SiC/SiC复合材料纳秒激光和皮秒激光制孔质量的对比研究

采用纳秒激光和皮秒激光在厚度3mm的碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiC/SiC)上进行了制孔试验,并对这两种不同脉冲宽度激光制孔的质量进行了分析.结果表明:纳秒激光在SiC/SiC复合材料上制孔存在热影响区,导致加工区域附近产生重铸物、分层、热影响区和微裂纹等热缺陷.与纳秒激光制孔相比,皮秒激光在SiC/SiC复合材料上制孔质量有明显提高,加工区域附近几乎不存在热影响区,且不存在重铸物、分层、微裂纹等缺陷.     

纤维增强复合材料激光加工研究进展

对纤维增强复合材料（FRP）激光加工国内外的研究现状进行了梳理。从激光加工中材料的去除过程、去除机理以及热吸收特性等方面综述了FRP激光加工机理;从激光加工热影响区对材料性能影响、影响热影响区因素、热影响区预测等方面梳理了FRP热影响区的研究现状;概述了FRP激光辅助加工技术的研究进展。大量研究表明,由于FRP的各向异性,FRP激光加工与均质材料的激光加工存在显著差异。目前,FRP激光加工的热影响区能有效的降至几微米,显著降低了热影响区对构件性能的影响。为最大限度的融合激光加工的优势,FRP激光复合加工技术在FRP加工领域的应用逐渐受到关注,成为FRP加工技术提升的一个重要发展方向。     

微细小孔的超短脉冲激光加工方法研究

针对航空发动机燃油喷嘴等微细小孔的精密高效加工要求,采用双温方程研究超短脉冲(皮秒)激光加工机理,模拟得出材料内电子和晶格的温度分布,开展皮秒激光加工工艺参数研究,分析烧蚀阈值、扫描速度、激光偏振态等因素对加工质量的影响规律,进行镍基高温合金和钛合金材料的激光脉冲冲击制孔和振镜扫描环切制孔实验研究,为超短脉冲激光制孔时工艺参数的选择提供理论指导及实验依据。     

皮秒激光加工碳纤维复合材料工艺试验

碳纤维复合材料具有优良的综合性能,广泛应用于航空航天和汽车工业。采用355nm波长的皮秒脉冲激光进行碳纤维复合材料的铣削加工试验,分析了激光功率、铣削速度、填充间距等工艺参数对加工质量和铣削深度的影响,确定了最优的铣削条件。通过扫描电镜,分析了样件表面微观形貌和铣削质量。试验表明,填充间距对热影响区的形成有较大影响。同时进行了不同聚焦环境下的材料去除技术试验研究,通过三维形貌仪测量样件加工深度,分析激光能量与加工深度的关系,确定了最优的聚焦方案。     

CFRPs电火花加工热影响区抑制方法

电火花加工(EDM)碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)的可行性已经得到了验证，但是电火花加工是热加工，电火花加工的工件表面存在热影响区，它是影响CFRPs电火花加工表面质量的重要因素。对晶体管脉冲电源条件下电火花加工CFRPs热影响区的抑制方法进行了研究，在单个脉冲放电能量相同的情况下，对不同放电能量施加方式下的热影响区进行了仿真与实验对比研究，结果表明在相同的放电能量下，较高的放电功率有利于减小热影响区，并可提高加工速度；相比于负极性加工，正极性加工热影响区较小。     

AFRP激光-铣削组合加工及其工艺参数优化研究

针对芳纶纤维增强复合材料（AFRP）加工中极易出现抽丝拉毛、烧蚀等问题，提出采用激光-铣削组合加工的工艺方法对AFRP进行试验研究，优化AFRP激光-铣削组合加工工艺参数。试验表明：与铣削加工相比，激光-铣削组合加工的切削温度更低，切削力以及毛刺因子更小，且在加工中切削力波动幅度小，铣削平稳；AFRP激光-铣削组合加工中的最佳激光工艺参数为：激光功率P=20 W，扫描速度v=3 mm/s，脉冲宽度L_f=60 ns，重复频率f=50 kHz；最佳铣削工艺参数为：主轴转速n=2 000 r/min，进给速度v_f=105 mm/min，切削深度a_p=0.5 mm。     

加工方法对超高模聚乙烯纤维增强复合材料力学性能的影响

本文研究了高压水切割、硬质合金刀片切割和普通机械锯切割等加工方法对超高模取乙烯纤维增强环氧复合材料力学性能的影响。结果表明：高压水切割加工方法对材料性能的影响最小，是理想的加工方法；机械锯加工使材料切面受损伤且影响邻近区域的性质，因此力学性能有所劣化，不宜于加工此类耐热性差的材料，硬质合金刀片加工对性能的影响居中，加工方法比水切割方法经济；同时对激光加工作了初步分析。     

表面铜网结构CFRP铣削加工性能研究

表面铜网结构碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为防雷击材料在飞机制造等领域广泛应用,但铜网的加入对其加工性能产生一定的影响。通过铣削表面铜网结构CFRP试验探究了不同切削参数对铣削力和切口粗糙度的影响并观察分析了刀具的磨损形式,初步得到了其铣削加工性能评价。     

超声振动辅助切削对碳纤维增强树脂复合材料面下损伤影响的仿真研究

碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）在传统加工（OC）过程中存在着切削力过大、表面质量不佳、面下损伤较为严重等问题。为了改善上述问题，本文提出使用超声振动辅助切削（UVC）工艺加工CFRP，通过仿真分析对切削力与面下损伤深度进行研究。结果表明：使用UVC加工CFRP可降低13%~80%的切削力，且纤维方向角对切削力影响较小。与OC相比，UVC切削0°、45°纤维方向角的CFRP时可以减少约50%的面下损伤深度；在切削90°、135°纤维方向角的CFRP时虽然没有改善面下损伤深度，但取得了较为平整的已加工表面以及较小的损伤区域。     

纤维复合材料激光加工进展及航天应用展望

纤维增强复合材料(FRPs)因其优异的力、热、电磁、化学等性质被广泛应用于航天、航空等领域。作为一种各向异性、非均质的难加工材料,纤维复合材料的传统加工方式存在精度、损伤及效率等问题,为其激光加工技术的快速发展提供了机遇。综述了激光加工技术在实验研究、理论与仿真等基础研究方面的进展,分析研究热点和发展趋势,指出纤维复合材料超快激光加工存在的问题及挑战;报告了纤维复合材料在激光切割与制孔、激光铣削、激光表面处理和连接技术、激光辅助成形等方面的研究及应用进展;针对航天器(特别是空间飞行器)先进制造应用,提出了纤维复合材料产品激光宏观加工和激光微细制造技术的潜在应用方向,展望了实现应用所需发展的工艺装备,以期为后续该类材料产品的激光加工应用提供参考。