激光切割鉆孔在碳纖維復(fù)合材料中的加工場(chǎng)景

有一種材料密度低（1.7g/cm3左右），重量相較于鋼鐵輕50%，鋁材輕30%；熱膨脹系數(shù)低，比熱容高，能承受2000℃高溫；有較高的材料韌性及扛疲勞性，材料強(qiáng)度高。這就是碳纖維復(fù)合材料（CFRP）。因其獨(dú)特的材料特性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、高端體育用品等領(lǐng)域。

而碳纖維復(fù)合材料的加工，也因上述材料特性，尤為困難。碳纖維切割方式常規(guī)為刀具切削、裁床加工，加工過(guò)程中容易出現(xiàn)邊緣磨損嚴(yán)重、纖維外拉、材料分層等問(wèn)題，影響碳纖維復(fù)合材料的加工質(zhì)量。這樣的加工方式良品率不高，也導(dǎo)致了碳素纖維的售賣價(jià)格上漲。碳纖維鉆孔采用螺旋鉆鉆孔方式，入口因旋轉(zhuǎn)應(yīng)力表面很容易出現(xiàn)毛刺、碳纖維撕裂、纖維絲脫出等現(xiàn)象，孔壁表面效果較差，孔出口處缺陷主要為材料分層。

碳纖維激光切割鉆孔加工工藝：

碳纖維屬于兩相復(fù)合材料，一層屬于碳纖與碳纖織物為增強(qiáng)體，另一層以樹(shù)脂為基體。兩相材料熱學(xué)性能相差過(guò)大，尤其樹(shù)脂基體對(duì)熱量輸入非常敏感，加工過(guò)程容易出現(xiàn)分層。激光光束的特殊性，激光切割打孔時(shí)會(huì)發(fā)生錐度，如何解決碳纖維復(fù)合材料激光加工的熱影響區(qū)和錐度問(wèn)題，尤為重要。

通過(guò)不斷的工藝探究與論證了解到：脈沖能量過(guò)大、頻率過(guò)高、切割速度過(guò)慢和氣體壓力過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致材料的熱損傷加大；而脈沖能量過(guò)小、頻率過(guò)低和切割速度過(guò)快都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)材料切割不透、背面切縫出現(xiàn)鋸齒狀和錐角過(guò)大等問(wèn)題。同時(shí)采用華日355nm波長(zhǎng)紫外“冷光束”可有效避免熱損傷，降低力學(xué)性能。