纤维增强树脂基复合材料激光切割热影响探析

作为一类典型难加工材料，实现以碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP）、芳纶纤维增强树脂基复合材料(AFRP）为代表的纤维增强树脂基复合材料(FRP）的高精密、高质量加工是业界的追求目标。初探了激光脉冲宽度、波长对于典型FRP切割边缘热影响区的影响规律，比较了不同FRP材料精密切割对于激光参数需求的异同。发现纳秒激光、连续激光等传统激光因加工热效应明显而不适合精密切割，而皮秒激光、飞秒激光等超快激光可以实现热影响区宽度仅0.01mm~0.1mm量级的高质量切割，且热影响区宽度几乎不依赖于脉冲宽度；缩短超快激光波长有利于减小AFRP材料的热影响区宽度，但对于CFRP材料则不明显。考虑到高功率皮秒激光一般比对应的飞秒激光更经济，可使用倍频后得到的短波长皮秒激光实现对AFRP的精密切割，对于CFRP则考虑本征波长的皮秒激光即可。     

激光加工非金属复合材料的研究与应用进展

非金属复合材料是一种低密度、高强度、高模量的高性能材料，目前已经成为航天卫星上不可或缺的关键结构材料。但与此同时，该类材料也是一种极难加工的各向异性非均质材料，采用传统的接触式方法加工易产生崩边、分层、起毛、撕裂等问题。激光制造技术作为一种开始逐步走向实用化的先进制造技术，具有材料去除能力强、加工精度高、损伤可控等一系列优点，是一种实现非金属复合材料高性能加工、满足现有和未来需求的理想方法。本文围绕航空航天领域应用较为广泛的碳纤维复合材料、芳纶纤维复合材料和陶瓷基复合材料，系统地综述了国内外激光加工非金属复合材料的研究与应用进展。其中技术分支涉及切割、制孔、铣削刻蚀、清洗等实体减材制造技术。最后对非金属复合材料激光加工方法的未来研究重点和工程应用前景进行了总结与展望。     

用激光加工复合材料

复合材料的组成要素涉及到塑料、钢材、纤维、陶瓷、木材等。用激光加工复合材料，只要了解工件是否吸收激光束，就能比较简便地进行加工了。这一点可以说是激光的一个可贵特征，是得以应用的重要原因。加工复合结构的原材料时．一般地说，某一部分可以作高速切割，另一部分却作低速加工。被低速加工的这部分材料，将出现熔融、切面畸变、炭化等不良现象。对于有空隙的不均匀的材料来说，它们会在加速气流中产生紊流，使之形成不规则的切割面。面对这种情况，必须高速切割，应用高功率密度的二氧化碳激光加工。这样，对于难加工的复合材料也…     

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。     

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。     

激光调刀装置

Ｍｉｄａ激光调刀装置是一种非接触系统 ,减少了刀具的断裂和机床停机时间。该装置采用了发射到高精度光电二极管上的激光光束。当激光光束由于切割刀具而中断时 ,机床控制器进行必要的测量 ,自动设定回转刀具上的长度和直径。空气吹洗和风门都能保护光束不受切割环境影响。Ｍｉｄａ可检测刀具的断裂 ,进行刀具识别和刀具磨损的补偿 ,也能检查刀具直径和长度的状态和进行动态测量 ,并能检查热漂移。现有两种系统 :组合式和单机式。在组合式中 ,发射器和接收器分别装置在机床的任何部位 ,而在单机中发射器和接收器装配在一起激光调刀装置…     

复合材料的切割

切割加工是复合材料制造工艺中一个重要环节。本文介绍了复合材料常用切割方法,对高压水切割、机械切割等切割方法的工艺参数进行了实验研究。从切口质量、切割效率、切割成本等方面对常用切割方法进行了对比,并分析了不同切割方法对材料的影响。     

激光加工非平面零件的光束入射角与偏焦量研究

介绍了在NdYAG激光切割系统上,试验研究激光切割非平面零件时,光束入射角与偏焦量对切口宽度的影响.考察一次切割过程中,激光束相对试件表面的入射角或偏焦量连续变化,模拟曲面板材等非平面零件的激光切割过程与状态.进一步讨论了切口宽度和形状的变参数控制方法,研究目标力求变参数激光加工曲面板、异型截面板及非平面零件的有效性和实用性.     

超高压水射流技术在航空工业中的应用

水切割是基于超高压水射流应用的冷态切割技术.与热切割(如火焰、等离子、激光等)相比,"水刀"几乎可以切割从软到硬的所有材料,尤其在厚度20mm以上的金属.在碳纤维、钛合金、铝合金、蜂窝结构及复合材料的成型加工中,水切割技术已经成为国际公认的最理想加工方式.     

激光模切机终将与旋转模具切割机竞争吗?

