的增 加 以及新 型 激光 器 的诞 生 ，激 光切 割越 的 日益 突 出 ，交通 运输 行业 正在 发生 一 系列变 化 。电动 来越 受 到工业 应 用 的欢迎 。由于激 光光束 质 量好 ．激光 技 术 及 轻 量 化 车 身 结 构 概 念 日益 流行 ]．在 电动 技 术 功率 密度 高 ，这就 使碳 纤 维材 料 的气 化很 容 易 。文献 基 础 上 ，如 果 能够尽 快 地应 用轻 量 化 车身 结构 ，则 能源 [4]利 用 Nd：YAG激 光器 研究 了激 光参 数 对 CFRP材 成 本 将会 大 大降低 。在汽 车行 业 中 ．碳 纤 维 复合材 料 料 切 割 质 量 及 热 影 响 区 (HeatAffectedZone-HAZ)的 (CFRP)被认 为是 满 足车 身轻 量 化开 发 的未来 关键 材 影 响 。文献 [5]证 实 了激 光切 割 CFRP材 料过 程 中激光 料 ，与传 统材 料如 铝合 金或 者钢 材等 相 比 ，CFRP材料 参数 与 CFRP材 料 的静力 强度 间关 联 密切 。文献 6『1通 具 有 一 系列优 点 ，如 比强度 高 、硬度 高及 较 好 的抗 腐蚀 过 将 激 光 能 量 进 行 多 次 施 加 ，有 效 减 小 了激 光 切 割 性 能 等 。虽 然 CFRP材料 已经 在 高端 运 动器 材 及航 空 CFRP材 料热 损伤 效应 。文 献 [7]利 用单 因素 实验 法对 领 域 有所 应用 ．但 在其 它领 域 中大 规模 应 用还 面 临着 激 光脉 冲能 量 、切 割速 度 等参 数及 激 光切 割 CFRP材 一 些难 题 ，如碳 纤维 复合材 料 的连 接 、切 割 及 回收再 利 料 表面 质量 进行 了研 究 ，得到 了激 光 切 割 CFRP材 料 用 等 。 的一 些理 论结 果 。 目前 普通 的 CFRP材料 的切 割工 艺 主要 有 高 速铣 1 试验方法 削及水 射 流切 割两 种 。铣削加工 工艺 可靠 ，但是 铣 削过 程 中往 往 由于 刀 具 磨 损 带来 切 割 表 面 质 量 不 高 的 问 为 了实 现对 CFRP碳 纤维 高 效切 割 ，笔者 利用 高 题 _2]。水射 流 切割 是一 种新 型 的复合 材料 切 割工艺 ，其 功率 Nd：YAG 固态 激光 器对 普 通碳 纤维 复 合材 料及 添 具 有 经济 、环保 及切 割 质量 高等 优 点 ，但 是 受 限于进 给 加 炭黑 颗 粒 碳 纤维 复合 材 料分 别 进 行 激 光切 割 实 验 ， 速 度慢 ，此 工艺 并不 能 应用 于大 规模 生产 [33。 增 强纤 维 为 T300，其 纤 维 体 积含 量 约 为