碳纤维复合材料激光切割工艺简析

  碳纤维复合材料具有高强度、高硬度以及高韧性等特点,传统切割方式主要有刀具切削、机械钻孔等加工方式,加工时容易出现刀具磨损严重、纤维外拉、材料分层等问题,影响碳纤维复合材料的加工质量。

  碳纤维复合材料激光切割作为一种先进的非接触式加工技术,在碳纤维复合材料领域的应用潜力非常巨大,但是由于树脂基体对热量输入非常敏感,而且碳纤维本身和树脂材料的热力学性能有着巨大差异,碳纤维复合材料激光切割过程中很容易产生热影响区,另外,由于激光光束的特殊性,激光切割打孔时容易发生锥度,如何解决碳纤维复合材料激光切割的热影响区和锥度问题,一起来看看。

  机械制孔采用麻花钻钻孔方式,孔入口表面很容易出现毛刺、碳纤维撕裂、纤维丝脱出等现象,孔壁表面效果较差,碳纤维复合材料孔出口处缺陷主要为材料分层,在钻头钻出时产生。

  碳纤维复合材料激光切割时由于激光光束旋切扫描路径的特殊性,打孔的孔壁边缘容易出现波浪条纹,平行填充方式打孔的材料表面很平整,但是会出现严重分层。常见的平行填充或十字填充两种方式的加工时间更长,热量积累也更大,同时也将导致材料的分层更加严重。

  这种问题现象的原因是由于碳纤维复合材料激光切割加工时间非常短,切割速度快,热量积累少,碳纤维丝虽然被切断但却没有完全去除。

  碳纤维复合材料具有非均质性机各向异性特性,热量在碳纤维复合材料中的传导速率不同,碳纤维复合材料的各个板层间不含纤维,所以其主要依靠导热系数低的树脂导热,由于散热出口的热量分布不均,这就造成树脂熔化不均匀,热影响区将沿纤维排布方向快速扩散。碳纤维复合材料激光切割开孔表面与焦平面重合,激光加工速度快,热量积累少,所以成型孔附近的热影响区较小。