激光模切机的优势是用无刀具切割来代替用于许多塑料和复合材料的旋转模切机和其他以刀具为基础的切割机。非常欢迎用户向激光模切机制造商提供样品,以证明激光模具切割能够满足应用的需要。     

铝合金激光切割工艺参数标准化研究

激光切割技术的应用可有效提高产品的切削质量,提高生产效率,降低运营成本。但是不同材料在切割过程中显示出了不同的物理特性,铝合金材料作为高反射金属,切削过程可能会带来较大的热影响,从而影响铝合金材料的性能。为了减少激光切割对铝合金材料性能的影响,让激光切割技术在铝合金钣金成形领域得到广泛应用,提出了将激光切割工艺参数标准化的方法,即采用正交试验法设定不同的激光切割工艺参数组合,对不同种类的铝合金材料进行切割,并进行动静力学、耐腐蚀性、金相性能试验等,使用灰色关联度法分析影响铝合金材料性能的主要因素,固化激光切割工艺参数组合,从而使参数组合标准化。     

连续激光和脉冲激光切割法的研究

本文主要研究连续激光切割和脉冲激光切割的差异以及这种差异的产生原因,据根材料不同选择合适的切割方法。     

FMS单元中的激光切割

激光切割本身具有优越的加工柔性，因此许多切削加工和钣金加工的柔性制造系统都采用激光切割技术。本文综合分析了激光切割中的柔性体现，然后介绍了激光切割ＣＡＤ／ＣＡＭ系统的实现过程、提高切割边缘质量的途径以及采用激光切割的柔性制造系统的材料传输方法。     

美国军方开发出新型复合材料结构强度检测方法LBI

正近日,位于赖特-帕特森(Wright-Patterson)空军基地的美国空军研究实验室材料和制造部门与波音、激光技术公司共同开发了一种用于检测复合材料结构的激光连接检测法(LBI)。该方法是一种无损检测方法,可集成到胶接过程控制程序里(使用贝叶斯过程控制方法降低胶接废品率),保证复合材料的     

科美腾,水切割领域的先锋

与传统的热切割方法不同,水切割技术凭借其高成本效益和高柔性而深受用户欢迎。从金属材料、复合材料到花岗岩,几乎所有材料都可采用高压水射流进行快速、精确切割。而且不论需切割材料的几何形状多么复杂,采用水射流切割都能确保最佳切割边缘质量。     

空间推进系统铝合金组件激光焊阈值特性

为解决空间推进系统直属组件轻量化需求,对新采用的铝合金材料进行了激光焊阈值特性研究。结果表明,铝合金激光焊阈值区间与焊接速度和离焦量的绝对值正相关,但正向变化幅度远低于不锈钢、镍合金和钛合金等材料。对于光束质量不同的激光焊机来说,光束的焦斑直径越小,实焦焊时阈值区间越低;光束的发散角越小,相同离焦量下阈值区间越低。在-12°～12°内,铝合金激光焊阈值区间与入射角无关。保护气的吹送方向和吹送速度基本不改变铝合金激光焊的阈值区间,此特性与不锈钢等材料略有区别。     

激光技术在飞机结构损伤修理中的应用

激光加工技术在很大程度上适应了现代飞机抢修中对钛合金切割、钛合金焊接、复合材料切割的广泛需要。只要调整激光的功率密度和光斑移动速度就可以实现多种加工目的,是传统加工工艺所无法比拟的。它可以成为弥补传统抢修技术缺陷的首选先进抢修技术,也是大有发展前景的抢修技术。     

激光全息术测量C/ C 复合材料泊松比

根据激光全息术的基本原理,利用CCD分别记录C/C复合材料试样弯曲状态变化前后的全息图,分析材料弯曲应力状态下表面的干涉条纹图样,通过测量干涉条纹图样中相同相位条纹的渐近线之间的夹角,求出C/C复合材料的泊松比.试验证明该方法简单易行,数据可靠,是一种有效测量C/C材料泊松比的方法,激光全息术测得轴棒法C/C材料、针刺C/C材料、毡基C/C材料泊松比分别为0.196、0.183、0.040.     

C/SiC复合材料的制备及加工技术研究进展

碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料由于其强度高、硬度大、耐磨损,被广泛应用于工业、航空航天等领域,然而C/SiC复合材料难以被稳定地去除加工。本文综述C/SiC复合材料的常见制备方式及其材料的性能特点。概述C/SiC复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工等加工方法,分析了各种加工方法的材料去除机理、加工精度、常见缺陷及加工过程中存在的问题。传统的机械加工需进一步优选切削刀具材料;超声辅助加工需探究超声振动的刀具与材料之间的耦合作用机制、振动作用下的材料去除机理;激光加工要进一步研究2.5维及3维C/SiC复合材料的激光加工去除机理。在这些研究的基础上进一步采用复合加工的方法,探寻C/SiC复合材料高效、精密、稳定和无损加工的可能性。     

基于自适应光学的机载激光光束质量校正算法研究

机载激光受大气光学效应影响较为明显,研究以自适应光学为代表的光束整形系统,将有效提高激光器作用于目标位置的光束质量。利用光路中的自适应光学变形镜,以能量反馈方式对机载激光发射单元出射的激光光束质量进行回路校正,是一种可行方案。采用以随机并行梯度下降法(SPGD法)为代表的优化算法作用于变形镜,实现返回光能量最大,从而实现目标上的光束质量提升。通过算法优化及全局收敛仿真,探求一种较快速收敛的实用性方法,用于连续激光和重复性好的脉冲激光的光束质量校正。上述算法的仿真研究,有助于机载条件下的激光在实际大气环境下的效能提升,具有一定的实用价值。