机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (21): 427-436.doi: 10.3901/JME.2025.21.427
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马尧1, 王禹祺1, 徐文俊1, 崔家荣1, 李军2, 罗涛1, 周伟1
MA Yao1, WANG Yuqi1, XU Wenjun1, CUI Jiarong1, LI Jun2, LUO Tao1, ZHOU Wei1
摘要: 碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)拥有比刚度和强度高、热稳定性和耐腐蚀性好等优异特性,在航空航天、医疗和国防等领域应用广泛。然而,CFRP中纤维和树脂基体的材料特性差异导致传统方法难以加工高深径比CFRP微孔。为此,设计搭建变入射角(Angles of incidence,AOI)超快激光加工系统,研究该系统加工高深径比CFRP微孔的能力,系统分析激光脉冲能量、扫描速度和AOI对直径200 μm、深径比10:1的CFRP微孔加工质量的影响。结果表明,激光脉冲能量和扫描速度显著影响微孔入口和出口热影响区(Heat-affected zone,HAZ)大小,AOI则显著影响微孔锥度;变AOI的螺旋扫描加工策略可有效解决固定AOI在聚焦深度变化时的能量分布不均问题,极大减小微孔锥度,甚至可实现负锥微孔加工;合理的修边和清扫策略可以有效减小侧壁粗糙度,最小Ra<0.8 μm。最后,通过加工2×3的微孔阵列,验证工艺参数优化的有效性,表明变入射角激光在高深径比CFRP微孔加工方面的巨大潜力。
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